BR112015008247B1

BR112015008247B1 - boia de suporte de riser submarina, método para alterar o seu comportamento dinâmico e sistema de risers sustentados por flutuabilidade

Info

Publication number: BR112015008247B1
Application number: BR112015008247-5A
Authority: BR
Inventors: Daniel Karunakaran; Frederico Nicoletti de Fraga; Chunqun Ji; Chunfa Wu; Yun Ding
Original assignee: Subsea 7 Limited
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2021-05-18
Also published as: GB201218468D0; EP2917449B1; GB2506938B; GB2506938A; WO2014060717A3; EP2917449A2; US9422773B2; AU2013333707A1; WO2014060717A2; AP2015008378A0; BR112015008247A2; US20150247366A1; AU2013333707B2

Abstract

APERFEIÇOAMENTOS RELACIONADOS A RISERS SUSTENTADOS POR FLUTUABILIDADE Trata-se de uma boia de suporte de riser submarina que compreende um membro de suporte de riser e um membro de suporte de ponte que se estende geralmente paralelo um ao outro e que define uma direção longitudinal entre os mesmos através da boia. As docas flutuantes se estendem longitudinalmente além do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte para fornecer pontos de fixação para conectar correias à boia. Dessa maneira, aos pontos de fixação são espaçados mais amplamente do que as extremidades longitudinais do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte, alterando de forma benéfica o comportamento dinâmico da boia e especialmente suas características de afastamento.

Description

[001] Esta invenção se refere a sistemas de riser submarinosusados para transportar fluidos de poço do fundo do mar para uma instalação na superfície como uma embarcação de FPSO ou uma plataforma. A invenção se refere, em particular, a sistemas de riser sustentado por flutuabilidade ('BSR').

[002] Um sistema de BSR é um exemplo de um sistema de riserhíbrido. Esses sistemas são caracterizados por canos de riser rígidos que se estendem para cima a partir do fundo do mar até um suporte submarino e por canos de ponte flexíveis que se estendem a partir do suporte submarino até a superfície. Os canos de ponte adicionam complacência que desacopla os canos de riser a partir do movimento de superfície induzido por ondas e marés. Os canos de riser experimentam menos estresse e fadiga como um resultado.

[003] Em um sistema de BSR, o suporte submarino é uma boiade suporte de riser retida em meia água, amarrada em uma ancoragem no fundo do mar sob tensão. A boia é retida em uma profundidade abaixo da influência da provável ação da onda, mas raso o suficiente para permitir acesso ao mergulhador e minimizar a possibilidade de colapso sob pressão hidrostática. Uma profundidade de 250 m é típica para essa finalidade, mas isso pode variar de acordo com as condições do mar esperadas em uma localização particular, por exemplo, entre 100 e 300 m.

[004] Os canos de riser, tipicamente de aço revestido e forrado,penduram na boia. Os canos de riser podem se estender substancial e verticalmente ao longo de uma torre de riser ou podem se alargar a partir de uma terminação da boia como risers em catenária de aço ou 'SCRs'. Os SCRs são um exemplo não limitante: outros tipos de cano são possíveis para os canos de riser. Os canos de ponte se penduram como catenárias a partir de uma terminação oposta da boia a fim de se estender a uma FPSO ou outra instalação de superfície ancorada acima, e deslocada horizontalmente, da boia.

[005] Os canos umbilicais e outros seguem as trajetórias geraisdos canos de riser e dos canos de ponte para transmitir potência, dados de controle e outros fluidos.

[006] Em água profunda, uma instalação na superfície como umaFPSO terá geralmente amarras espalhadas. As amarras espalhadas compreendem tipicamente quatro grupos de linhas de amarra (em que cada grupo tem de quatro a seis linhas de amarra) com os conjuntos irradiando com espaçamento angular a partir da FPSO até âncoras como estacas de sucção ou estacas de torpedo embutidas no fundo do mar.

[007] Em uma disposição atracada espalhada, um sistema deriser é alojado tipicamente entre grupos de linhas de amarra vizinhos da FPSO. O espaço pode ser limitado, de modo que, em condições extremas, haja um potencial para interferência ou colisão entre as linhas de amarra da FPSO e da boia de suporte de riser e/ou dos canos de riser.

[008] É necessário garantir que os sistemas de BSR possuamestabilidade suficiente para resistir a movimento em excesso da boia de suporte de riser em condições extremas. A tensão nas correias criada pela flutuabilidade é um fator estabilizante; assim como as forças horizontalmente opostas aplicadas à boia pelos canos de riser e em uma extensão menor pelos canos de ponte. Também pode ser possível aplicar forças de equilíbrio estabilizadoras adicionais a uma boia, por exemplo, por meio de cabos de ancoragem que se estendem até o fundo do mar ou até a FPSO ou por interconexões entre boias vizi- nhas. No entanto, essas medidas adicionais aumentam o custo e pode haver espaço insuficiente para usá-las sem proporcionar um risco de colisão.

[009] As amarras convencionais para boias submarinas se encontram em duas categorias, a saber, amarras de cabo com folga e amarras de cabo esticado. Nas amarras de cabo com folga, as linhas de amarra estão em um formato de catenária como a boia de CALM (amarração de perna de âncora em catenária) mostrada no documento no WO 96/11134. Nas amarras de cabo com folga, os cabos tensiona- dos podem ser substancialmente verticais, conforme mostrado no documento no GB 1532246 ou em ângulos substanciais opostos aos ângulos verticais, conforme mostrado no documento no GB 2273087.

[0010] Os documentos no U.S. 5639187, U.S. 6780072 e WO2012/001406 revelam sistemas de BSR que têm amarras que compreendem substancialmente correias de cabo esticado verticais. Em cada caso, a boia de suporte de riser é geralmente retangular na vista plana, definindo cantos de 90° e as correias são fixadas às paredes laterais externas da boia próximas àqueles cantos da boia. Geralmente, as correias estão localizadas nos lados da boia, de modo a estar o mais longe possível dos canos de riser e dos canos de ponte que se penduram a partir de terminações opostas da boia, a fim de evitar a colisão com aqueles canos.

[0011] Por exemplo, a boia revelada no documento no WO2012/001406 compreende um membro de suporte de riser e um membro de suporte de ponte definindo o comprimento da boia entre os mesmos. O membro de suporte de riser e o membro de suporte de ponte se estendem em paralelo, e repousa ortogonalmente, entre membros laterais paralelos. A boia é amarrada por quatro pares de correias, em que cada um compreende uma cadeia de topo conectada a um comprimento central de cabo de tira em espiral. Dois desses pa- res de correias são fixados em cada membro lateral, sendo que cada par é fixado próximo a uma respectiva terminação do membro lateral. As correias são todas fixadas aos membros laterais no interior do comprimento da boia, conforme medidas pelo comprimento dos membros laterais ou entre as extremidades longitudinais do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte.

[0012] Para satisfazer os requisitos operacionais, é importante queuma boia de suporte de riser seja mantida em uma profundidade apropriada e em uma localização apropriada e uma orientação apropriada na água. Também é importante que as correias, cada uma, suportem uma parte apropriada da carga flutuante, apesar das correias poderem se estender diferente e imprevisivelmente em uso. Por essas razões, é necessário ter um sistema para ajuste de tensão a fim de equilibrar as cargas nas correias. O documento no WO 2012/001406, por exemplo, revela conectores de topo montados nos membros laterais que podem servir como dispositivos de tensionamento para as respectivas correias. Os dispositivos de tensionamento compreendem paradas de cadeia que funcionam como mecanismos de catraca que se engatam a entrada de ligações que é de cantilever a partir da parede externa do membro lateral associado da boia.

[0013] Deve-se observar que as correias em um sistema de BSRestarão geralmente ligeiramente na vertical mesmo na ausência de correntes de água, inclinando-se tipicamente em direção aos canos de riser que aplicam um puxão horizontal maior para a boia do que os canos de ponte. Consequentemente, as referências no relatório descritivo a correias que são 'substancialmente verticais' se destinam a cobrir casos em que as correias assumiriam uma orientação vertical caso a boia não fosse submetida a componentes de força horizontal como a partir de correntes de água ou das cargas de canos de ponte e de canos de riser. As referências a 'substancialmente vertical' não se desti- nam a excluir casos em que as correias estão verticais meramente como uma consequência desses componentes de força horizontal que atuam na boia, como pode ser transmitido por correias opostas que são substancialmente verticais como no documento no GB 2273087.

[0014] As amarras de cabo com folga e as amarras de cabo comfolga em um ângulo substancial ao vertical não são apropriadas para aplicações de BSR. A excursão da boia precisa ser limitada a fim de limitar a fadiga de tubulação, o que exclui amarras de cabo com folga. Também, conforme observado acima, a boia de suporte de riser e os canos que suportam estão localizados em um espaço congestionado entre amarras de FPSO, tubulações e umbilicais. Consequentemente, a pegada do sistema de amarração de BSR precisa ser tão pequena quanto possível, com as correias adotando um ângulo mínimo para a vertical, de modo que as fundações peguem principalmente cargas verticais. No entanto, essa configuração é menos eficiente do que amarras anguladas tensas, conforme s revelado no documento no GB 2273087, visto que oferece menos estabilidade para solicitações dinâmicas causadas por movimento do mar.

[0015] Os documentos no WO 03/093627 e WO 03/097990 revelam boias que suportam risers flexíveis. As boias são ancoradas por correias de cabo esticado substancialmente verticais. Os problemas com estabilidade e excursão são atribuídos a linhas de amarra adicionais dispostas como catenárias. Essa disposição em catenária é custosa, pois envolve mais linhas de amarra e não se encaixa em um espaço submarino congestionado. Os problemas semelhantes afligem o documento no U.S. 5480264 que usa duas ou mais linhas de amarra tensionadas, em que uma se estende substancial e verticalmente em linha reta embaixo da boia e a(s) outra(s) em um ângulo substancial ao vertical a fim de reduzir a excursão horizontal.

[0016] O documento no CN 102418480 revela um dispositivo de suporte de riser que compreende uma boia de suporte de riser circular com estruturas de cantilever espaçadas angularmente que se estendem radialmente na vista plana a fim de sustentar correias que estão no lado externo da pegada plana da boia. Especificamente, a boia tem uma estrutura de "estrela do mar" na qual um corpo central circular é conectado a três boias de cantilever com seção retangular em ângulos incluídos de 120 graus.

[0017] O documento no CN 102418480 não se preocupa com aestabilidade, não menos importante, pois um riser tensionado no topo, conforme usado no documento no CN 102418480 não experimenta cargas laterais aplicadas por risers em catenária. Ao contrário, a finalidade das boias de cantilever no documento no CN 102418480 é alcançar flutuabilidade neutra em fases diferentes da vida do sistema de riser, durante a qual toda a carga na boia varia. Por exemplo, menos flutuabilidade é necessária durante instalação e mais flutuabilidade é necessária quando os risers são suspensos a partir da boia e preenchidos com óleo. Dessa forma, o comprimento das boias de cantilever pode variar a fim de mudar seu volume e, assim, ajustar sua flutuabilidade.

[0018] Conforme será observado a partir do sistema de BSRexemplificativo mostrado na Figura 1 dos desenhos anexos, as orientações relativas de uma FPSO e de uma boia de suporte de riser significam que o rolo da FPSO tende a excitar movimento de inclinação da boia ligada à FPSO por meio de canos de ponte. A este respeito, o afastamento da boia significa girar ao redor de um eixo geométrico transversal, longitudinal paralelo ao membro de suporte de riser e ao membro de suporte de ponte, como oposto a rolo da boia que seria girado ao redor de um eixo geométrico ortogonal paralelo aos membros laterais. O FPSO rola sobre um eixo geométrico longitudinal que se estende ao longo de seu casco, cujo eixo geométrico é ortogonal a um eixo geométrico longitudinal da boia que se estende na direção de fluxo geral de fluidos através dos canos de ponte.

[0019] Para evitar efeitos de ressonâncias mecânicas, a boia desuporte de riser é projetada para ter um período de afastamento natural que é substancialmente diferente (geralmente mais curto) do período de rolagem natural da FPSO. Por exemplo, como o período de rolo natural de uma FPSO está tipicamente entre 11 e 13 segundos e, mais geralmente, entre 11,5 e 12,5 segundos, as dimensões da boia podem ser calculadas, de modo que seu período de afastamento natural esteja entre 7 e 9 segundos e, tipicamente, entre 8 e 8,5 segundos.

[0020] Se a quantidade de canos de riser suspensos aumentare/ou um sistema de BSR for usado em uma profundidade maior de água, de modo que os canos de riser devam ser mais longos, a boia de suporte de riser deve sustentar uma massa suspensa maior. Nesse caso, as dimensões da boia devem ser aumentadas para fornecer a flutuabilidade adicional necessária para sustentar a massa adicional.

[0021] Por exemplo, o documento no WO 2011/083268 revela umaboia de suporte de riser que tem geralmente formato de U em vista plana. Os membros laterais que são flutuantes ao longo de todo o seu comprimento se estende longitudinalmente muito além de uma borda no lado externo do membro de suporte de riser na qual as cargas são aplicadas à boia por risers que se penduram a partir da boia. Esse deslocamento longitudinal dos membros laterais desloca o centro de flutuabilidade em direção à terminação de riser da boia em que as cargas de peso são maiores. Os membros laterais flutuantes se estendem longitudinalmente muito além de pontos de fixação de correia fora dos membros laterais próximos à borda no lado externo do membro de suporte de riser.

[0022] Aumentar a massa aparente de uma boia de suporte de riser alonga suas correias de período de afastamento natural quando são conectadas a cada terminação da boia. Isso necessita do uso de uma quantidade maior de correias em cada terminação da boia ou do uso de correias maiores a fim de manter o período de afastamento natural da boia abaixo do período de rolo natural da FPSO. No entanto, aumentar o tamanho e/ou a quantidade de correias pode conduzir a problemas maiores no equilíbrio das cargas de tensão nas correias; os planejadores podem até encontrar limites de fabricação em tamanho de correia.

[0023] A presente invenção foi projetada a fim de combater osproblemas mencionados anteriormente.

[0024] A invenção refere-se a uma boia de suporte de riser submarina que compreende: um membro de suporte de riser positivamente flutuante e um membro de suporte de ponte positivamente flutuante que se estende geralmente paralelo a cada outro e que define uma direção longitudinal entre os mesmos na boia, o membro de suporte de riser e o membro de suporte de ponte estão afastados entre si na direção longitudinal; os membros laterais que se estendem na direção longitudinal em terminações do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte para unir o membro de suporte de riser e o membro de suporte de ponte; e as docas flutuantes de flutuabilidade negativa ou neutra que se estendem longitudinalmente de terminações opostas de cada membro lateral e além da flutuabilidade positiva do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte, as docas flutuantes compreendem pontos de fixação para conectar correias à boia.

[0025] Os membros laterais também podem ser positivamente flutuantes, em cujo caso as docas flutuantes se estendam preferencial e longitudinalmente além da flutuabilidade positiva dos membros laterais.

[0026] A flutuabilidade negativa ou neutra nas docas flutuantes é constante ou estas não são flutuantes de forma alguma. As docas flutuantes aumentam o espaçamento entre as correias a fim de aumentar o braço de alavanca entre as correias com um aumento mínimo na massa total da boia de suporte de riser. As docas flutuantes podem estender, por exemplo, todo o comprimento da boia de 20% a 50% até os pontos de fixação e, preferencialmente, de 30% a 40%, em relação ao comprimento da boia no membro de suporte de riser e no membro de suporte de ponte.

[0027] Em suma, a invenção soluciona o problema da limitação doperíodo de afastamento natural da boia de suporte de riser, enquanto a quantidade e o tamanho das correias são diminuídos. A invenção alcança isso adicionando as docas flutuantes estendidas adequadamente localizadas nos cantos da boia e relocalizando os conectores de topo naquelas docas flutuantes, aos quais as correias serão conectadas após a instalação. As docas flutuantes estendidas aumentam o momento giratório da boia sem adicionar massa aparente à boia na mesma extensão. Consequentemente, a mesma quantidade de correias e os tamanhos semelhantes de correias podem ser usados para uma boia com dimensão total menor.

[0028] As docas flutuantes se estendem adequadamente tambémem uma direção transversal além dos membros laterais. As docas flutuantes, por exemplo, podem estender toda a largura da boia de 5% a 20% até os pontos de fixação e, preferencialmente, de 10% a 15%, em relação à largura da boia nos membros laterais.

[0029] Dentro do conceito inventivo, a invenção pode ser definidaem termos alternativos como uma boia de suporte de riser submarina que compreende: um membro de suporte de riser positivamente flutuante e um membro de suporte de ponte positivamente flutuante que define uma direção longitudinal entre os mesmos na boia e docas flutuantes estendidas de flutuabilidade negativa ou neutra dispostas para conectar correias à boia nos respectivos pontos de fixação que estão mais afastados longitudinalmente do que as extremidades longitudinais do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte.

[0030] Correspondentemente, a invenção pode ser expressa comoum método para alterar o comportamento dinâmico de uma boia de suporte de riser submarina que compreende um membro de suporte de riser positivamente flutuante e um membro de suporte de ponte positivamente flutuante que define uma direção longitudinal entre os mesmos na boia, em que o membro de suporte de riser e o membro de suporte de ponte estão afastados entre si na direção longitudinal e compreendem membros laterais que se estendem na direção longitudinal em terminações do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte para unir o membro de suporte de riser e o membro de suporte de ponte e em que o método compreende fornecer docas flutuantes de flutuabilidade negativa ou neutra que se estendem longitudinalmente a partir de terminações opostas de cada membro lateral para afastar pontos de fixação de correia mais longitudinalmente do que a flutuabilidade positiva do membro de suporte de riser e do membro de suporte de ponte.

[0031] O conceito inventivo se estende a um sistema de riser dofundo do mar para a superfície que compreende uma boia de suporte de riser submarina da invenção e correias conectadas aos pontos de fixação da boia e que se estendem em direção ao fundo do mar.

[0032] Como as correias não são mais conectadas nos lados daboia de suporte de riser e, portanto, estão mais próximas aos canos de riser e aos canos de ponte que se penduram a partir das terminações da boia, as docas flutuantes estendidas da invenção poderiam aumentar o risco de colisão entre as correias e os canos de riser e os canos de ponte. O comprimento e a orientação das docas flutuantes estendidas em relação aos membros que definem o formato retangular subja- cente da boia devem ser calculados para evitar a colisão.

[0033] Cada doca flutuante é angulada adequadamente na vistaplana em relação a um membro lateral a partir do qual a doca flutuante se estende além da extremidade longitudinalmente de um membro de suporte de riser adjacente ou membro de suporte de ponte. O ângulo entre o eixo geométrico longitudinal da doca flutuante e o eixo geométrico longitudinal do membro lateral deve ter preferencialmente de 0° a 45° e, com mais preferência, deve ser superior a 20° para evitar a colisão com os canos de riser ou com os canos de ponte. Com máxima preferência, esse ângulo terá entre 25° e 35°. No entanto, é mais preferencial que o ângulo entre os eixos geométricos longitudinais da doca flutuante e do membro lateral não é superior a 45°, como, ao contrário, a doca flutuante estendida teria menos ou nenhum efeito sobre o período de afastamento natural da boia de suporte de riser.

[0034] O comprimento de cada doca flutuante ao longo de seu eixo geométrico longitudinal que se estende além dos membros aos quais é fixado deve ser suficiente para aumentar o momento giratório da boia de suporte de riser para uma extensão desejada. No entanto, as docas flutuantes não devem ser muito longas como, ao contrário, podem se tornar muito pesadas e, dessa forma, podem aumentar de maneira desvantajosa a massa aparente da boia. Tipicamente, o comprimento de cada doca flutuante ao longo de seu eixo geométrico longitudinal está entre 3 e 8 m e, preferencialmente, entre 4 e 7 m, no contexto de uma boia que tem 56 m de largura e 40 m de comprimento a título de exemplo.

[0035] A invenção tem várias vantagens. Permite que todo um sistema de BSR tenha melhor comportamento dinâmico total e, em particular, oferece um aument6o significativo na vida de fadiga ou resistência do sistema de correia. Também apresenta uma resposta melhor para um caso de modelo extremo de falha de correia de um sistema de BSR.

[0036] A boia de suporte de riser da invenção é mais robusta e,então, pode alojar melhor um aumento de carga paga do que modelos anteriores. O modelo estrutural da boia também é mais eficiente, visto que coloca as correias mais distantes dos tanques de lastro principais da boia. Isso significa que menos tanques de lastro ou menores são necessários para a mesma carga paga, o que resulta em peso estrutural e de tubulação inferiores.

[0037] A orientação e o comprimento da doca flutuante estendidapodem ser ajustados no estágio de modelo para evitar qualquer colisão potencial entre uma correia e um cano de riser ou cano de ponte.

[0038] Deve-se compreender que as docas flutuantes projetadashorizontalmente são conhecidas por serem usadas em estruturas flutuantes no óleo offshore e indústria de gás, mas que esses usos conhecidos não são relevantes para a presente invenção. Essas docas flutuantes são usadas convencionalmente para ancorar plataformas de perna tensionada ou TLPs', seja qual for o tipo de amarra que é usado.

[0039] Uma razão para docas flutuantes na técnica anterior é anecessidade de espaço entre as pernas de amarras para alojar uma cabeça de poço localizada diretamente sob uma TLP. Os exemplos são mostrados nos documentos no WO 97/29942 e U.S. 5421676. No documento no WO 01/62583, as docas flutuantes de uma TLP têm o benefício adicional de permitir espaço suficiente para módulos de flutuabilidade adicionais embaixo da plataforma. Outra forma de TLP é revelada no documento no JP 2010234965 para sustentar uma turbina eólica offshore.

[0040] O documento no U.S. 6447208 ensina que a flutuabilidadede docas flutuantes ou asas flutuantes pode adicionar estabilidade para uma TLP, mas ensina sem o problema e a solução que definem a presente invenção.

[0041] O documento no U.S. 7854570 revela uma TLP cujas pernas são fixadas a pilhas sem docas flutuantes, ensinando que uma TLP sem docas flutuantes tem uma área projetada submarina maior do que uma TLP convencional com docas flutuantes. Isso reduz a resposta da TLP para correntes oceânicas e ação de ondas e encurta seu período natural, possibilitando que a TLP seja implantada em profundidades de água maiores do que em uma TLP com docas flutuantes. Portanto, o documento no U.S. 7854570 ensina que o acontecimento não é relevante, pois um BSR está situado abaixo dos efeitos de ação de onda.

[0042] Em conclusão e conforme pode ser deduzido a partir dodocumento no U.S. 7854570, a forma em que as docas flutuantes são usadas nas TLPs não é relevante para os desafios técnicos encarados pelos sistemas de BSR. Por exemplo, a estrutura vertical principal da TLP adiciona um momento de volta adicional que diminui a estabilidade. O modelo de TLP também precisa alojar movimento marítimo na superfície ou próximo à superfície, incluindo a zona de borrifos. Isso é mitigado em TLPs usando a estrutura das docas flutuantes para fornecer flutuabilidade adicional.

[0043] A fim de que a invenção possa ser mais prontamente compreendida, a referência será feita agora, a título de exemplo, aos desenhos anexos, nos quais:

[0044] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma instalaçãode riser para enquadrar a invenção no contexto, a instalação, nesse exemplo que compreende dois sistemas de BSR em conjunção com uma única FPSO amarrada espalhada;

[0045] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma boia de suporte de riser, de acordo com a invenção;

[0046] A Figura 3 é uma vista plana esquemática de uma boia desuporte de riser, de acordo com a invenção;

[0047] A Figura 4 é uma vista plana da boia de suporte de risermostrada na Figura 2;

[0048] A Figura 5 é uma vista de terminação da boia de suporte deriser mostrada na Figura 2, vista a partir de uma terminação de ponte da boia;

[0049] A Figura 6 é uma vista lateral da boia de suporte de risermostrada na Figura 2;

[0050] A Figura 7 é uma vista lateral esquemática que mostra asforças que atuam em uma boia de suporte de riser conhecida na técnica anterior;

[0051] A Figura 8 é uma vista lateral esquemática correspondenteà Figura 7, mas que mostra as forças que atuam em uma boia de suporte de riser, de acordo com a invenção; e

[0052] A Figura 9 é uma vista lateral esquemática de um sistemade BSR incluindo uma boia de suporte de riser, de acordo com a invenção.

[0053] A Figura 1 dos desenhos não mostra a invenção como tal,mas, ao contrário, explica seu contexto. Os desenhos restantes mostram modalidades da invenção com a exceção da Figura 7 que mostra uma boia de suporte de riser conhecida na técnica anterior. Os números iguais são usados para partes iguais onde for apropriado.

[0054] Referindo-se em primeiro lugar, em seguida à Figura 1 paraobservar os antecedentes da invenção, um sistema de BSR 10 compreende dois suportes de riser 12 nesse exemplo, embora a quantidade de suportes de riser 12 seja insignificante para o conceito inventivo. Cada suporte de riser 12 compreende uma boia de suporte de riser 14, uma fundação no fundo do mar 16 e uma disposição de correia 18 estendendo-se entre a fundação 16 e a boia 14. Cada disposição de correia 18 compreende oito correias em quatro pares nesse exemplo, mantidas sob tensão pela flutuabilidade da boia 14.

[0055] Cada boia 14 sustenta um grupo de canos de riser 20 naforma de SCRs que se estende, cada um, a partir das respectivas PLETs 22 no fundo do mar, através de uma curva vertical 24 do fundo do mar até a boia 14. Os canos de riser 20 cobrem para cima em direção à boia 14 e cada grupo de canos de riser 20 se espalha no fundo do mar até as PLETs 22.

[0056] Cada cano de riser 20 se comunica com um respectivo cano de ponte 26 que se pendura como uma catenária entre a boia 14 e uma FPSO 28. A FPSO 28 é amarra em seu casco que se estende paralelo a um eixo geométrico contendo ambas as boias 14, em que os canos de ponte 26 conectam a meia nau a um lado da FPSO 28.

[0057] Conforme observado anteriormente, os canos umbilicais eoutros 30 geralmente seguem as trajetórias dos canos de riser 20 e dos canos de ponte 26. Esses umbilicais 30 podem ser distinguidos dos canos de riser 20 na Figura 1, pois não terminam em PLETs 22 e têm um raio de curvatura menor na curva vertical 24.

[0058] A FPSO 28 mostrada na Figura 1 é amarrada e espalhadacom quatro grupos 32 de seis linhas de amarra 34. Novamente, a quantidade de linhas de amarra 34 é insignificante para o conceito inventivo. Dois dos grupos 32 de linhas de amarra 34 - um fixado próximo a cada terminação da FPSO 28 - são mostrados na Figura 1. É evidente que a instalação de riser 10 é alojada tão próxima entre esses grupos vizinhos 32 de linhas de amarra 34 que é difícil evitar a interferência entre as linhas de amarra 34 e os suportes de riser 12, os canos de riser 20 e os canos de ponte 26.

[0059] Referindo-se a seguir às Figuras 2 a 6, uma boia de suportede riser 14, de acordo com a invenção, geralmente é retangular em vista plana. A boia 14 compreende quatro membros flutuantes que são geralmente feixes retos em vista plana, a saber, um membro de suporte de riser 36, um membro de suporte de ponte 38 e dois membros la- terais 40 que circundam uma abertura central retangular 42 conjuntamente.

[0060] Cada membro 36, 38, 40 é oco e é particionado internamente por anteparas em compartimentos para definir tanques de lastro. Os tanques de lastro têm flutuabilidade ajustável a fim de ajudar na instalação da boia 14 e manter o nível de boia 14 em uso, por exemplo, à medida que os canos de riser 20 sucessivos são fixados à boia 14.

[0061] O membro de suporte de riser 36 e o membro de suportede ponte 38 se estendem ao longo de eixos geométricos horizontais paralelos, afastados entre si e unidos pelos membros laterais 40. Os membros laterais 40 também se estendem ao longo de eixos geométricos horizontais paralelos, afastados entre si e estendidos ortogonalmente em relação ao membro de suporte de riser 36 e ao membro de suporte de ponte 38. A abertura central 42 é definida pelos espaços entre os membros 36, 38, 40.

[0062] Os membros 36, 38, 40 têm cortes transversais de fundoliso com paredes de fundo dispostas em um plano comum que é subs-tancialmente horizontal quando a boia 14 está em uso.

[0063] O membro de suporte de riser 36 tem um corte transversalretangular definido geralmente por paredes lisas, a saber, uma parede de fundo 44, uma parede interna 46, uma parede externa 48 e uma parede de topo 50. Cada parede 44, 46, 48, 50 está disposta ortogonalmente em relação às paredes adjacentes do corte transversal. Dessa forma, a parede de fundo 44 e a parede de topo 50 são substancialmente horizontais quando a boia 14 é orientada para uso.

[0064] O membro de suporte de ponte 38 tem um corte transversalaproximadamente um quarto circular definido por uma parede de fundo lisa 52, uma parede interna lisa 54 se estendendo ortogonalmente a partir da parede de fundo 52 e uma parede de topo 56 que é curvada convexa em corte transversal. A parede de topo 56 se curva levemente entre o topo da parede interna 54 e a borda externa da parede de fundo 52 para sustentar os canos de ponte 26 e umbilicais 30.

[0065] Os membros laterais 40 têm, cada um, um corte transversalretangular definido geralmente por paredes lisas, a saber, uma parede de fundo 58, uma parede interna 60, uma parede externa 62 e uma parede de topo 64. Cada parede 58, 60, 62, 64 está disposta ortogonalmente em relação às paredes adjacentes do corte transversal. Dessa forma, a parede de fundo 58 é substancialmente horizontal e a parede interna 46 e a parede externa 48 são substancialmente verticais quando a boia 14 é orientada para uso.

[0066] A parede de topo 64 é horizontal em corte transversal, masrepousa em um plano inclinado, conforme será descrito.

[0067] A boia 14 tem uma largura definida como a distância horizontal entre as paredes externas 62 dos membros laterais 40, medida paralela ao membro de suporte de riser 36 e ao membro de suporte de ponte 38. A boia 14 também tem um comprimento definido como a distância horizontal, medido paralelo aos membros laterais 40, entre a parede externa 48 do membro de suporte de riser 36 e a borda externa da parede de fundo 52 do membro de suporte de ponte 38 em sua interseção com a parede de topo curvada 56.

[0068] Nesse exemplo não limitante, a largura da boia 14 tem 56m e o comprimento da boia 40 m. Portanto, é evidente que o comprimento de uma boia 14 pode ser inferior a sua largura. Nesse sentido, a expressão 'comprimento' segue a direção longitudinal na qual fluidos escoam em relação à boia 14 através dos canos de riser 20 e dos canos de ponte 26.

[0069] O membro de suporte de riser 36 é muito maior em cortetransversal do que o membro de suporte de ponte 38 a fim de proporcionar maior flutuabilidade para sustentar os canos de riser mais pe- sados 20. Para aumentar o corte transversal do membro de suporte de riser 36 dessa maneira sem um aumento correspondente no comprimento da boia 14, o topo do membro de suporte de riser 36 é maior do que o topo do membro de suporte de ponte 38. Como cada membro lateral 40 se compatibiliza com a altura do membro de suporte de riser 36 em uma terminação e a altura do membro de suporte de ponte 38 na terminação oposta, as paredes de topo 64 dos membros laterais 40 são inclinadas para refletir essa diferença na altura. Consequentemente, os membros laterais 40 são de alguma forma em formato de cunha em vista lateral, afunilando-se a partir da parede interna 46 do membro de suporte de riser 36 para a parede interna 54 do membro de suporte de ponte 38.

[0070] Como é bem conhecido na técnica, o membro de suportede riser 36 transporta um arranjo de conectores 66 para conectar os canos de riser 20 aos canos de ponte 26. Também, o membro de suporte de riser 36 e o membro de suporte de ponte 38 transportam várias estruturas-guia 68 para sustentar os canos de ponte 26 e umbilicais 30. Sustentados dessa forma, os canos de ponte 26 e os umbilicais 30 cruzam a parede de topo 50 do membro de suporte de riser 36, transpõem a abertura central 42 longitudinalmente e drapejam através da parede de topo 56 do membro de suporte de ponte 38. A partir daqui, os canos de ponte 26 e umbilicais 30 começam sua curva catená-ria para a superfície.

[0071] De acordo com a invenção, as docas flutuantes 70 se projetam de cada canto da boia 14 em vista plana, de modo que as correias, representadas aqui por cadeias de topo 72, se fixem à boia 14 por meio das docas flutuantes 70 em localizações no lado externo do membro de suporte de riser 36 e no membro de suporte de ponte 38 e, preferencialmente, também no lado externo dos membros laterais 40. Nessa modalidade, as docas flutuantes 70 se estendem a partir das terminações opostas de cada membro lateral 40, além das extremidades longitudinais do membro de suporte de riser 36 e do membro de suporte de ponte 38 em que a boia 14 é vista a partir de um lado.

[0072] As docas flutuantes 70 não contribuem para a flutuabilidade. A flutuabilidade das docas flutuantes 70 é constante, caso seja neutra ou negativa.

[0073] As docas flutuantes 70 também se alargam para fora emvista plana, em que cada uma se encontra em um ângulo agudo a para o eixo geométrico longitudinal do membro lateral associado 40, conforme mostrado na Figura 3, cujo ângulo tem preferencialmente entre 20° e 45° e, com mais preferência, entre 25° e 35°. O eixo geométrico longitudinal do membro lateral 40 é paralelo à parede externa 62 do membro lateral 40 nesse exemplo, conforme mostrado esquematicamente na Figura 3. Consequentemente, nessa modalidade, as docas flutuantes 70 se estendem não apenas longitudinalmente além do membro de suporte de riser 36 e do membro de suporte de ponte 38, mas também transversalmente além dos membros laterais 40.

[0074] A Figura 3 também mostra o comprimento L de cada docaflutuante 70 que se projeta a partir dos membros laterais 40 até os pontos de fixação para as cadeias de topo 72. Em uma boia típica, a título de exemplo, L pode ter entre 3 e 8 m e, preferencialmente, entre 4 e 7 m.

[0075] Em vista plana, as docas flutuantes 70 são mais estreitasdo que os membros 36, 38, 40 a fim de minimizar seu efeito no peso aparente da boia 14. Por essa razão, as docas flutuantes 70 na terminação de riser dos membros laterais 40 também são substancialmente mais baixas na vista lateral do que o membro de suporte de riser 36, conforme será observado nas Figuras 2 e 6, especialmente. As docas flutuantes 70 não precisam ter flutuabilidade adicionada, embora isso seja opcional.

[0076] Conforme observado anteriormente, relocalizar as correiaspara as docas flutuantes estendidas 70 reduz o espaço entre as correias e os canos de riser 20 e os canos de ponte 26. Uma série completa de análises no lugar e em instalação deve ser realizada para determinar o comprimento L e o ângulo a das docas flutuantes 70 em relação aos membros laterais 40 para cada sistema pretendido ao qual essa solução será aplicada a fim de evitar quaisquer colisões potenciais.

[0077] Cada doca flutuante 70 tem paredes laterais verticais paralelas 74 e terminam em uma parede de terminação vertical facetada e chanfrada que compreende uma faceta central 76 que é ortogonal às paredes laterais 74. A faceta central 76 se encontra entre facetas externas 78 que, em vista plana, estão em 45° para a faceta central 76 nas direções opostas e, portanto, se encontram ortogonalmente uma em relação à outra.

[0078] Os pórticos soltos cantiléver 80 se estendem para fora como ressaltos a partir das facetas externas 78. Os pórticos soltos 80 sustentam os respectivos conectores de topo 82 que são engatados às cadeias de topo 72 para configurar e manter a tensão nas correias as-sociadas.

[0079] O comprimento protuberante de cada doca flutuante 70 aolongo de seu eixo geométrico longitudinal tem tipicamente entre 3 e 8 m e, preferencialmente, entre 4 e 7 m. Nesse exemplo, incluindo os pórticos soltos 80, as docas flutuantes 70 aumentam de comprimento total da boia 14 de 56 para 64,2 m e toda a largura da boia 14 de 40 para 56 m.

[0080] Estará evidente a partir da vista plana da Figura 4 que todas as oito correias se fixam à boia 14 fora das extremidades longitudinais do membro de suporte de riser 36 e do membro de suporte de ponte 38, bem distante dos centros de flutuabilidade daqueles mem- bros 36, 38. Também, quatro dente as correias se fixam à boia 14 fora das extremidades transversais dos membros laterais 36, novamente bem distante dos centros de flutuabilidade daqueles membros 40. Estará evidente também como cada doca flutuante 70 se estende além do formato retangular de base da boia 14 definido pelos membros 36, 38, 40.

[0081] Com relação às Figuras 7 e 8, essas comparam uma boiade suporte de riser da técnica anterior 84 mostrada esquematicamente na Figura 7 e a boia 14 da invenção mostrada esquematicamente na Figura 8. As forças que atuam nas respectivas boias 14, 84 estão aparentes, como é o espaço notadamente aumentado, entre as correias 86 na direção longitudinal na Figura 8 por meio das docas flutuantes 70, cujo espaço atua especialmente para resistir ao afastamento da boia 14.

[0082] De volta finalmente para a Figura 9, essa mostra esquematicamente como a solução da invenção que emprega docas flutuantes estendidas 70 também precisa de posicionamento adequado da boia de suporte de riser 14 no campo, possibilitando a massa adequada e o equilíbrio de flutuabilidade de todo o sistema e ajustando a tensão nas correias 86. O posicionamento correto da boia 14 é definido principalmente por configuração adequada de ângulos azimutais para os canos de ponte 26 (β e δ) e para os canos de riser 20 (Φ) e também por posicionamento da boia 14 em uma profundidade de água WD que elimina um risco de colisão entre as correias 86 e os canos de riser 20 e os canos de ponte 26.

[0083] Em suma, se as docas flutuantes estendidas não foremusadas, as correias maiores e mais pesadas ou uma quantidade maior de correias precisará ser usada para alcançar comportamento de afastamento semelhante e resistência contra fadiga para as mesmas dimensões de casco principal da boia e os mesmos movimentos da FPSO. Aumentar a quantidade e o tamanho de correias dessa maneira aumentaria significativamente a complexidade da instalação e o custo de um projeto que usa um sistema de BSR.

[0084] O conceito de docas flutuantes estendidas da invençãoconfere comportamento dinâmico muito melhor em um sistema de BSR e aperfeiçoa as respostas do sistema em casos extremos e de falha de correia com movimento de boia reduzido e vida de fadiga aumentada para correias, canos de riser e canos de ponte. Dessa forma, para as dimensões de casco principal fornecidas da boia e para um dado sistema de correia, o conceito de docas flutuantes estendidas limita vantajosamente o período de afastamento da boia e minimiza as cargas flutuantes nas correias, aumentando sua resistência.

Claims

1. Boia de suporte de riser submarina (14) caracterizada pelo fato de que compreende:um membro de suporte de riser positivamente flutuante (36) e um membro de suporte de ponte positivamente flutuante (38) que se estendem geralmente paralelos um ao outro e que definem uma direção longitudinal entre os mesmos através da boia (14), o membro de suporte de riser (36) e o membro de suporte de ponte (38) estão afastados entre si na direção longitudinalmembros laterais (40) que se estendem na direção longitudinal nas terminações do membro de suporte de riser (36) e do membro de suporte de ponte (38) para unir o membro de suporte de riser (36) e o membro de suporte de ponte (38); edocas flutuantes (70) de flutuabilidade negativa ou neutra que se estendem longitudinalmente a partir de terminações opostas de cada membro lateral (40) e além da flutuabilidade positiva do membro de suporte de riser (36) e do membro de suporte de ponte (38), as docas flutuantes (70) compreendem pontos de fixação para conectar correias (18; 72) à boia (14).

2. Boia(14), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os membros laterais (40) são positivamente flutuantes e as docas flutuantes (70) se estendem longitudinalmente além da flutuabilidade positiva dos membros laterais (40).

3. Boia (14), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as docas flutuantes (70) também se estendem em uma direção transversal além dos membros laterais (40).

4. Boia (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que as docas flutuantes (70) se estendem por toda a largura da boia (14) de 5% a 20% até os pontos de fixação em relação à largura da boia (14) nos membros late- rais (40).

5. Boia (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que cada doca flutuante (70) tem um eixo geométrico longitudinal que está situado em um ângulo α de um eixo longitudinal de um membro lateral (40), em que a está na faixa de 20° a 45°.

6. Boia (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que as docas flutuantes (70) se estendem por todo o comprimento da boia (14) de 20% a 50% até os pontos de fixação em relação ao comprimento da boia (14) no membro de suporte de riser (36) e no membro de suporte de ponte (38).

7. Sistema de riser de fundo do mar para superfície (10) ca-racterizado pelo fato de que compreende a boia de suporte de riser (14), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, e correias (18; 72) conectadas aos pontos de fixação da boia (14) e que se entendem em direção ao fundo do mar.

8. Método para alterar o comportamento dinâmico de uma boia (14) de suporte de riser submarina que compreende um membro de suporte de riser positivamente flutuante (36) e um membro de suporte de ponte positivamente flutuante (38) definindo uma direção longitudinal entre os mesmos na boia (14), o membro de suporte de riser (36) e o membro de suporte de ponte (38) espaçados um do outro na direção longitudinal, e ainda compreendendo membros laterais (40) que se estendem na direção longitudinal nas terminações do membro de suporte de riser (36) e do membro de suporte de ponte (38) para unir o membro de suporte de riser (36) e o membro de suporte de ponte (38), o método caracterizado pelo fato de que compreende fornecer docas flutuantes (70) de flutuabilidade negativa ou neutra que se estendem longitudinalmente a partir de terminações opostas de cada membro lateral (40) para afastar mais os pontos de fixação de correia longitudinalmente do que a flutuabilidade positiva do membro de suporte de riser (36) e do membro de suporte de ponte (38).