BR112015025830B1

BR112015025830B1 - carenagem

Info

Publication number: BR112015025830B1
Application number: BR112015025830-1A
Authority: BR
Inventors: Kjetil SKAUGSET
Original assignee: Equinor Energy As
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2021-02-23
Also published as: AP2015008839A0; CN105247160B; AU2013386179B2; US9725961B2; CN105247160A; EP2984275A1; BR112015025830A2; WO2014166543A1; CA2908887C; CA2908887A1; EP2984275B1; US20160053554A1; AU2013386179A1

Abstract

“CARENAGEM” Um dispositivo de carenagem para a redução de vibrações ou movimentos induzidos por vórtice e minimização de arraste ao redor de um elemento substancialmente cilíndrico imerso em um meio fluido ,que compreende: um elemento cilíndrico, uma carenagem montada de maneira rotativa ao redor do elemento cilíndrico, a carenagem compreendendo uma casca com uma forma de seção transversal cilíndrica com um diâmetro exterior que segue o diâmetro exterior do elemento cilíndrico desde um ponto de estagnação vertical de zero graus até no mínimo ±90 graus, e que em ±90 graus continua como porções como duas aletas na direção para trás, e que define um comprimento de corda C, ainda compreendendo que as porções como aleta são encurvadas de maneira convexa para trás de ±90 graus e assim afunilando no sentido uma da outra, e definindo uma abertura extrema de cauda, ou espaço, menor do que a altura de obstrução da carenagem.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção é relativa genericamente à redução de vibração induzida por vórtice (“VIV”) e mais particularmente a um dispositivo de carenagem e método para a redução de VIV em tubos ou outros componentes estruturais imersos em um fluido.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[0002] A pesquisa por reservas de petróleo e gás durante as diversas décadas passadas conduziu à necessidade por exploração em águas ainda mais profundas. Isto por sua vez conduziu à necessidade de produtores costa afora construírem estruturas que podem suportar fortes correntes oceânicas que poderiam ameaçar a integridade estrutural de tubulações, tubos de subida, ou outros componentes imersos.

[0003] As oscilações de VIV de tubos de subida marinhos são conhecidas aumentar arraste, e terem conduzido à fadiga estrutural. Um meio provado de suprimir esta vibração é a utilização de carenagens e verdugos. Estas coberturas essencialmente modificam o fluxo ao longo do cilindro manobrando a produção de vórtices de Karman de modo que eles atuam de maneira menos coerente e ou afastados o suficiente à jusante de modo que eles interagem menos com o corpo. Na técnica precedente existente existem dois tipo genéricos de estruturas, verdugos helicoidais e carenagens para a supressão de VIV ou movimentos de vórtice induzidos (VIM) ao redor de objetos imersos colocados verticalmente, tal como tubos de subida e outros elementos suportes de construção.

[0004] Verdugos helicoidais Verdugos helicoidais são ligados ao exterior de uma estrutura para suprimir VIV alterando o desenho de vórtice bem como a correlação de vórtices ao longo do comprimento da amostra. A geometria de verdugo helicoidal mais comum é o verdugo de três inícios. Este consiste de três perfis triangulares ou perfis trapezoidais que são enrolados helicoidalmente e se estendem ao longo do comprimento da amostra. Os perfis podem ser fixados de maneira permanente à amostra ou mais comumente ligados utilizando módulos que são ligados à amostra. A despeito do método de ligação, verdugos helicoidais não são projetados para deslocar durante a operação mas, ao invés disto, permanecem em uma posição estacionária em relação ao objeto. Dois parâmetros principais definem a forma global de verdugos: domos: passo (P/D) e relação de altura do verdugo (h/D), onde P indica o passo do verdugo em relação à direção principal de fluxo, D é o diâmetro exterior do cilindro e H é a distância da seção transversal externa a partir do membro cilíndrico até a ponta do verdugo. Em adição, a geometria local do próprio perfil do verdugo caracteriza os verdugos helicoidais.

[0005] Carenagens Carenagens são ligadas a um membro estrutural para alterar o padrão de vórtice daquele membro quando submetido a fluxo de fluido ambiente. Carenagens são ligadas em uma maneira que permite que a carenagem gire ao redor do centro do membro estrutural, por exemplo um tubo de subida de perfuração marinho, ao qual ela está ligada. Isto permite que a carenagem alinhe com a direção do fluxo ambiente. Diversos projetos de seção transversal de carenagens existem hoje.

[0006] Em adição, outros meios de suprimir VIV também existem, tais como o coifas perfuradas, porém todos sofrem de alguns aspectos negativos que favorecem os dois grupos de conceitos acima serem amplamente utilizados hoje na indústria.

[0007] Tais sistemas da técnica precedente, como mencionado acima, estão documentados na literatura e são fornecidos no que segue. Livros e documentos sobre supressão em vibrações induzidas por vórtice e métodos de supressão de VIV: • Sarpkaya, T., 1979, "Vortex-induced oscillations", Journal of Applies Mechanics 46, pp. 241-258. • Blevins, R.D., 1990, Flow-induced Vibrations, Van Nostrand Reinhold: NewYork, USA. • Griffin, O.M. & Ranberg, S.E., 1982, "Some recent studies of vortex shedding with application to marine tubulars and risers", ASME Journal of Energy resources Technology, 104, pp. 2-13. • Bearman, P.W., 1984, "Vortex shedding from oscillating bluff bodies", Annual review of Fluid Mechanics, 16, pp.195-222. • Zdravkovich, M.M., 1997, Flow around circular cylinders,Vol.1: Funda-mentals, Oxford University Press: London, UK. • Naudascher, E & Rockwell, D., 1993, Flow-Induces Vibrations: An En-gineering Guide. Balkema: Rotterdam, Netherlands. • Faltinsen,O.M., 2005, Hydrodynamics of High-Speed Marine Vehicles. Cambridge University Press. • Kristiansen,T., 2009, Two-dimensionalnumerical and experimental studies of piston-mode resonance. Ph.D.thesis, Norwegian University of Science and Technology. • Newman, J.N., 1977, Marine Hydrodynamics. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts. • Sumer, B.M. & Fred0se J., 1997, Hydrodynamics around Cylindrical Structures. World Scientific: Singapore. • Skaugset, K. B., 2003, On the Suppression of Vortex Induced Vibrations of Circular Cylinders by Radial Water Jets, Ph.D.thesis, Norwegian University of Science and Technology.

[0008] Publicações de patente neste campo incluem as seguintes: US5410979, US 5421413, US5984584, US6010278, US6067922, US6179524B1, US6196768B1, US6223672B1, US2006/0021560A1 and EP2049805B1.

[0009] No que segue, o estado da técnica precedente mencionada está explicado em mais detalhe. Em termos de verdugos helicoidais conhecidos da técnica precedente, os aspectos e limitações a seguir deveriam ser observados:

[0010] Capacidade para suprimir vibrações induzidas por vórtice: Dimensões específicas de verdugos helicoidais são necessárias para conseguir ca-racterísticas adequadas de supressão de VIV. O passo e altura do verdugo são pa-râmetros vitais. Em geral, aumentar a altura do verdugo tem um efeito positivo nas características de supressão de VIV. Contudo isto vem com o preço de forças de arraste elevadas.

[0011] Forças de arraste elevadas: Como explicado acima, verdugos helicoidais irão aumentar a força de arraste sobre o membro estrutural. Isto representa um aspecto de capacidade estrutural, bem como limitações operacionais potenciais. No caso de um tubo de subida marinho isto pode limitar a operação em termos de pré-tensão, limitações do ângulo de topo e de fundo, e tensão máxima no tubo de subida. Como resultado, a unidade de perfuração pode ser forçado a suspender operações de perfuração em correntes fortes.

[0012] Em termos de carenagens, em particular carenagens marinhas conhecidas da técnica precedente, os aspectos e limitações a seguir deveriam ser observados:

[0013] Capacidade para suprimir vibrações induzidas por vórtice (VIV) A principal razão para ligar carenagem como um dispositivo de supressão de VIV é reduzir vibrações e fadiga de material na estrutura. Contudo, carenagens existentes têm desempenho de supressão variável. Por exemplo, a janela de condição de fluxo na qual uma carenagem trabalha como projetado é limitada. Uma vez que as condições de fluxo experimentadas, tal como correntes oceânicas, não são determinísti- cas, porém variam em magnitude e direção para uma dada localização, é vital alcançar características de supressão de VIV excelentes para todas as condições de operação. Daí, um projeto de carenagem que apenas trabalha em uma janela específica de condição de fluxo ser indesejável.

[0014] Estabilidade global Carenagens existentes podem se tornar globalmente instáveis para condições espe-cíficas de fluxo de corrente. Este é um fenômeno de ressonância. Os movimentos associados com tal instabilidade global podem ser devastadores para um membro estrutural. Movimentos se tornarão consideravelmente maiores do que aqueles as-sociados com a resposta VIV e podem provocar a rápida fadiga de material ou sobrecarga estrutural. Para uma aplicação costa afora o potencial associado para a perda de contenção de hidrocarbonetos e o risco de Saúde, Segurança e Ambiente (HSE) pode ser relativamente elevado.

[0015] Cargas globais sobre estrutura Carenagens são em geral associadas com forças de arraste relativamente baixas. Contudo, existe grande espaço para melhoramento comparado a projetos existentes. Forças locais sobre a carenagem são conhecidas prejudicar carenagens durante desenvolvimento, recuperação e operação. Este é especialmente o caso para grandes carenagens e associado com interações a partir de ondas, seja na piscina ou na parte superior da coluna de água, onde a ação de onda é mais predominante. Forças de fluido sobre as partes individuais da carenagem podem se tornar grandes o suficiente para fazer com que a carenagem desintegre estruturalmente ou fique en- jambrada impedindo oscilação com o tempo durante operação. Como isto é conhecido ter interrompido operações de perfuração, existe uma necessidade por novas carenagens serem pequenas e robustas para evitar isto.

[0016] Robustez

[0017] Aspectos operacionais Ao desenvolver carenagens em uma unidade de perfuração costa afora, diversos desafios operacionais chave são associados com a dimensão e peso da carenagem. Carenagens pequenas, leves, deveriam superar diversos aspectos operacionais.

[0018] Armazenagem Carenagens atuais ou verdugos helicoidais requerem espaço de armazenagem rela-tivamente grande em uma unidade de perfuração. Algumas unidades de perfuração podem ter espaço muito limitado para carregar tais dispositivos.

[0019] Tempo e custo de instalação e recuperação Um fator chave em custo para uma operação de perfuração é o tempo para desenvolver e recuperar um tubo de subida marinho. Utilizar verdugos helicoidais tradicionais ou carenagens marinhas irá interromper operações normais devido à mão de obra manual envolvida na ligação dos dispositivos de supressão de VIV sobre cada junta do tubo de subida marinho. Tempo total aumentado de desenvolvimento e recuperação irá não apenas aumentar o tempo total gasto na operação mas também aumentar a demanda na janela de tempo disponível necessário para realizar a operação. Unidades de perfuração costa afora carregam taxas diárias elevadas de equipamento de perfuração, daí tempo aumentado para instalação e desenvolvimento pode-se provar muito caro.

[0020] Instalação e recuperação HSE Peso e dimensão unitários elevados de um dispositivo de supressão de VIV não são apenas consumidores de tempo, mas também representam um risco HSE nas fases de instalação e recuperação.

[0021] Factibilidade de instalação Devido a espaço limitado no piso de perfuração, um sistema mais simples e mais compacto, e método para armazenagem e desenvolvimento é necessário.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0022] Portanto, é um objetivo da invenção fornecer um sistema de carenagem que seja mais efetivo e econômico do que a técnica precedente conhecida.

[0023] Este objetivo é solucionado com um sistema de acordo com a reivindicação independente. Outros desenvolvimentos vantajosos e modalidades são objeto das reivindicações dependentes e da descrição detalhada e figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0024] Figuras 1a-1c: Tipos de carenagem de acordo com a técnica precedente.

[0025] Figura 2: Seção transversal de SCC1

[0026] Figura 3: Perspectiva de SCC1

[0027] Figura 4: Perspectiva de SCC1 com elemento cilíndrico

[0028] Figura 5: Seção transversal de SCC2

[0029] Figura 6: Número de Reynolds (Re) contra coeficientes de arraste (CD) para carenagens SCC1, SCC2, SCC1_30 e tubo nu

[0030] Figura 7: Experiências de tubo isolado: Relação de comprimento de corda (C/D) contra coeficientes de arraste (CD) para a carenagens de aleta paralela (PAPF) da técnica precedente da figura 1a.

[0031] Figura 8: Experiências de tubo isolado: Amplitude de vibração (A*) contra coeficientes de arraste (CD) para SCC1 e rigidez elástica. Arraste de SCC1 como uma função de amplitude.

[0032] Figura 9: Velocidades nominais reduzidas (U*) contra A* para experiências SCC1-SCC1 em tandem. Amplitude de movimento de tubo à jusante.

[0033] Figura 10: U* contra A* para experiências SCC1-PAPF em tandem. Amplitude de movimento de tubo à jusante para as carenagens PAPF.

[0034] Figura 11: Número de Reynolds (Re) contra coeficientes de arraste (CD) para experiências SCC1-SCC1XVI é um US Zezé um em também. Arraste de tubo de jusante para SCC1.

[0035] Figura 12: Número de Reynolds (Re) contra coeficientes de arraste (CD) para experiências de SCC1-PAPF em tandem. Arraste de tubo de jusante para as carenagens PAPF.

[0036] Figura 13a-c: Curvas de análise de estabilidade teórica para carenagens da técnica precedente das figuras 1b, 1c e carenagens SCC1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0037] A presente invenção representa um amplo melhoramento sobre a técnica precedente como mencionado na seção de fundamento e figuras 1a-1c, pelo que as abreviações mencionadas na técnica precedente são endereçadas às seguintes modalidades.

[0038] Dispositivo de carenagem

[0039] Garra de caranguejo curta (SCC) A invenção é um novo projeto de carenagens específico que através de testes mostrou desempenho superior comparado a tecnologia existente. Este dispositivo é ligado a um cilindro circular para supressão de vibrações induzidas por vórtice (VIV) ou movimentos induzidos por vórtice (VIM). O dispositivo é capaz de girar ao redor do cilindro e é assim capaz de alinhar com a direção da corrente ambiente.

[0040] Forma da SCC A forma das carenagens é específica para a invenção. Ao descrever a forma coordenadas angulares são utilizadas em relação ao cilindro circular ao redor do qual a carenagem é aplicada. Neste contexto o ponto de estagnação de montante para um elemento cilíndrico circular estacionário com um diâmetro exterior D em fluxo de viscosidade desprezível constante é indicado zero graus enquanto aquele à jusante está a 180 graus. A presente invenção é ainda definida por: a) A forma da carenagem é encurvada de forma convexa para trás de ± 90 graus (SCC1), assim afunilando no sentido uma da outra e definindo uma abertura de extremidade de cauda menor do que a altura de obstrução (standoff) da carenagem. b) A carenagem pode ser encurvada de maneira convexa também a montante (frente) de ±90 graus (SCC2), porém para trás de ±90 graus encurvamento é um pré-requisito, e afunilamento no sentido uma da outra e definindo uma abertura extrema de cauda, espaço, menor do que a altura de obstrução da carenagem. c) Comprimento de corda C. A relação do comprimento da corda de ca- renagem global pode, em uma modalidade da invenção, ser igual a ou menor de C/D=1,4. d) A abertura da extremidade de cauda, espaço, é maior do que 80% da altura de obstrução da carenagem. A invenção também cobre aberturas mais baixas do que 80% porém é visto de testes que a invenção tem melhor desempenho se a abertura folga é mais do que 80%.

[0041] Para todas as modalidades altura de estão bofe da carenagem é definida como uma distância em seção transversal máxima entre as valetas opostas da care- nagem como medida e externa da carenagem. O termo de forma convexa se refere a uma forma convexa como vista e externa a carenagem e tendo uma projeção para fora para longe do elemento cilíndrico quando comparável a uma lente ótica dupla convexa e em oposição ao uma forma côncava que tem uma depressão para dentro. As figuras dois a cinco que mostram as carenagens esses e se um meses e se dois em seção transversal perspectiva e montadas ao redor de um elemento cilíndrico o ilustram isto ainda mais. A bela um fornece exemplos não limita ativos de dimensões das carenagens 16 se um como utilizadas em testes hidro- dinâmicos. Para as dimensões fornecidas a baixo em termos do escopo da presente invenção os valores de relação entre os valores são da maior importância do que as próprias dimensões reais. Tabela 1. Garra de caranguejo curta 1 SCC1 dimensões de teste. Os testes foram conduzidos com três carenagens (norte, centro e sul) de abrangência axialmente sobre uma viga.

[0042] Em adição à carenagem SCC1 básica uma segunda carenagem SCC2 foi construída e testada. A SCC2 tem seu diâmetro máximo ligeiramente mais à jusante. A figura 5 mostra a carenagem SCC2 em seção transversal. A altura de obstrução máxima é definida com uma projeção máxima do corpo como experimentada por um fluxo de água incidente. A Tabela 2 fornece exemplos não limita ativos de dimensões para as carenagens SCC2 como utilizadas em teste hidrodinâmicos. Para as dimensões fornecidas abaixo e em termos do escopo da presente invenção, os valores de relação entre os valores são de maior importância do que as próprias dimensões reais Tabela 2. Garra de caranguejo curta 2 SCC2. Dimensões de teste. Os testes foram conduzidos com três carenagens (norte, centro e sul) de abrangência axialmente sobre uma viga.

[0043] O dispositivo de carenagem e modalidades de acordo com a presente invenção podem ser feitos de material de baixa corrosão selecionado de um grupo de materiais que consistem de polietileno conformável semi-flexível, poliuretano, resina vinil-ester, cloreto de polivinil e fibra de vidro. Outros materiais poderiam facilmente ser previstos, como seria conhecido pela pessoa versada.

[0044] Ajuste experimental

[0045] Ajuste de teste Experiências de VIV livres com as carenagens foram conduzidos no modo de reboque com o cilindro rebocado à jusante das estruturas de reboque. A velocidade do carrinho foi principalmente variada desde 0,5 até 4,5 m/s dependendo do aparecimento de VIV e limitações do carrinho de reboque, e fornecendo números de Reynolds até aproximadamente 1,4 milhão. Molas helicoidais na estrutura de amortecimento também variaram resultando em velocidades nominais reduzidas. U*(VRN) de 2 até 24. Os testes livres foram realizados em quatro valores diferentes de rigidez elástica para as carenagens SCC1, SCC2 e PAPF. Cada uma das carenagens acima mencionadas foi testada na faixa de aproximadamente 20 até 128 kN/m de rigidez elástica o que corresponde a frequências de sistema de 0,6 até 1,5 hertz. O cilindro nu foi testado em 20 e 45 kN/m para realizar os testes de qualificação em aproximadamente 0,6 e 0,9 hertz.

[0046] Processamento de dados A análise de dados básica consistiu de determinar a amplitude de vibração VIV, A* e a velocidade reduzida nominal U* dados são definidas como a seguir:

onde oZ é o desvio padrão da amplitude de fluxo transversal Z de movimento e DR é o diâmetro de referência tomado como diâmetro exterior (espessura máxima) da carenagem. V é a velocidade do carrinho ou velocidade de fluxo. A frequência natural fN(V=0), é tipicamente tomada como experiências em água parada, contudo para estas experiências uma velocidade de fluxo baixa foi requerida para alinhar as unidades. CD, CD = coeficiente de arraste CLV, CL = coeficiente de levantamento (força de levantamento em fase com a velocidade de fluxo transversal do cilindro) CM = coeficiente de massa adicionada (força de levantamento em fase com aceleração de fluxo transversal do cilindro)

[0047] Sumário de resultados

[0048] Carenagens SCC1 e SCC2: Arraste,experiências em tubo isolado

[0049] Tubos com carenagens SCC1 foram examinados utilizando dois conjuntos elásticos diferentes para mudar a frequência natural. A constante elástica não teve qualquer efeito significativo no valor de arraste. Coeficientes de arraste para as carenagens SCC! E SCC2 bem como para um tubo nu, ou tubo de subida, como função do número de Reynolds estão fornecidos na figura 6. Em adição, os resultados de teste para uma carenagem SCC1 fixada em passo de 90 graus também estão mostrados. Sob certas circunstâncias durante deslocamento no oceano uma ca- renagem pode se tornar enjambrada na posição. Isto pode ser devido a crescimento marinho excessivo ou outras razões mecânicas. Para esta experiência a carenagem Scc1 central, fazer referencia à Tabela 1, foi fixada em um ângulo de 30 graus em relação às duas carenagens vizinhas. O coeficiente de arraste para a carenagem SCC1 como uma função da amplitude A* está fornecida na figura 8. Os resultados de testes mostraram que a carenagem SCC2 mostra arraste ligeiramente menor, por exemplo 4%, do que a carenagem SCC1, porém a carenagem SCC1 é algo mais efetiva na supressão de VIV do que a carenagem SCC2.

[0050] Experiências de tubo isolado carenagens PAPF: com duas diferentes relações de Corda/Diâmetro O comprimento da corda da SCC1 padrão tem uma relação de comprimento de corda de 1,4 ou menos. As carenagens PAPF têm um comprimento de corda significativamente mais longo, tendo uma relação de comprimento de corda padrão de 1,75. Isto pode ser uma desvantagem devido a instalação e espaço de armazenagem dis- ponível. Carenagens PAPF com relações de comprimento de corda de 1,75 e 1,5 foram construídas e testadas com o objetivo de determinar o efeito, se algum, de encurtamento das carenagens PAPF tal que elas se aproximam da relação de comprimento de corda das carenagens SCC1. Traçados de força e tempo de movimento para as carenagens PAPF com relações de comprimento de corda de 1,75 e 1,5 foram testadas sobre uma faixa de número de Reynolds desde 400.000 até 950.000. Em ambos os casos houve VIV significativo. O coeficiente de arraste das carena- gens PAPF foi determinado ser influenciado pela relação de comprimento da corda. Foi observado que o coeficiente de arraste médio aumentou de 0,5 até 0,65 quando a relação de comprimento da corda foi diminuída de 1,75 para 1,50. Este resultado está mostrado na figura 7, que mostra o arraste das carenagens de aleta paralela da técnica precedente como uma função da relação de comprimento de corda.

[0051] Os resultados mostram que o comprimento da corda reduzido aumentou a força de arraste. Estes valores são também significativamente mais elevados do que as forças de arraste para as carenagens SCC. A redução do comprimento de corda da carenagem PAPF que conduziu a uma reduzida até uma relação de comprimento da corda de 1,5, ainda mostra aproximadamente 30% de forças de arraste mais elevadas do que a SCC1 com uma relação de comprimento de corda de 1,4. Isto é atribuído ao projeto da SCC1 e SCC2 com aletas encurvadas. Além disto, testes mostraram que as carenagens SCC têm arraste consistentemente baixo quando a relação de comprimento de corda C/D é ainda reduzida para 1,278.

[0052] A figura 7 mostra as forças de arraste para duas relações de comprimento de corda diferentes para as carenagens PAPF, enquanto a figura 8 mostra as forças de arraste sobre a SCC1 para diferentes amplitudes de movimento. Uma vez que as carenagens SCC1 suprimem VIV, as forças de arraste mostradas a partir da SCC1 deveriam estar à esquerda da figura 7. Enquanto carenagens SCC1 têm um arraste de 0,43, as carenagens PAPF mostram um arraste mínimo de 0,57 (um aumento de mais do que 32%). Além disto, é visto que existe maior variabilidade dos valores de arraste de PAPF do que para as carenagens SCC. É especulado que isto é devido a um rendimento mais baixo de supressão de VIV das carenagens da téc- nica precedente. Isto também significa que as carenagens PAPF podem apresentar arraste significativamente mais elevado em uma relação de comprimento de corda ainda mais baixo de 1,5. É observado que com o projeto PAPF a tendência é que comprimentos de corda mais curtos conduzam a ambos, arraste aumentado e variabilidade aumentada em arraste. Este não é o caso para as carenagens SCC.

[0053] Resultados de teste Tandem/Interferência

[0054] Testes em tandem foram conduzidos onde um tubo de subida de jusante estava livre para vibrar na trilha de um tubo de subida de montante fixo. O tubo de subida de montante consistia de um tubo equipado com carenagens. O tubo de subida de jusante foi ajustado com carenagens onde combinações de diferentes care- nagens foram testadas. A amplitude de VIV e arraste para a carenagem SCC1 de jusante foram medidos neste ajuste tandem até para distâncias deslocadas (5D e 10D, onde D é o diâmetro exterior de uma carenagem de montante) de uma carena- gem SCC1 de montante. Em uma maneira similar, as carenagens PAPF para ambas as relações de comprimento da corda de 1,75 e 1,5 foram testadas à jusante em tandem com carenagens SCC1 instaladas no tubo de montante. Também neste arranjo de tandem distâncias deslocadas (5D e 10D) de uma carenagem SCC1 de montante foram também testadas. Deslocamentos verticais entre carenagens de 0D e 1D também foram testadas.

[0055] Para finalidades de comparação, ver figura 9 “SCC isolada” e figura 10 com ambos “PAPF isolada C1p75” e PAPF isolada C1p5 que mostram U* plotada contra A* (Aestrela). Para referência C1p75 se refere a uma relação de comprimento da corda de 1,75 enquanto C1p5 se refere a uma relação de comprimento da corda de 1,5. Isto mostra claramente que SCC1 suprime VIV através de toda a faixa respectivamente enquanto as carenagens PAPF (C/D= 1,75 e 1,5) não suprimem VIV de maneira tão efetiva. A versão curta C/D 1,5 de carenagens PAPF está vista produzir os valores mais elevados para A*.

[0056] Os resultados também mostram que a SCC1 tem vantagens consideráveis quando na trilha de outro tubo de subida quando comparada às carenagens PAPF.

[0057] As figuras abaixo ilustram ainda mais isto. Na figura 10 vemos que as carenagens PAPF apresentam uma resposta considerável em uma ampla faixa quando ela está na trilha de outra estrutura. Como mostrado na figura 9, a resposta SCC1 é muito mais chata, contudo, e tem apenas uma faixa muito estreita onde uma resposta maior é obtida devido ao elemento membro estrutural estar situado na trilha da estrutura de montante. Estes são números importantes em relação a documentar as diferenças entre tipos de carenagens PAPF e SCC1.

[0058] As figuras 11 e 12 que mostram a diferença em arraste são fornecidas. Novamente, é visto que a carenagem SCC1 tem um coeficiente de arraste consideravelmente mais baixo do que as carenagens PAPF sobre uma faixa muito ampla de número de Reynolds.

[0059] Estudos teóricos de estabilidade

[0060] As figuras 13a-13c mostram resultados de modelagem da análise de estabilidade para três tipos de carenagem como o baseados nos critérios em Blevins (1990) e Newman (1977) e iteração utilizando o método de Routh com outras derivações e parametrizações como fornecido em Kristiansen (2009) e Faltinsen (2005).

[0061] A forma do polinômio no caso de carenagem não amortecida está fornecida sobre o eixo-y (q(u)[(kg/s)4]) como q(U) = q4U4 + q2U2 + q0 = 0 e está representada pela curva de fundo para cada um dos tipos de care- nagem fornecidos. O eixo X representa velocidade de fluxo (U) em metros por segundo. Para os casos de simulação sonde um termo de amortecimento empírico de Rayleigh (q1U) é adicionado, o polinômio para o eixo Y assume a forma a seguir: q(U) = q4U4 + q2U2 + q1U + q0 = 0 , onde 71 e Ç é um número não dimensional. Valores mais elevados para Ç resultam em amortecimento mais elevado.

[0062] A curva de fundo para cada tipo de carenagem representa uma simulação sem o termo de amortecimento q1U. Instabilidade e palpitação podem aparecer quando o valor para q(U) sobre a curva é negativo. A próxima curva adjacente na curva de fundo não amortecida inclui o termo de amortecimento q1U com Ç=0,04. A próxima curva adjacente inclui o termo de amortecimento q1U com Ç=0,08. A próxima curva de topo adjacente inclui o termo de amortecimento q1U com Ç=0,16.

[0063] Os termos q4, q2 e q0 são ainda expressos pelo que segue: q4 = (MK - Tmifr)2, q2 = 2k{2K(mfr) 2 - I(MK + Tmfr)}, q0 = k2I2 I representa o momento de inércia, mf representa a massa da carenagem, e r representa a distância entre o centro elástico EC e o centro de gravidade CG. K, M, K e T são termos de parametrização como fornecidos ou derivados das publicações citadas acima.

[0064] Para sistemas que têm valores contínuos não negativos q(U), eles são também incondicionalmente estáveis. Com uma ênfase nos resultados para a SCC1 pode ser visto que sob condições do mundo real com algum grau de amortecimento normal, a carenagem SCC1 pode ser vista apresentar estabilidade significativa enquanto as carenagens da técnica precedente da figura 1b e 1c apresentam uma necessidade por mais amortecimento do que a carenagem SCC1.

[0065] Outra vantagem de acordo com a presente invenção, quando comparada à técnica precedente, é que as carenagens SCC separadas operam de maneira independente sempre ao longo do comprimento vertical do tubo de subida. Considere que quando operando uma carenagem em uma coluna de água, as condições no topo do tubo de subida podem ser completamente diferentes do que na seção inferior. Desta maneira, é importante ter uma carenagem que seja estável em diversas condições de operação. As carenagens da técnica precedente deveriam trabalhar bem em uma seção do tubo de subida enquanto elas podem não trabalhar bem em outra seção. A instabilidade gerada em um nível pode provocar instabilidade em outras seções.

[0066] Como visto das inúmeras experiências de laboratório, bem como estudos teóricos, dispositivos carenagem com aletas paralelas e/ou aletas longas com relações de comprimento de corda mais elevadas são genericamente menos eficiente e menos estáveis. Os aspectos combinados da presente invenção mostram ser mais eficientes de maneira hidrodinâmica e menores carenagens mais leves menos volu-mosas, mais fáceis de armazenar e mais fáceis de instalar sem a necessidade por um ROV. Em adição, a presente invenção é vista ser desenvolvível em uma ampla faixa de regimes de fluxo, correspondendo a condições de corrente oceânica variáveis experimentadas em diversas localizações geográficas mundo afora.

[0067] As principais vantagens e melhoramentos alcançados com todas as modalidades de acordo com a presente invenção em comparação com a técnica precedente incluem o que segue: • Nenhum limite operacional para operações de perfuração costa afora devido à fadiga do tubo de subida de perfuração a partir de vibrações induzidas por vórtice VIV. Isto economiza tempo e custo para operadores costa afora. • Dimensão/peso: Tempo reduzido gasto para ajustar/mobilizar dispositivo de supressão de VIV em um equipamento de perfuração costa afora. Isto também economiza tempo e custo para operadores costa afora. • Baixas forças de arraste sobre o tubo de subida de perfuração que: reduz tensão no tubo de subida e elementos ligados. • Desempenho: capacidade aumentada para suprimir vibrações induzidas por vórtice VIV; Forças de arraste: reduzidas quando comparado à tecnologia co-nhecida. Estabilidade global: desempenho estável para todas as condições. Robustez: robustez aumentada de um dispositivo de supressão.

[0068] Embora a invenção precedente tenha sido descrita em algum detalhe à guisa de ilustração e exemplo para finalidades de clareza de entendimento, será facilmente evidente para aqueles de talento ordinário na técnica, à luz dos ensinamentos desta invenção, que certas mudanças e modificações podem ser feitas a ela sem se afastarem do escopo das reivindicações anexas.

[0069] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhe nos dese- nhos e descrição que precede, tal ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou tomadas como exemplo e não restritivas, e não é projetado limitar a invenção às modalidades divulgadas. O simples fato que certas medidas são descritas em diferentes reivindicações dependentes de maneira recíproca, não indica que uma combinação destas medidas não possa ser utilizada de maneira vantajosa.

Claims

1. Dispositivo de carenagem para redução de vibrações ou movimentos induzidos por vórtice e redução de arraste ao redor de um elemento substancialmente cilíndrico imerso em um meio fluido, compreendendo: um elemento principalmente cilíndrico; uma carenagem rotativa montada ao redor do elemento principalmente cilíndrico, a carenagem compreendendo uma casca com uma forma de seção transversal principalmente cilíndrica com um diâmetro exterior D que segue o diâmetro exterior de dito elemento cilíndrico a partir de um ponto de estagnação vertical de zero graus até no mínimo ±90 graus e que a ±90 graus continua como porções como duas aletas em uma direção para trás e que define um comprimento de corda C, caracterizado pelo fato de as porções como aleta serem encurvadas de maneira convexa para trás de ±90 graus, assim afunilando no sentido uma da outra e definindo uma abertura extrema de cauda menor do que a altura de obstrução da carenagem.

2. Dispositivo de carenagem da reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as porções como aletas serem encurvadas de maneira convexa para frente de ±90 graus, assim afunilando uma no sentido da outra e definindo uma abertura extrema de cauda menor do que a altura de obstrução da carenagem.

3. Dispositivo de carenagem de qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a abertura extrema de cauda constituir mais do que 80% da altura de obstrução da carenagem.

4. Dispositivo de carenagem de qualquer uma das reivindicações 1 até 3, caracterizado pelo fato de dita abertura extrema de cauda constituir uma faixa de entre 80% e 100% da altura de obstrução da carenagem.

5. Dispositivo de carenagem de qualquer uma das reivindicações 1 até 3, caracterizado pelo fato de a abertura extrema de cauda ser 80% ou menos do que a altura de obstrução da carenagem.

6. Dispositivo de carenagem da reivindicação de qualquer uma das reivin-dicações 1 até 5, caracterizado pelo fato de a relação de comprimento de corda (C/D) ser igual a ou menor do que 1,4.