BR112015026683B1

BR112015026683B1 - Método e sistema para manter de modo dinâmico uma distância d entre uma embarcação flutuante e uma embarcação flutuante ancorada a uma torre, e embarcação flutuante para seguir movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre

Info

Publication number: BR112015026683B1
Application number: BR112015026683-5A
Authority: BR
Inventors: Aziz Merchant; Anis Hussain; Ankit Kumar Choudhary
Original assignee: Keppel Offshore & Marine Technology Centre Pte Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2023-02-14
Also published as: EP2989000A4; BR112015026683A2; PL2989000T3; HK1216739A1; US9547308B2; SG11201507921YA; EP2989000A1; CN105143037A; WO2014175831A1; KR20160003037A; CN105143037B; US20160147229A1; KR102117967B1; EP2989000B1; MY175271A

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA POSICIONAR DINAMICAMENTE UMA EMBARCAÇÃO FLUTUANTE JUNTO A UMA EMBARCAÇÃO FLUTUANTE ANCORADA A UMA TORRE Trata-se de uma embarcação flutuante de transição rápida que tem a capacidade de seguir os movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre que é fornecida. A embarcação flutuante de transição rápida inclui um sistema e processos para posicionar de modo dinâmico a embarcação flutuante junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre pelo qual a embarcação flutuante permanece a uma distância segura enquanto é conectado à embarcação flutuante ancorada a uma torre. Isso é conseguido pela embarcação flutuante que segue os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre conforme a embarcação flutuante ancorada a uma torre gira acompanhando o vento ao redor de um centro do ancoradouro da torre.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma embarcação flutuante de transição rápida que tem a capacidade de seguir os movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre. De modo mais particular, essa invenção refere-se a um sistema e método para posicionar de modo dinâmico uma embarcação flutuante junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre pela qual a embarcação flutuante tem a capacidade de permanecer conectada à embarcação flutuante ancorada a uma torre seguindo-se os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre à medida que a embarcação flutuante ancorada a uma torre gira acompanhando o vento ao redor de um centro do ancoradouro da torre.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] As embarcações flutuantes tais como plataformas de produção flutuantes foram amplamente usadas em exploração/produção de óleo e gás visto que essas plataformas móveis podem ser movidas facilmente de um lado para outro. Existem mais de 200 plataformas flutuantes em envelhecimento em operação em todo o mundo. Essas plataformas são instaladas normalmente em sítios marítimos fora do Brasil, África Ocidental e Australásia. Só no mercado de petróleo do Brasil; existe um total de 29 plataformas flutuantes em instalação atualmente. Dentre essas, mais de 65% dessas plataformas flutuantes empregam sistemas de ancoramento da torre. Os sistemas de ancoramento da torre permitem que uma plataforma gire de acordo com o vento, adotando-se a direção da menor resistência contra as ondas, vento e correntes. Para operações de perfuração, isso é vantajoso já que a plataforma tem a capacidade de adotar automaticamente uma direção que fornece a menor resistência contra os elementos atrozes.

[0003] À medida que essas plataformas envelhecem, a manutenção e os trabalhos de manutenção e atualização precisam ser conduzidos nessas plataformas. Além disso, operadores de plataforma também tentam estender constantemente a vida marítima dessas plataformas instaladas. Isso pode ser conseguido substituindo-se equipamento e maquinário desgastado por novos modelos ou atualizando os modelos existentes, o que, desse modo, estende a vida útil das plataformas. A dificuldade com a qual os operadores de plataforma se deparam é que esses trabalhos de manutenção e atualização devem ser conduzidos enquanto as plataformas ainda estão instaladas no mar, com interrupções mínimas às operações dessas plataformas. Se as plataformas tiverem que ser desconectadas ou desativadas para trabalhos de manutenção, a perda de ganhos causada por inatividade das plataformas pode ser imensurável.

[0004] Uma solução para os problemas acima é usar as embarcações equipadas com as máquinas e ferramentas necessárias para conduzir a atualização necessária e os trabalhos de manutenção no mar. Entretanto, a maioria das embarcações não deve ter a capacidade de suportar mares revoltos e duras condições ambientais nas quais as plataformas flutuantes operam. Um tipo de embarcação flutuante que tem a capacidade de operar sob tais condições duras e imprevisíveis é uma embarcação flutuante projetada para funcionamento marítimo como um semissubmersível.

[0005] A atual tendência de mercado é construir semissubmersíveis com deslocamentos entre 30.000 toneladas (toneladas métricas) e 55.000 toneladas (toneladas métricas). Os semissubmersíveis se tornam mais pesados e maiores em tamanho à medida que mais operadores de semissubmersível são inclinados a carregar os semissubmersíveis com maior quantidade de recursos possível, tais como unidades de acomodação, centros de auxílio de emergência, plataformas de pouso de helicóptero, áreas de armazenamento e tais outras atividades que consomem espaço. Na medida em que os semissubmersíveis se tornam maiores e mais pesados, mais potência é necessária para mover esses semissubmersíveis. Como tal, o tamanho dos propulsores de potência ou o tamanho dos motores também aumenta. Devido à falta de balanço em peso e potência disponível, os semissubmersíveis que estão disponíveis atualmente não têm a capacidade de reagir rápido o suficiente aos movimentos de guinada da plataforma ancorada à torre à medida que a plataforma gira acompanhando o vento. Isso se deve ao fato de que os semissubmersíveis disponíveis atualmente são muito pesados para reagir aos movimentos de guinada ou a potência de propulsão dos motores semissubmersíveis é totalmente utilizada para a manutenção da estação, ou seja, manter o semissubmersível estacionário nas condições climáticas mais duras. Portanto, é um desafio projetar um semissubmersível que tenha a capacidade de operar de modo seguro junto a uma plataforma flutuante ancorada a uma torre.

[0006] O documento US 2005/0016431 A1 ensina um sistema com uma embarcação flutuante posicionável dinamicamente e um navio- tanque dinamicamente posicionável pelo qual uma mangueira flexível é conectada entre o navio-tanque e a embarcação flutuante. O documento ensina ainda que o navio-tanque de vaivém é fornecido com um sistema de posicionamento dinâmico para manter o navio-tanque de vaivém a uma distância de operação constante da embarcação flutuante maior. Os propulsores de azimute fornecem menos energia em comparação com a energia fornecida pelos principais sistemas de hélices.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] O problema acima e outros na técnica são resolvidos e um avanço na área é feito de acordo com esta invenção. Uma primeira vantagem das modalidades de sistemas e métodos de acordo com esta invenção é que uma embarcação flutuante tem a capacidade de manter dinamicamente sua posição junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre mesmo quando a embarcação ancorada à torre gira acompanhando o vento ao redor do centro do ancoradouro da torre. Uma segunda vantagem das modalidades de sistemas e métodos de acordo com esta invenção é que cerca de 30% da potência total da embarcação flutuante é alocada como propulsão residual, o que, desse modo, fornece à embarcação flutuante potência suficiente para reagir aos movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre. Uma terceira vantagem das modalidades de sistemas e métodos de acordo com esta invenção é que a embarcação flutuante exibe uma frequência maior de movimentos de guinada de baixa frequência sem colidir com a embarcação flutuante ancorada a uma torre. Isso melhora o tempo de operação da embarcação flutuante ancorada a uma torre de 50% para até 85%.

[0008] As vantagens acima são fornecidas por modalidades de um método ou um sistema de computador de acordo com a invenção que opera do modo a seguir. O sistema primeiramente determina a distância linear entre uma embarcação flutuante e uma embarcação flutuante ancorada a uma torre. A embarcação flutuante é dotada de uma pluralidade de motores que incluem pelo menos um motor principal e pelo menos um motor de manobra. O sistema controla a potência de saída do motor de manobra e, então, direciona a potência de saída do motor de manobra para uma pluralidade de propulsores marítimos fornecidos nas cápsulas giratórias para garantir que a distância linear determinada corresponda a uma primeira distância. Adicionalmente, a potência de saída total do motor de manobra está entre 20% e 35% de potência total de uma pluralidade de motores e uma embarcação flutuante tem uma razão entre a potência de saída total da pluralidade de motores e o deslocamento da embarcação flutuante entre 0,80 e 1,10.

[0009] De acordo com modalidades da invenção, a potência de saída total do motor de manobra para seguir o deslocamento giratório da embarcação flutuante ancorada a uma torre é determinada pela equação abaixo:

[0010] através da qual “T” denota a potência de saída residual total ideal da pluralidade de propulsores de motor, “M” denota uma massa da embarcação flutuante em toneladas (toneladas métricas), “A” denota uma massa adicionada da embarcação flutuante em uma direção de surgência/balanço em toneladas (toneladas métricas), “b” denota um deslocamento de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre, e “TP” denota um tempo de resposta da primeira embarcação para mover uma distância “b”.

[0011] De acordo com modalidades da invenção, o sistema determina o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre pela equação abaixo:

[0012] através da qual b denota o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre, “ay” denota uma amplitude de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre em graus, e “c” denota uma distância linear ao longo de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre entre um centro de um ancoradouro da torre da embarcação flutuante ancorada a uma torre e a embarcação flutuante.

[0013] De acordo com modalidades da invenção, o sistema determina uma distância linear entre a embarcação flutuante e a embarcação flutuante ancorada a uma torre recebendo-se uma medição de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre, que obtém uma posição atual da embarcação flutuante; e calculando-se a distância linear entre a embarcação flutuante com base na medição de guinada recebida e a posição obtida.

[0014] De acordo com modalidades da invenção, uma embarcação flutuante para seguir movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre mantendo-se de modo dinâmico uma distância entre a embarcação flutuante e a embarcação flutuante ancorada a uma torre é fornecida. A embarcação flutuante compreende uma pluralidade de motores tem pelo menos um motor principal e pelo menos um motor de manobra em que uma potência de saída total do motor de manobra está entre 20% e 35% de potência total de uma pluralidade de motores e em que uma embarcação flutuante tem uma razão entre a potência de saída total da pluralidade de motores e o deslocamento da embarcação flutuante entre 0,80 e 1,10. A embarcação flutuante também inclui a sistema de computador para determinar a distância linear entre a embarcação flutuante e a embarcação flutuante ancorada a uma torre. O sistema de computador também controla a potência de saída do motor de manobra, e direciona a potência de saída do motor de manobra para uma pluralidade de propulsores marítimos que são fornecidos em cápsulas giratórias para garantir que a distância linear determinada corresponda a uma primeira distância.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] As vantagens e recursos acima de acordo com esta invenção são descritos na descrição a seguir e são mostrados nos seguintes desenhos:

[0016] A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma primeira embarcação de acordo com modalidades da invenção;

[0017] A Figura 2 ilustra uma vista de topo de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre com uma embarcação flutuante dinamicamente posicionada junto à mesma de acordo com modalidades da invenção;

[0018] A Figura 3 ilustra um diagrama em blocos que representa os sistemas de processamento que fornecem modalidades de acordo com modalidades da invenção;

[0019] A Figura 4 ilustra uma vista de topo de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre com uma embarcação flutuante dinamicamente posicionada junto à mesma e um gráfico que mostra a utilização de potência da embarcação flutuante dinamicamente posicionada de acordo com modalidades da invenção;

[0020] A Figura 5 ilustra as razões entre potência e tamanho e razões entre impulso residual e tamanho de embarcações flutuantes conhecidas por técnicos no assunto em comparação a uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da invenção;

[0021] A Figura 6 ilustra a potência de impulso residual de embarcações flutuantes conhecidas por técnicos no assunto em comparação a uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da invenção;

[0022] A Figura 7 ilustra uma vista em perspectiva frontal de uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da presente invenção;

[0023] A Figura 8 ilustra uma vista lateral de uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da presente invenção;

[0024] A Figura 9 ilustra amplitudes de guinada e tempos de resposta de embarcações flutuantes conhecidas por técnicos no assunto em comparação a uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da invenção; e

[0025] A Figura 10 ilustra um gráfico que mostra a amplitude contra os movimentos de guinada de embarcações flutuantes conhecidas por técnicos no assunto em comparação a uma embarcação flutuante de acordo com modalidades da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] A presente invenção refere-se a uma embarcação flutuante de transição rápida que tem a capacidade de seguir os movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre. A embarcação flutuante que é fornecida junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre tem a capacidade de permanecer conectada à embarcação flutuante ancorada a uma torre. A embarcação flutuante consegue isso seguindo dinamicamente os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre conforme a embarcação flutuante ancorada a uma torre gira acompanhando o vento ao redor de um centro do ancoradouro da torre.

[0027] Os sistemas e métodos de acordo com esta invenção preveem que uma embarcação flutuante tem a capacidade de manter dinamicamente sua posição junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre mesmo quando a embarcação ancorada à torre gira acompanhando o vento ao redor do centro do ancoradouro da torre. Além disso, entre 20% e 35% da potência total da embarcação flutuante é alocada como propulsão residual, o que, desse modo, fornece à embarcação flutuante potência suficiente para reagir aos movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre. A embarcação flutuante também exibe uma frequência maior de movimentos de guinada de baixa frequência sem colidir com a embarcação flutuante ancorada a uma torre, o que, portanto, melhora o tempo de operação da embarcação flutuante ancorada a uma torre de 50% para até 85%.

[0028] Uma vista em perspectiva de uma embarcação flutuante de transição rápida de acordo com uma modalidade desta invenção é ilustrada na Figura 1. Um exemplo de tal embarcação flutuante é um semissubmersível ou outro dentre tais embarcações que têm boa estabilidade e características de manutenção no mar. A Figura 1 ilustra tal embarcação flutuante, que é o semissubmersível 100 que compreende um casco de caixa de convés único 105, pontões 110 e convés superior 115. O convés superior 115 pode ter uma plataforma de pouso de helicóptero, guindastes, um passadiço que pode ser usado para conectar o semissubmersível 100 a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre e/ou maquinário para conduzir reparos ou trabalhos de atualização.

[0029] A Figura 2 ilustra uma vista de topo do semissubmersível 100 que opera junto a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. O semissubmersível 100 é dotado de uma pluralidade de propulsores de motor que são usados para operações de manutenção de estação e para seguir os movimentos rotacionais de embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 conforme a embarcação 205 gira acompanhando o vento ao redor do ancoradouro da torre 210. A pluralidade de propulsores de motor pode incluir, mas não se limita a, propulsores de motores principais e/ou de motores de manobra como configurações de propulsores marítimos que são colocados em cápsulas giratórias. Os propulsores nos motores de manobra têm a capacidade de girar sobre vários ângulos conforme requerido para mudar rapidamente o direcionamento do semissubmersível 100. Esses motores de manobra costumam ser usados para manobrar o semissubmersível 100 de modo rápido e eficaz. Entretanto, a maioria dos semissubmersíveis conhecidos na técnica aloca tipicamente a maior parte da potência aos motores principais ao invés de aos motores de manobra.

[0030] O semissubmersível 100 também é dotado de um sistema de computador que é configurado para manter de modo dinâmico o semissubmersível 100 a uma distância fixa "d" em relação à embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Em outras palavras, o sistema de computador fornecido no semissubmersível 100 garante que o semissubmersível 100 permaneça a uma distância segura ou uma distância fixa "d" a partir da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Isso garante que essas duas embarcações não colidam e também garante que um passadiço que conecta essas duas embarcações permaneça conectado o tempo todo conforme a embarcação 205 gira acompanhando o vento ao redor do ancoradouro da torre 210. O sistema de computador utiliza dados obtidos a partir de sensores de posicionamento global fornecidos em ambas as embarcações junto com dados obtidos a partir de sensores de movimento, vento e giroscópio fornecidos em ambas ou em uma das embarcações. As informações obtidas a partir desses sensores fornecem informações e dados de posição sobre as forças ambientais que atuam nas embarcações 100 e 205 para o sistema de computador.

[0031] Os processos fornecidos pelas instruções armazenados por uma mídia são executados por um sistema de processamento em um sistema de computador ou em um servidor de computadores. Um sistema de computador pode ser fornecido em um ou mais servidores ou computadores para processar dados capturados e registrados pelos vários componentes de um sistema de acordo com modalidades da invenção. As instruções podem ser armazenadas como firmware, hardware ou software. A Figura 3 ilustra um exemplo da tal sistema de processamento. O sistema de processamento 300 pode ser o sistema de processamento nos servidores ou computadores que executam as instruções para realizar os processos para fornecer um método e/ou sistema de acordo com modalidades desta invenção. O técnico no assunto reconhecerá que a configuração exata de cada sistema de processamento pode ser diferente e a exata configuração do sistema de processamento em cada dispositivo pode variar e a Figura 3 é dada apenas a título de exemplo.

[0032] O sistema de processamento 300 inclui a Unidade de Processamento Central (CPU) 305. CPU 305 é um processador, microprocessador ou qualquer combinação de processadores e microprocessadores que executa instruções para realizar os processos de acordo com a presente invenção. A CPU 305 se conecta ao barramento de memória 310 e ao barramento de entrada/saída (E/S) 315. O barramento de memória 310 conecta a CPU 305 às memórias 320 e 325 para transmitir dados e instruções entre as memórias 320, 325 e CPU 305. O barramento E/S 315 conecta a CPU 305 a dispositivos periféricos para transmitir dados entre a CPU 305 e os dispositivos periféricos. O técnico no assunto reconhecerá que o barramento E/S 315 e o barramento de memória 310 podem ser combinados em um barramento ou subdivididos em muitos outros barramentos e que a configuração exata é deixada para os técnicos no assunto.

[0033] Uma memória não volátil 320, como uma memória somente de leitura (ROM), é conectada ao barramento de memória 310. Uma memória não volátil 320 armazena instruções e dados necessários para operar vários subsistemas do sistema de processamento 300 e para inicializar o sistema no início. O técnico no assunto reconhecerá que qualquer número de tipos de memória pode ser usado para realizar essa função.

[0034] Uma memória volátil 325, como uma memória de acesso aleatório (RAM), também é conectada ao barramento de memória 310. A memória volátil 325 armazena as instruções e os dados necessários pela CPU 305 para realizar instruções de software para processos como os processos necessários para fornecer um sistema de acordo com modalidades desta invenção. O técnico no assunto reconhecerá que qualquer número de tipos de memória pode ser usado como memória volátil e o tipo exato usado é deixado como uma escolha de projeto para técnicos no assunto.

[0035] O dispositivo E/S 330, o teclado 335, o visor 340, a memória 345, o dispositivo de rede 350 e qualquer número de outros dispositivos periféricos se conectam ao barramento E/S 315 para trocar dados com a CPU 305 para uso em aplicações que são executadas pela CPU 305. O dispositivo E/S 330 é qualquer dispositivo que transmita e/ou receba dados a partir da CPU 305. O teclado 335 é um tipo específico de E/S que recebe entrada de usuário e transmite a entrada para a CPU 305. O visor 340 recebe dados de exibição a partir da CPU 305 e imagens de exibição em uma tela para que um usuário veja. A memória 345 é um dispositivo que transmite e recebe dados para e a partir da CPU 305 para armazenar dados em uma mídia. O dispositivo de rede 350 conecta a CPU 305 a uma rede para a transmissão de dados para e a partir de outros sistemas de processamento.

[0036] Com referência à Figura 2, o sistema de computador, então, calcula e controla a quantidade de potência que deve ser alocada para cada um dentre a pluralidade de propulsores de motor. Em particular, o computador controla a potência, ângulo e direção aplicados dos propulsores de motor de manobra, o que, desse modo, garante que o semissubmersível 100 permaneça a uma distância "d" a partir da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Por exemplo, se o sistema de computador determinar que uma distância entre o semissubmersível 100 e a embarcação 205 seja menor que a distância "d", o sistema de computador suprirá potência para que os propulsores de motor de manobra no semissubmersível 100 manobrem o semissubmersível 100 para longe da embarcação 205. De modo recíproco, se o sistema de computador determinar que uma distância entre o semissubmersível 100 e a embarcação 205 excedeu a distância "d", o sistema de computador suprirá potência para que os propulsores de motor de manobra no semissubmersível 100 manobrem o semissubmersível 100 para mais próximo da embarcação 205.

[0037] Em modalidades da invenção, a distância linear entre a embarcação flutuante 100 e a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 pode ser obtida conforme a seguir. Primeiro, um sistema de computador na embarcação 100 obterá a rotação de guinada medida da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Isso pode ser feito recebendo-se as leituras medidas de um sensor de giroscópio fornecido na embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. O sistema de computador na embarcação 100, então, obterá a posição presente ou atual da embarcação flutuante 100 em relação à embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Isso pode ser feito obtendo-se as leituras provenientes dos sensores de posição fornecidos em ambas as embarcações ou analisando-se dados de satélite de posicionamento global. Todas essas informações são, então, combinadas no sistema de computador e analisadas para determinar a distância linear entre a embarcação flutuante 100 e a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. O sistema de computador para realizar os processos descritos acima pode ser fornecido na embarcação flutuante 100, conforme revelado, ou na embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 ou em ambas as embarcações. Além disso, o sistema de computador pode ser um sistema de computador conectado a um banco de dados online, um servidor de computadores ou uma rede de servidor de computação em nuvem.

[0038] A fim de garantir que os propulsores de motor no semissubmersível 100 tenham potência suficiente para seguir os movimentos da embarcação 205, a potência de saída total dos propulsores de motor de manobra usados para manobrar o semissubmersível 100 deve ser projetada cuidadosamente. A seguir é revelado um método para determinar a potência de saída total desses propulsores de motor de manobra. Primeiramente, certos parâmetros das embarcações 100 e 205 devem ser definidos.

[0039] O deslocamento linear de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 conforme a embarcação 205 gira acompanhando o vento é definido como "b" (veja Figura 2). Adicionalmente, uma distância linear ao longo do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 entre um centro de ancoradouro da torre 210 e a embarcação 100 é definida como "c" (veja Figura 2). Em outras palavras, o comprimento do trilho que a embarcação 100 tem que manobrar para seguir os movimentos rotacionais da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 é "b" enquanto a distância entre o semissubmersível 100 e o centro do sistema de ancoramento da torre na embarcação 205 é "c". Em modalidades da invenção, o sistema de ancoramento da torre é fornecido em uma primeira extremidade da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205. Portanto, conforme a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 gira acompanhando o vento, a outra extremidade da embarcação 205 se moverá ao longo de um ângulo 2-ay conforme mostrado na Figura 2.

[0040] Com base na Figura 2, a fim de que o semissubmersível 100 e a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 respondam em conjunto sem atraso ou colisão, a distância linear “b” que o semissubmersível 100 tem que corrigir é dada pela seguinte fórmula

[0041] através da qual:

[0042] “b” = comprimento do trilho para que o semissubmersível 100 siga a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205;

[0043] “ay” = a amplitude de guinada de embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 em graus; e

[0044] “c” = distância entre o semissubmersível 100 e um ancoradouro central da torre 210.

[0045] De acordo com uma modalidade da invenção, a distância otimizada de "c" é escolhida para ser cerca de 2/3 do comprimento da embarcação flutuante ancorada a uma torre a fim de manter o semissubmersível longe da área de operação do sistema de ancoramento da torre. A distância também é otimizada de modo que o semissubmersível não fique muito longe da torre a fim de maximizar a capacidade de seguir do semissubmersível. De acordo com outras modalidades da invenção, "b" pode ser selecionado como cerca de 10 m, "ay" pode ser selecionado como cerca de 5 graus e "c" pode ser selecionado como cerca de 30 m.

[0046] Um termo “P” de rigidez de posicionamento dinâmico ou rigidez de “DP” é dado pela seguinte fórmula

[0047] através da qual:

[0048] “T” = propulsão total que se tornou disponível para que o semissubmersível 100 siga os movimentos de guinada de embarcação flutuante ancorada a uma torre 205; e

[0049] “b” = comprimento do trilho que o semissubmersível 100 tem para seguir a embarcação flutuante ancorada a uma torre 205.

[0050] De acordo com modalidades da invenção, a potência total alocada para os motores propulsores de manobra fornecidos no semissubmersível 100 para seguir os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre pode estar entre 20% e 35% da potência propulsora total do motor disponível para o semissubmersível 100. Por exemplo, se o semissubmersível tiver uma potência propulsora combinada total de 3.468 kN (isto é, o motor principal e os motores de manobra), “T” pode, então, ser igual a cerca de 1.040 kN. Em modalidades da invenção, a rigidez de posicionamento dinâmico deve ser cerca de 100 kN/m sob a suposição de que a(p máxima seja cerca de 10 graus e c seja cerca de 30 m, o que resulta em “b” ser 10 m.

Tabela 1

[0051] A Tabela 1 acima mostra uma faixa de potência alocada para que semissubmersível 100 siga os movimentos rotacionais da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 conforme a razão de potência (por exemplo, T/Potência propulsora combinada total) varia. Deve ser notado que a potência propulsora combinada total permanece inalterada ao longo de todo o processo. Isso significa que o tamanho dos motores não muda e a razão de potência varia.

[0052] O tempo de resposta, “Tp”, para que o semissubmersível 100 siga os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 é dado pela seguinte fórmula:

[0053] através da qual:

[0054] “M” = massa do semissubmersível 100 em tonelada (tonelada métrica); e

[0055] “A” = massa adicionada do semissubmersível 100 em uma direção de surgência em tonelada (tonelada métrica).

[0056] Com base nas equações reveladas acima, a capacidade de seguir do semissubmersível, “ãy”, pode ser resumida e determinada com base na seguinte fórmula:

[0057] através da qual:

[0058] pela qual:

[0059] “T” = propulsão total que se tornou disponível para que o semissubmersível 100 siga os movimentos de guinada de embarcação flutuante ancorada a uma torre 205;

[0060] “M” = massa do semissubmersível 100 em tonelada (tonelada métrica);

[0061] “A” = massa adicionada do semissubmersível 100 na direção de surgência/balanço em tonelada (tonelada métrica);

[0062] “c” = distância entre o semissubmersível 100 e o centro do sistema de ancoramento de torre; e

[0063] “Tp” = tempo de resposta do semissubmersível 100

[0064] A derivada segunda do movimento de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre dará a aceleração necessária para que o semissubmersível siga o movimento de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre para que a embarcação flutuante ancorada a uma torre e o semissubmersível possam permanecer conectados através de uma porta durante os trabalhos de atualização e manutenção conforme o semissubmersível de transição rápida opera junto à plataforma ancorada à torre.

[0065] A aceleração do semissubmersível para responder aos movimentos de guinada da plataforma ancorada à torre é diretamente proporcional ao arranque ou propulsão do poste de amarração da embarcação disponível e inversamente proporcional à massa da embarcação e a massa adicionada na direção de surgência. Portanto, a fim de que o semissubmersível aumente sua capacidade de seguir, a massa ou o deslocamento do semissubmersível deve ser reduzida enquanto a potência disponível para o semissubmersível deve ser aumentada de acordo. Em resumo, para uma melhor capacidade de seguir, o tamanho do semissubmersível tem que ser reduzido e a potência produzida pelos propulsores tem que aumentar.

[0066] As equações acima podem ser redispostas para obter a potência ideal de saída total que deve ser alocada para que os propulsores de motor de manobra garantam que essas duas embarcações permaneçam conectadas e não colidam. Em outras palavras, a quantidade de potência que os propulsores de motor de manobra devem ter para que o semissubmersível 100 tenha a capacidade de seguir o deslocamento giratório da embarcação flutuante ancorada a uma torre é determinada pela equação abaixo.

[0067] Na equação acima, “T” denota uma potência ideal de saída total alocada para os propulsores de motor de manobra, “M” denota uma massa da embarcação flutuante em toneladas métricas, “A” denota uma massa adicionada da embarcação flutuante em uma direção de surgência/balanço dependendo da direção na qual a embarcação flutuante 100 está conectada à embarcação flutuante ancorada a uma torre 205 em toneladas (toneladas métricas), “b” denota um deslocamento de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre, “TP” denota um tempo de resposta da primeira embarcação para mover uma distância “b”.

[0068] De acordo com modalidades da invenção, a fim de melhorar a capacidade de seguir do semissubmersível, o semissubmersível de transição rápida deve ter uma grande tração do poste de amarração, um pequeno deslocamento, um formato de casco otimizado para reduzir a massa adicionada de surgência, o formato e o tamanho de casco cuidadosamente selecionados para minimizar a propulsão necessária para a automanutenção da estação e para maximizar a propulsão disponível para a capacidade de seguir do semissubmersível e a orientação do semissubmersível tem que ser cuidadosamente alinhada. A massa adicionada do semissubmersível é reduzida em uma direção de surgência/balanço fornecendo-se uma área projetada tão pequena quanto possível sem comprometer a estabilidade da embarcação. Adicionalmente, arredondando-se as arestas do pontão e das colunas também reduz a massa adicionada da embarcação. A altura do pontão também é minimizada para minimizar a massa adicionada e também para acomodar a fundação de um propulsor localizado sob o mesmo.

[0069] Como um exemplo, quando semissubmersível de transição rápida opera em um ambiente tipicamente marítimo fora do Brasil, foi observado que quando 70% da potência de propulsão total foi alocada para a automanutenção da estação, o semissubmersível teve a capacidade de permanecer estacionário. Ou seja, com 70% da potência de propulsão total alocada para a manutenção da estação, o semissubmersível tem a capacidade de suportar as duras condições ambientais e tem a capacidade de operar normalmente. Isso significa que os 30% restantes da potência de propulsão total podem ser alocados para que os motores de manobra do semissubmersível sigam os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre. Essa tabela de utilização de potência 405 é ilustrada na Figura 4.

[0070] Em modalidades da invenção, o alvo da capacidade de operação foi atingir entre 80% a 70% da potência total que é utilizada para a manutenção da estação. Como resultado, é calculado que a propulsão alocada reservada otimizada para seguir o movimento de guinada ocorre quando entre 20% e 30% de potência de propulsão total é alocada para essa operação. A capacidade de produção de potência por cada um dos propulsores pode ser muito aumentada a fim de alocar mais potência para a manutenção da estação e para seguir os movimentos de guinada, entretanto, isso é prejudicial para a embarcação já que isso significa que o tamanho geral dos motores terá que ser aumentado também. A fim de acomodar esse aumento no tamanho dos motores, é necessário que mais espaço seja alocado na embarcação flutuante 100. A flutuabilidade e espaço disponíveis na embarcação 100 podem ser aumentados e, como resultado, isso faz com que o tamanho, deslocamento e também massa adicionada da embarcação aumentem. Portanto, esta invenção fornece um método e um sistema para conseguir um valor otimizado de deslocamento e potência de propulsão residual de uma embarcação flutuante ou de um semissubmersível.

[0071] A fim de corresponder aos parâmetros-chave de projeto do semissubmersível 100 conforme mencionado acima, a massa adicionada na direção de surgência do semissubmersível 100 tem que ser reduzida. Isso pode ser conseguido otimizando-se os tamanhos e formatos dos pontões e colunas. Ao fazer isso, a massa adicionada na direção de surgência é reduzida e também resulta no fato de o semissubmersível ter um melhor movimento de elevação. Em modalidades da invenção, isso é conseguido projetando-se os pontões e as colunas para serem delgados na direção de surgência, o que, desse modo, minimiza a massa adicionada na direção de surgência. Outro método para reduzir a massa adicionada na direção de surgência envolve reduzir as profundidades dos pontões e minimizando-se a área plana de água das colunas. A estabilidade do semissubmersível pode ser melhorada aumentando-se o espaçamento entre os pontões sem afetar de modo adverso a massa adicionada na direção de surgência. Além disso, a fim de reduzir o deslocamento geral do semissubmersível, uma única caixa de convés é utilizada. Uma conexão superior das travas de reforço no nível do pontão pode ser usada também a fim de melhorar a integridade estrutural do semissubmersível. Uma agilidade maior ou um tempo de resposta mais rápido também podem ser conseguidos com o uso de um semissubmersível com um deslocamento menor entre 15.000 toneladas (toneladas métricas) e 18.000 toneladas (toneladas métricas). Para tal semissubmersível, o semissubmersível pode ser equipado com propulsores de potência projetados para produzir 1 mega watt por 1.000 toneladas (toneladas métricas) de deslocamento/massa. Isso resulta em uma utilização eficiente de razão entre potência e deslocamento entre 0,8 e 1,1 kW/MT.

[0072] A Figura 5 ilustra uma comparação das razões entre a potência total dos motores sobre o tamanho de deslocamento da embarcação e as razões entre propulsão e tamanho para um número de semissubmersíveis existentes, incluindo o semissubmersível 100. Pode ser visto que, ao contrário de outros semissubmersíveis existentes, o semissubmersível 100 que foi projetado com o uso das equações reveladas acima, tem a capacidade de conseguir a razão de "uma potência total dos motores" / "o tamanho de deslocamento da embarcação" de 1 e uma razão entre a propulsão e o tamanho de 0,22. Em modalidades da invenção, as razões de "potência total dos motores" sobre "o tamanho de deslocamento da embarcação" podem estar entre 0,8 e 1,1. Quando as razões de "potência total dos motores" sobre "o tamanho de deslocamento da embarcação" estiverem dentro dessa faixa, a embarcação flutuante ou semissubmersível 100 tem a capacidade de manter as operações de manutenção de estação e as operações de posicionamento dinâmico em níveis ideais.

[0073] Quando a razão "potência total dos motores" / "tamanho de deslocamento da embarcação" cair para abaixo de 0,8, isso significa que o tamanho e o peso da embarcação aumentaram como tal, a embarcação precisará de mais potência para as operações de manutenção da estação e posicionamento dinâmico. Para conseguir mais potência, o tamanho dos motores teria que ser aumentado e, por sua vez, poderia precisar ser aumentado e, por sua vez, isso poderia necessitar de um aumento de tamanho, peso e deslocamento da formação de embarcação do aumento na potência do motor insignificante. De modo similar, se a razão da "potência total dos motores" / "o tamanho de deslocamento da embarcação" aumentar para além de 1,1, isso significa que a potência gerada pelos motores pode ter que aumentar muito, o que, por sua vez, aumenta o tamanho dos motores também. Novamente, esse aumento nos tamanhos dos motores pode resultar em um aumento no tamanho, peso e deslocamento da embarcação que torna o aumento na potência do motor insignificante. Portanto, a faixa ideal para que a razão "potência total dos motores" / "o tamanho de deslocamento da embarcação" está entre 0,8 e 1,10.

[0074] A Figura 6 ilustra a potência residual para um número de semissubmersíveis existentes. O semissubmersível 100 que foi projetado com base nos métodos revelados acima tem a maior potência residual alocada para alimentar os propulsores dos motores de manobra entre os três semissubmersíveis existentes. O semissubmersível com a potência residual mais próxima seria o "Semi R". Embora o "Semi R" tenha a maior potência total, devido ao projeto dessa embarcação, a maioria da potência tem que ser alocada para a automanutenção da estação, o que resulta em uma redução de potência disponível para seguir os movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre.

[0075] A Figura 7 ilustra vistas em perspectiva de um semissubmersível de transição rápida que foi projetado de acordo com esta invenção. O técnico no assunto reconhecerá que vários tipos de maquinário ou equipamento podem ser fornecidos no convés superior do semissubmersível sem sair desta invenção.

[0076] Em outra modalidade da invenção, as equações reveladas acima podem ser redispostas e a amplitude da guinada da embarcação flutuante fórmula:

[0077] através da qual:

[0078] semissubmersível de transição rápida siga os movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre;

[0079] “M” = massa do semissubmersível em “MT”;

[0080] “A” = massa adicionada do semissubmersível na direção de surgência em “MT”;

[0081] “c” = distância entre o semissubmersível e o centro da torre; e

[0082] “TP” = tempo de resposta do semissubmersível de transição rápida

[0083] embarcação flutuante ancorada a uma torre será sujeitado a vários efeitos ambientais como furacões, solitões, efeitos maremotriz, correntes em sequência e grupos de ondas. O técnico no assunto reconhecerá que pode haver outros tipos de efeitos ambientais que não sejam aqueles listados acima. Esses efeitos foram escolhidos como aqueles que normalmente experimentados por embarcações flutuantes em sítios marítimos.

[0084] A Figura 9 ilustra as faixas dos tempos de operação de formação desses vários efeitos ambientais. Conforme ilustrado na Figura 9, pode ser visto que os furacões causados por mudanças na direção do vento podem ter um tempo de operação de formação entre 600 segundos e 1020 segundos. As mudanças na direção de corrente podem fazer com que furacões, efeitos maremotriz ou correntes em sequência ocorram. Esses efeitos têm um tempo de operação de formação de cerca de 300 segundos, 7.200 segundos e 86.400 segundos respectivamente. Isso significa que um semissubmersível que é conectado a uma embarcação flutuante ancorada a uma torre terá que responder a essas mudanças dentro das faixas de tempo especificadas a fim de evitar a colisão com a embarcação flutuante ancorada a uma torre conforme a embarcação ancorada gira de acordo com o vento sob esses efeitos. A resposta de amplitude de um semissubmersível de transição rápida de acordo com uma modalidade desta invenção é plotada contra os movimentos periódicos de guinada de baixa frequência na Figura 9. Essa plotagem mostra que o semissubmersível tem a capacidade de seguir as mudanças condutoras da embarcação flutuante ancorada a uma torre na maioria dos casos. Além disso, figura 9 também ilustra a resposta de posicionamento dinâmico do semissubmersível em resposta ao movimento de guinada (em graus) da plataforma ancorada à torre. Adicionalmente, conforme o semissubmersível tem posicionamento automático e manual e controle de direcionamento para as condições ambientais máximas especificadas, durante e após qualquer falha única que inclua a perda de um compartimento devido a incêndio ou alagamento, o semissubmersível pode ser classificado sob a classe de equipamento DP-3. O semissubmersível também pode ter um sistema adicional de computador com um sistema de recuperação separado para controlar a potência alocada para a manutenção da estação motores, isto é, os motores principais ou os motores de manobra.

[0085] A Figura 10 ilustra um gráfico que mostra a capacidade de seguir do semissubmersível de transição rápida 100 em comparação a outros semissubmersíveis, isto é, Semis R e B. Com base nesse gráfico, pode ser visto que o semissubmersível de transição rápida 100 tem a capacidade de responder aos movimentos de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre mais rápido que os outros semissubmersíveis existentes à medida que potência suficiente foi alocada para os motores de manobra.

Tabela 2

[0086] A Tabela 2 acima estabelece dimensões exemplificativas de um semissubmersível de transição rápida de acordo com modalidades da invenção. O técnico no assunto reconhecerá que essas dimensões podem ser variadas sem sair desta invenção contanto que as razões- chaves sejam mantidas. Os recursos-chaves a serem notados são que o semissubmersível nessa modalidade tem propulsores de motor de manobra que geram 15 MW de potência, motores principais para a manutenção da estação que geram 21 MW de potência, uma unidade de acomodação que tem a capacidade de acomodar 300 funcionários (conversível para acomodar 600 funcionários em momentos de necessidade), instalações de treinamento para suporte à construção, uma área de convés de cerca de 500 m2 a 1500m2, uma carga útil de cerca de 3.000 toneladas métricas, uma sustentação de suporte marítimo, um guindaste principal de 25 MT, um guindaste auxiliar de 15 MT e um passadiço telescópico de 38 m que em +/- 7,5 m de ação telescópica. Adicionalmente ao que foi dito acima, o semissubmersível de transição rápida tem a capacidade de conseguir um peso de embarcação mais leve de cerca de 15.000 a 18.000 MT.

[0087] Acima está a descrição de um semissubmersível de transição rápida que tem a capacidade de responder rapidamente aos movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre conforme a embarcação ancorada gira acompanhando o vento. É previsto que técnicos no assunto possam e venham a projetar modalidades alternativas dessa invenção.

Claims

1. Método para manter de modo dinâmico uma distância d entre uma embarcação flutuante (100) e uma embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) com o uso de um sistema de computação, em que a embarcação flutuante (100) inclui uma pluralidade de motores que compreende pelo menos um motor principal e pelo menos um motor de manobra, o método compreende as etapas de: determinar uma distância linear entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205); controlar a potência de saída do motor de manobra; e direcionar a potência de saída do motor de manobra para uma pluralidade de propulsores marítimos que são fornecidos em cápsulas giratórias para garantir que a distância linear determinada corresponda à distância d, caracterizado pelo fato de que: uma potência de saída total do motor de manobra é definida para estar entre 20% e 35% de potência total da pluralidade de motores, e em que a embarcação flutuante (100) é designada para ter uma razão entre a potência de saída total da pluralidade de motores e o deslocamento da embarcação flutuante (100) entre 0,80 e 1,10; e em que o empuxo de saída total do motor de manobra para seguir o deslocamento giratório da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinada pela equação abaixo:

em que: T denota um empuxo máximo de saída total do motor de manobra, M denota uma massa da embarcação flutuante (100) em toneladas (toneladas métricas), A denota uma massa adicionada da embarcação flutuante (100) em uma direção de surgência em toneladas (toneladas métricas), b denota um deslocamento de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), TP denota um tempo de resposta da embarcação flutuante (100) para mover o deslocamento b.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinado pela equação abaixo:

em que: b denota o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), av denota uma amplitude de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) em graus, c denota uma distância linear ao longo de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) entre um centro de um ancoradouro da torre da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) e a embarcação flutuante (100).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação de uma distância linear entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) compreende: receber uma medição de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205); obter uma posição atual da embarcação flutuante (100); e calcular a distância linear entre a embarcação flutuante (100) com base na medição de guinada recebida e a posição obtida.

4. Sistema para manter de modo dinâmico uma distância d entre uma embarcação flutuante (100) e uma embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), em que a embarcação flutuante (100) inclui uma pluralidade de motores que compreende pelo menos um motor principal e pelo menos um motor de manobra, o sistema compreendendo: um conjunto de circuitos em um servidor configurado para determinar uma distância linear entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205); um conjunto de circuitos em um servidor configurado para controlar a potência de saída do motor de manobra; e um conjunto de circuitos em um servidor configurado para direcionar a potência de saída do motor de manobra para uma pluralidade de propulsores marítimos que são fornecidos em cápsulas giratórias para garantir que a distância linear determinada corresponda à distância d, caracterizado pelo fato de que uma potência de saída total do motor de manobra está entre 20% e 35% de potência total da pluralidade de motores, e em que a embarcação flutuante (100) tem uma razão entre a potência de saída total da pluralidade de motores e o deslocamento da embarcação flutuante (100) entre 0,80 e 1,10; e em que o empuxo de saída total do motor de manobra para seguir o deslocamento giratório da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinada pela equação abaixo:

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinado pela equação abaixo:

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o conjunto de circuitos configurado para determinar a distância linear entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) compreende: um conjunto de circuitos em um servidor configurado para receber uma medição de guinada da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205); um conjunto de circuitos em um servidor configurado para obter uma posição atual da embarcação flutuante (100); e um conjunto de circuitos em um servidor configurado para calcular a distância linear entre a embarcação flutuante (100) com base na medição de guinada recebida e a posição obtida.

7. Embarcação flutuante (100) para seguir movimentos de guinada de uma embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) mantendo-se de modo dinâmico uma distância entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), a embarcação flutuante (100) compreendendo: uma pluralidade de motores, a pluralidade de motores compreendendo pelo menos um motor principal e pelo menos um motor de manobra; caracterizada pelo fato de que uma potência de saída total do motor de manobra está entre 20% e 35% de potência total de uma pluralidade de motores e em que uma embarcação flutuante (100) é designada para ter uma razão entre a potência de saída total da pluralidade de motores e o deslocamento da embarcação flutuante (100) entre 0,80 e 1,10; e em que o empuxo de saída total do motor de manobra para seguir o deslocamento giratório da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinada pela equação abaixo:

em que : T denota um empuxo máximo de saída total dos motores de manobra, M denota uma massa da embarcação flutuante (100) em toneladas (toneladas métricas), A denota uma massa adicionada da embarcação flutuante (100) em uma direção de surgência em toneladas (toneladas métricas), b denota um deslocamento de um eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), TP denota um tempo de resposta da embarcação flutuante (100) para mover o deslocamento b; e um sistema de computador para determinar uma distância linear entre a embarcação flutuante (100) e a embarcação flutuante ancorada a uma torre (205), para controlar a potência de saída do motor de manobra, e para direcionar a potência de saída do motor de manobra para uma pluralidade de propulsores marítimos que são fornecidos em cápsulas giratórias para garantir que a distância linear determinada corresponda à distância d.

8. Embarcação flutuante (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o deslocamento do eixo geométrico da embarcação flutuante ancorada a uma torre (205) é determinado pela equação abaixo: