BR112015028130B1

BR112015028130B1 - Dispositivo de ancoragem de um suporte de caleiras de uma instalação fundo-superfície, instalação de ligações fundo-superfície e método de modificação das tensões

Info

Publication number: BR112015028130B1
Application number: BR112015028130-3A
Authority: BR
Inventors: François Régis Pionetti
Original assignee: Saipem S.A.
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2022-01-11
Also published as: FR3005484B1; AU2014267082B2; AU2014267082A1; EP2997220B1; EP2997220A1; FR3005484A1; BR112015028130A2; US20160115667A1; US9702109B2; WO2014184480A1

Abstract

dispositivo de ancoragem de um suporte de caleiras de uma instalação fundo-superfície a presente invenção refere-se a um dispositivo compreendendo uma estrutura (5) rígida mantida imersa a pequena profundidade com flutuadores (6) e ancorada no fundo do mar por tensores (7), útil para suportar uma pluralidade de caleiras (4) em uma instalação de ligações fundo-superfície compreendendo uma pluralidade de linhas (1, 1a, 1b) flexíveis que se estendem até ao fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas respectivamente pela referida pluralidade de caleiras, caracterizado pela referida estrutura de suporte (5) de caleiras estar ligada a uma base (8) repousando e/ou ancorada no fundo do mar por uma pluralidade de n tensores de esticados em paralelo, de um modo preferido, verticalmente, pelos referidos flutuadores, sendo n, pelo menos, igual a 6, uma pluralidade de p referidos tensores (7) entre os n tensores, sendo p, pelo menos, igual a (n-2) estando ligados por uma das suas extremidades, cada um a um dispositivo de variação (10) de distância, solidário com a referida base (8) ou com a referida estrutura de suporte (5), o referido dispositivo de variação de distância sendo adequado para fazer variar a distância entre a referida estrutura de suporte (5) e a referida base (8).

Description

DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo deancoragem de uma estrutura rígida mantida imersa a pouca profundidade por flutuadores e ancorada no fundo do mar por cabos de protensão, útil para suportar uma pluralidade de elementos de suporte e orientação em forma de arco denominados caleiras em uma instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante e o fundo do mar.

[002] Mais particularmente a presente invenção refere-se a umainstalação de ligações fundo-superfície, múltiplas, flexíveis, entre cabeças de poço, equipamentos ou as extremidades de condutos submarinos repousando no fundo do mar e um suporte flutuante à superfície, compreendendo uma multiplicidade de linhas flexíveis, em particular condutos flexíveis cujas extremidades inferiores estão ligadas às extremidades de uma pluralidade de condutos submarinos repousando no fundo do mar ou diretamente a cabeças de poço ou equipamentos repousando no fundo do mar.

[003] Na presente descrição, entende-se por "linha flexível",condutos ou cabos capazes de aceitar deformações importantes sem gerar forças de reação significativas, tal como condutos flexíveis definidas abaixo, mas também cabos ou condutos de transferência de energia ou informação, tais como cabos elétricos, cabos de controle ou condutos de transferência de fluido hidráulico alimentando equipamentos hidráulicos, tais como atuadores ou condutos contendo fibras óticas; ou ainda um umbilical de comando comportando um ou vários condutos hidráulicos e/ou cabos elétricos para a transmissão de energia e/ou de informação.

[004] O setor técnico da invenção é, mais particularmente, ocampo do fabricação e da instalação de ligações fundo-superfície para a extração submarina de petróleo, de gás ou outro material solúvel ou fundível ou de uma suspensão de matéria mineral a partir da cabeça de poço imersa até um suporte flutuante, para o desenvolvimento de campos de produção instalados no mar alto ao largo das costas. A aplicação principal e imediata da invenção é no domínio da produção de petróleo.

[005] O suporte flutuante, em geral, compreende meios deancoragem para permanecer em posição apesar dos efeitos das correntes, dos ventos e da ondulação. Também compreende, em geral, meios de armazenamento e tratamento do petróleo assim como meios de descarga para os navios petroleiros de remoção, estes últimos apresentando-se a intervalos regulares para realizar a remoção da produção. A designação corrente destes suportes flutuantes é a expressão anglo-saxónica "Floating Production Storage Offloading" (significando "meio flutuante de armazenamento, produção e descarga") da qual se utiliza a designação abreviada "FPSO" no conjunto da descrição seguinte.

[006] Mas pode tratar-se igualmente de plataforma flutuantesemissubmersível instalada de modo provisório durante alguns anos, por exemplo aguardando a construção e a instalação definitiva de um suporte flutuante do tipo FPSO.

[007] São conhecidas ligações fundo-superfície de um condutosubmarino repousando no fundo do mar, a ligação do tipo torre híbrida compreendendo:

[008] - uma coluna vertical cuja extremidade inferior está ancoradano fundo do mar pela predisposição de uma articulação flexível, e ligada a um referido conduto repousando no fundo do mar, e a extremidade superior é esticada por um flutuador imerso a pouca profundidade ao qual está ligada, e

[009] - um conduto de ligação, em geral um conduto de ligaçãoflexível, entre a extremidade superior da referida coluna e um suporte flutuante à superfície, o referido conduto de ligação flexível adotando, se for o caso, devido ao seu próprio peso, a forma de uma curva em catenária mergulhante, ou seja, descendo muito abaixo do flutuador para em seguida subir até ao referido suporte flutuante.

[0010] São igualmente conhecidas ligações fundo-superfícierealizadas içando de modo contínuo até pouca profundidade de condutos resistentes e rígidos constituídos por elementos tubulares em aço de elevada espessura soldados ou aparafusados entre si, em configuração de catenária com uma curva variável em contínuo em todo o seu comprimento em suspensão, geralmente chamada "Steel Catenary Riser" (SCR) significando "coluna em aço em forma de catenária" e de igual modo chamado geralmente "conduto rígido do tipo catenária" ou "coluna do tipo SCR". Um tal conduto catenário pode subir até ao suporte flutuante à superfície ou apenas até um flutuador a pouca profundidade que traciona a sua extremidade superior, extremidade superior que é, em seguida, ligada a um suporte flutuante por um conduto de ligação flexível.

[0011] São igualmente conhecidas ligações fundo-superfíciepermitindo ligar um suporte flutuante a condutos ou instalações no fundo do mar globalmente constituídas por condutos flexíveis, em particular no caso em que a profundidade da água não é muito importante, por exemplo 300 a 750 m, ou mesmo 1000 m e onde as cabeças de poço ou equipamentos submarinos não estão muito afastados do referido suporte flutuante.

[0012] Recorda-se que se entende aqui por "conduto flexível" oscondutos conhecidos sob a denominação "flexíveis", bem conhecidas do especialista na técnica e que foram descritas nos documentos normativos publicados pelo American Petroleum Institute (API), mais particularmente sob as referências API 17J e API RP 17B. Tais flexíveis são em particular fabricados e comercializados pela Société TECHNIP- COFLEXIP France. Estes condutos flexíveis compreendem em geral camadas de impermeabilização internas em materiais termoplásticos associadas a camadas resistentes à pressão interna no conduto, em geral em aço ou em materiais compósitos realizados em forma de faixas em espiral, unidas ao interior do conduto termoplástico para resistir à pressão interna de ruptura e completadas por armaduras externas por cima da camada tubular termoplástica também em forma de faixas em espiral unidas, mas com um passo mais longo, ou seja, um ângulo de inclinação da espiral inferior, em particular de 15° a 55°.

[0013] Em determinados desenvolvimentos de campos, liga-sediversas cabeças de poço em paralelo graças a uma pluralidade de ligações fundo-superfície que se juntam em um mesmo suporte flutuante. Neste caso, cada uma das referidas ligações fundo-superfície deve ser mantida afastada das suas vizinhas imediatas para evitar qualquer interferência e qualquer choque, não apenas ao nível dos flutuadores, mas igualmente ao nível dos condutos flexíveis e dos cabos elétricos e outras linhas flexíveis, tais como cabos elétricos ou umbilicais de transferência de sinais de informação assegurando a ligação com o referido suporte flutuante, quando os referidos condutos flexíveis são submetidos aos efeitos da corrente, e o referido suporte flutuante é além disso submetido à ondulação, ao vento e à corrente.

[0014] Em determinados desenvolvimentos de campos, cadacabeça de poço está ligada individualmente ao referido suporte flutuante e encontram-se então com uma quantidade muito grande de ligações fundo-superfície que, então, já não se sabe instalar, porque o comprimento do rebordo do suporte é limitado e por isto não aceita senão um número limitado de ligações fundo-superfície.

[0015] Procura-se utilizar um máximo de ligações fundo-superfíciea partir de um mesmo suporte flutuante para otimizar a exploração de campos de petróleo. É por isso que foram propostos diferentes sistemas que podem associar diversas colunas verticais em conjunto a fim de reduzir a obstrução do campo de exploração e poder utilizar um número maior de ligações fundo-superfície ligadas a um mesmo suporte flutuante. Tipicamente é necessário poder instalar até 30, ou mesmo 40 ligações fundo-superfície a partir do mesmo suporte flutuante.

[0016] Nos documentos WO 02/66786, WO 02/103153 e WO2011/061422 em nome da requerente, descreveu-se torres-híbridas com colunas e condutos flexíveis múltiplas dispostas em leque permitindo associar um grande número de ligações a um mesmo suporte flutuante, apesar do problema da interferência dos movimentos das referidas colunas que são submetidas ao mesmo movimento que o seu flutuador de tensionamento na coroa sob o efeito de deslocamentos do suporte flutuante à superfície submetido à ondulação, ao vento e às correntes.

[0017] Nestas instalações, propôs-se dispor 2 condutos flexíveissobrepostas ou dispostas lado a lado entre o suporte flutuante e as extremidades superiores da coluna ou SCR, os 2 condutos flexíveis sendo guiados a pouca profundidade respectivamente por 2 caleiras fixas de um modo sobreposto ou deslocado lateralmente em um flutuador de tensionamento de uma terceira coluna disposta mais próxima do suporte flutuante do que as 2 primeiras colunas, cada referida caleira delimitando assim 2 partes de conduto flexível em catenária mergulhante dupla em ambos os lados da caleira. Esta configuração apresenta a vantagem de poder encaminhar o conduto flexível até à extremidade superior da coluna relativamente afastado do suporte flutuante sem que o ponto baixo das referidas partes de conduto de catenária dupla mergulhante esteja demasiado profundo.

[0018] Quando se emprega uma multiplicidade de ligaçõesfundo-superfície compostas exclusivamente de condutos flexíveis, é igualmente necessário espaçar as diferentes ligações umas das outras isto, pelo menos, pelas razões seguintes.

[0019] Em primeiro lugar, os condutos flexíveis são frágeis ao nívelda sua bainha externa e devem imperativamente ser impedidas de chocar umas contras as outras.

[0020] Por outro lado, os condutos flexíveis são utilizados passandopor elementos de orientação em forma de arco denominados caleiras definindo uma superfície rígida de apoio de forma curva convexa explicitada em seguida, para delimitar 2 partes de condutos flexíveis compreendendo uma primeira parte de conduto flexível em configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante e a referida caleira e uma segunda parte de conduto flexível em configuração de catenária simples entre a referida caleira e o ponto de contacto e de tangência do referido conduto flexível com o fundo do mar.

[0021] Estes elementos de orientação em forma de arcodenominados caleiras são bem conhecidos do especialista na técnica; apresentam:

[0022] - uma secção longitudinal de forma curva em secção noplano longitudinal vertical axial da caleira, de um modo preferido, uma secção de forma circular de concavidade virada para o fundo do mar e uma superfície externa convexa sobre a qual está disposto o conduto, e

[0023] - uma secção transversal no plano vertical perpendicular aoplano longitudinal axial vertical da caleira, apresentando uma forma com um fundo curvo, de um modo preferido, circular de concavidade virada para cima constituído pela referida superfície externa superior enquadrada por rebordos laterais longitudinais assegurando a manutenção e orientação do suporte flutuante à superfície na direção longitudinal entre os referidos rebordos.

[0024] De modo conhecido, o raio de curvatura da curva longitudinalcom a concavidade virada para o fundo é superior ao raio de curvatura mínima do conduto que passa pela referida caleira.

[0025] Uma tal caleira permite conferir à parte de conduto flexívelque aquela suporta uma curvatura controlada para evitar uma curvatura excessiva que degradaria irremediavelmente o referido conduto.

[0026] A função destas caleiras e disposições de condutos flexíveisé criar uma curva catenária dupla mergulhante a montante da caleira entre o suporte flutuante e a caleira, a fim de evitar ou reduzir tanto quanto possível as solicitações e deslocamentos dos condutos flexíveis ao nível dos seus pontos de contacto com o solo marinho que desestruturam o solo marinho criando trincheiras e fragilizam o conduto devido às flexões alternadas na zona do ponto de contacto, obrigando a reforçar a sua estrutura e/ou a proteger o solo marinho. As solicitações e deslocamentos do ponto de contacto do conduto flexível com o solo marinho são efetivamente reduzidos devido ao facto de as solicitações e os deslocamentos dos condutos serem amortecidos pela primeira parte de conduto flexível em forma de catenária dupla mergulhante criada pela passagem do conduto na referida caleira, esta primeira parte sendo mais solicitada para absorver os deslocamentos horizontais do suporte flutuante do que a segunda parte flexível do conduto em catenária simples.

[0027] Uma referida linha flexível submarina suspensa pelas suasduas extremidades assume, pelo seu próprio peso, a forma de uma curva dita em catenária dupla mergulhante, conhecida do especialista na técnica, ou seja, descendo em configuração de catenária até um ponto baixo de tangência horizontal (ver mais adiante) para subir, em seguida, até o referido suporte flutuante, essa catenária mergulhante permite deslocamentos importantes das suas extremidades absorvidos pelas deformações do conduto flexível, em particular a ascensão ou a descida do referido ponto baixo da catenária mergulhante.

[0028] Recorda-se que a parte flexível do conduto entre umaextremidade da qual está suspensa e o ponto baixo de tangência horizontal, nomeadamente no caso da referida segunda parte de conduto flexível, o ponto de contacto no fundo do mar, adota uma curva geométrica formada por uma parte de conduto de peso uniforme em suspensão submetida à gravidade, chamada "catenária" é uma função matemática de tipo cosseno hiperbólico Coshx = (eX + e-X)/2, ligando a abcissa e a ordenada de um ponto qualquer da curva segundo as fórmulas seguintes:

[0029] y = R0(cosh(x/R0)-1)

[0030] R = R0(Y/R0 + 1)2

[0031] nas quais:

[0032] - X representa a distância na direção horizontal entre o referidoponto de contacto e um ponto M da curva,

[0033] - y representa a altitude do ponto M (X e Y são as abcissas eordenadas de um ponto M da curva relativamente a um referencial ortonormal cuja origem está no referido ponto de contacto),

[0034] - R0 representa o raio de curvatura no referido ponto decontacto, ou seja o ponto de tangência horizontal,

[0035] - R representa o raio de curvatura no ponto M (x, y).

[0036] Assim, a curva varia ao longo da catenária desde aextremidade superior onde o seu raio de curvatura tem um valor Rmax máximo, até o ponto de contacto com a terra onde o seu raio de curvatura tem um valor Rmin mínimo (ou R0 na fórmula acima). Sob o efeito das vagas, do vento e da corrente, o suporte de superfície move- se lateralmente e verticalmente, o que tem como efeito elevar ou repousar o conduto em forma de catenária, ao nível do fundo do mar.

[0037] No caso de uma ligação fundo-superfície por catenária simples, a parte mais crítica da catenária situa-se na parte próxima do ponto de contacto e a maior parte dos esforços nesta parte baixa da catenária são de facto gerados pelo próprios movimentos do suporte flutuante e pelas excitações que ocorrem na parte elevada da catenária submetida à corrente e à ondulação, o conjunto destas excitações propagando-se, em seguida, mecanicamente ao longo de toda o conduto até ao pé da catenária.

[0038] A função essencial da primeira parte de catenária duplamergulhante de conduto flexível a montante da caleira é assim, mais precisamente, absorver, pelo menos em parte, os movimentos do conduto e/ou os movimentos dos suportes flutuantes aos quais a referida linha flexível está ligada, desacoplando mecanicamente os movimentos respetivos da referida segunda parte de conduto flexível em catenária simples e do referido suporte flutuante. Mas, uma outra função é igualmente reduzir os esforços de tração exercidos pela referida segunda parte flexível de conduto, o equipamento marinho e/ou a extremidade do conduto repousando no fundo do mar ao qual aquela está ligada, se for o caso.

[0039] Na técnica anterior, estas caleiras de suporte intermédio dosreferidos condutos flexíveis são mantidas próximo da superfície a uma determinada profundidade por flutuadores suportando ou dos quais são suspensos cada uma das caleiras. Mas, estes flutuadores são submetidos a deslocamentos importantes o que requer seja prevista uma distância suficiente entre os diferentes flutuadores para impedir que aqueles venham chocar uns contra os outros.

[0040] Estes constrangimentos implicam uma dispersão da zona daexploração e uma limitação do número de ligações fundo-superfície flexíveis que podem ser ligadas no mesmo suporte flutuante, ao nível dos rebordos, para evitar as interferências entre as diferentes ligações flexíveis e os diferentes flutuadores. É por isso que se procura fornecer uma instalação pronta para explorar, a partir de um mesmo suporte flutuante, uma pluralidade de ligações fundo-superfície do tipo flexível de dimensões e movimento reduzidos e que seja igualmente mais simples de assentar e podendo ser fabricada no mar a partir de um navio de instalação de conduto.

[0041] Nos documentos WO 00/31372 e EP 0251488, descreve-sepluralidades de ligações fundo-superfície nas quais os condutos flexíveis se estendem a partir de um suporte flutuante até o fundo do mar passando por uma estrutura de suporte rígida suportando uma pluralidade de caleiras a uma mesma altura, lado a lado, deslocadas lateralmente da altura na costa, as referidas caleiras sendo suportadas por uma referida estrutura de suporte repousando no fundo do mar ou por uma referida estrutura de suporte suspensa de flutuadores e ligada por mais de 2 cabos de protensão a uma base ancorada no fundo do mar. As extremidades superiores e inferiores dos cabos de protensão são ligadas à estrutura de suporte ao nível dos pontos de fixação à estrutura suporte e respectivamente à base aos níveis dos pontos de fixação aqueles aqui chamados "pontos de fixação superior" e "pontos de fixação inferior".

[0042] Na técnica anterior, procura-se minimizar o número de cabosde protensão entre a estrutura de suporte de caleiras e a base no fundo do mar, isto para encontrar não mais de 2 pontos de fixação superior alinhados ao nível da estrutura de suporte de caleiras e, assim, não mais cabos de protensão alinhados em um mesmo plano, em geral vertical, ao nível das suas extremidades superiores para obter uma ligação mecânica isostática. Com efeito, quando se utiliza 3 cabos de protensão, a manutenção de uma ligação isostática requer que os 3 pontos de fixação superior dos referidos cabos de protensão paralelos entre si e sensivelmente verticais, estejam em disposição triangular, de um modo preferido, um triângulo equilátero, em um plano que não seja um plano sensivelmente vertical. Quanto mais o referido triângulo é achatado, quer dizer o seu vértice superior tende para um ângulo de 180°, mais nos aproximamos de uma configuração de três pontos alinhados e mais nos afastamos de uma configuração isostática.

[0043] Mecanicamente, uma configuração é dita "isostática",quando a distribuição dos esforços nos referidos cabos de protensão é unívoca, logo calculável, de um modo conhecido. Por outro lado, no caso de três cabos de protensão cujos pontos de fixação superior estão alinhados, assim como no caso de mais de três cabos de protensão, o sistema torna-se mecanicamente "hiperestático", ou seja, a repartição dos esforços em cada cabo de protensão já não pode ser calculada de modo unívoco. Neste caso hiperestático, como no caso de um tamborete de quatro pés, o conjunto torna-se possivelmente cambado, determinados cabos de protensão podendo suportar uma parte maior da carga, ao passo que outros serão menos solicitados, ou mesmo em determinados casos completamente lassos, ou seja, não serão solicitados por nenhuma carga.

[0044] Na técnica anterior previamente descrita, a ruptura de um cabode protensão, conduz quer à destruição da instalação no caso de o cabo de protensão ser único, quer a um desequilíbrio perigoso da estrutura de suporte de caleiras no caso de dois cabos de protensão, ou no caso de três cabos de protensão dispostos em triângulo em um plano não sensivelmente vertical. Daqui resulta então em geral um basculamento muito importante, ou mesmo completo, da estrutura de suporte de caleiras correndo o risco de danificar de modo irremediável os condutos flexíveis ou os cabos elétricos estas que suportam e conduzir assim à destruição parcial ou total da instalação fundo-superfície. Além disso, tais incidentes acarretam o risco de causar poluições importantes, no caso de linhas de produção de petróleo em bruto.

[0045] Estas rupturas são particularmente temidas no caso de instalações onde a profundidade da água não é muito importante, ou seja, algumas dezenas ou mesmo algumas centenas de metros, porque nestas profundidades, a ondulação e a corrente atuam sobre toda a massa de água e são, portanto, particularmente agressivas relativamente à estrutura de suporte de caleiras equipadas com as suas caleiras e os seus elementos de flutuabilidade. Além disso, a ondulação, o vento e as correntes desestabilizam igualmente o suporte flutuante e os movimentos criados repercutem-se por intermédio dos condutos flexíveis sobre a estrutura de suporte imersa, consequentemente sobre os cabos de protensão e os seus pontos de fixação superior e inferior. Assim, quando a profundidade não é muito importante, ou seja até 300 m de profundidade de água e quando as condições oceano-meteorológicas forem severas, os flexíveis, a estrutura portadora das caleiras e as suas ligações com a fundação no fundo do mar são submetidos a esforços particularmente importante, ou mesmo esforços extremos criando um desgaste e uma fadiga, principalmente ao nível das extremidades dos cabos de protensão e dos seus pontos de fixação. Tais acidentes já ocorreram no passado recente.

[0046] Uma solução conhecida mas não satisfatória para diminuir acondição hiperestática de um sistema com cabos de protensão múltiplos consiste em conceber uma estrutura de suporte de caleiras apresentando uma grande flexibilidade, ou seja, podendo deformar-se de modo importante, o que permite então fazer participar, mas dentro de certos limites, o conjunto dos cabos de protensão. O principal inconveniente desta configuração é que os problemas de fadiga e desgaste temidos ao nível dos cabos de protensão e dos seus pontos de fixação são então transferidos para a estrutura de suporte e podem assim conduzir, em caso de incidente, a danos ainda piores.

[0047] Um outro problema é o de fornecer um sistema deancoragem da referida estrutura de suporte para que se possa sem dificuldades efetuar ações de manutenção que consistem em substituir alguns dos cabos de protensão, sem perturbar o funcionamento do dispositivo, consequentemente sem necessitar de desligar os condutos e/ou parar a produção de petróleo.

[0048] Mais particularmente, o problema apresentado segundo apresente invenção é portanto fornecer uma instalação com uma multiplicidade de ligações fundo-superfície de conduto flexível a partir de uma mesma estrutura de suporte de caleiras ancoradas no fundo do mar por uma pluralidade de cabos de protensão de, pelo menos, 3 cabos de protensão de modo mecânico quase ou pseudoisostático por um lado e, por outro lado, cuja manutenção seja o mais fácil possível.

[0049] Um outro problema é de poder realizar uma fabricação einstalação fácil por fabricação e deposição sequencial de diferentes condutos a partir de um navio de instalação na superfície, e de otimizar a utilização dos meios de flutuabilidade e de tensionamento e ancoragem da estrutura de suporte das caleiras no caso de uma instalação dispersa no tempo durante um longo período de tempo entre a instalação das diferentes ligações fundo-superfície flexíveis, e isto sem que seja necessário conhecer à partida o número de ligações que devem ser assentes, nem as suas características em termos de dimensões, e peso unitário.

[0050] Com efeito, durante a fase de engenharia do desenvolvimentode um campo petrolífero, o reservatório de petróleo não é conhecido neste estágio senão de um modo incompleto, a produção em pleno regime impõe muito frequentemente a reconsideração, ao fim de alguns anos, dos esquemas iniciais de produção e da organização dos equipamentos associados. Assim, desde a instalação do sistema inicial, o número de ligações fundo-superfície e sua organização são definidos relativamente às necessidades estimadas, as referidas necessidades sendo de uma modo quase sistemática revistas em alta após a entrada em produção do campo, quer seja para a recuperação do petróleo em bruto, quer pela necessidade de injetar mais água no reservatório, ou ainda para recuperar ou reinjetar mais gás. Progressivamente com a exaustão do reservatório, é-se em geral levado a perfurar poços novos para reinjetar água ou gás, ou ainda a perfurar poços de produção em novos lugares do campo, de modo a aumentar a taxa de recuperação global, o que complica muito o conjunto de ligações fundo-superfície ligadas ao rebordo do FPSO.

[0051] Um outro problema da presente invenção é igualmentefornecer uma instalação de ligações fundo-superfície flexíveis de uma grande resistência e um custo reduzido, e cujos processos de fabricação e instalação e de manutenção dos diferentes elementos constitutivos sejam simplificados e igualmente de custo reduzido, e possam ser realizados no mar a partir de um navio de instalação.

[0052] Para tal, a presente invenção refere-se a um dispositivocompreendendo uma estrutura rígida mantida imersa a pequena profundidade por flutuadores e ancorada no fundo do mar por cabos de protensão, útil para suportar uma pluralidade de elementos de suporte e orientação em forma de arco denominadas caleiras em uma instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo condutos flexíveis que se estendem até o fundo do mar onde são ligadas a cabeças de poço, equipamentos ou extremidades de condutos submarinos repousando no fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas respectivamente pela referida pluralidade de caleiras.

[0053] A referida estrutura de suporte de caleiras é ligada a umabase repousando e/ou ancorada no fundo do mar por uma pluralidade de n cabos de protensão tensionados sensivelmente em paralelo, de um modo preferido, sensivelmente na vertical, pelos referidos flutuadores, sendo n, pelo menos, igual a 3, uma pluralidade p de referidos cabos de protensão entre os n cabos de protensão, sendo p, pelo menos, igual a (n-2), estando ligados por uma das suas extremidades, cada um a um dispositivo de variação de distância solidário com a referida base ou a referida estrutura de suporte, o referido dispositivo de variação de distância estando ligado à referida base ou à referida estrutura de suporte ou solidário com a referida base ou a referida estrutura de suporte, a outra extremidade do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação solidário com a referida estrutura de suporte ou respectivamente com a referida base, o referido dispositivo de variação de distância sendo apropriado para ser atuado para fazer variar a distância entre o seu ponto de fixação ao referido cabo de protensão e a referida base ou a referida estrutura de suporte à qual está fixa ou ligada.

[0054] Mais particularmente e, de um modo preferido, a extremidade superior do referido cabo de protensão está fixa em um ponto de fixação superior solidário com a referida estrutura de suporte ou respectivamente com o referido dispositivo de variação de distância, a extremidade inferior do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação inferior solidário com o referido dispositivo de variação de distância ou respectivamente com a referida base, o referido dispositivo de variação de distância sendo apropriado para:

[0055] - fazer variar a distância entre o referido ponto de fixaçãosuperior e a referida estrutura de suporte, quando o referido dispositivo de variação de distância é solidário com a referida estrutura de suporte, ou

[0056] - fazer variar a distância entre um referido ponto de fixaçãoinferior e a referida base, quando o referido dispositivo de variação de distância é solidário com a referida base.

[0057] Compreende-se que, em todos os casos, o dispositivo de variação de distância de acordo com a invenção permite variar a distância entre a referida estrutura de suporte e a referida base.

[0058] Compreende-se igualmente que o referido dispositivo devariação de distância quando é solidário com a referida estrutura está fixo na referida estrutura de suporte na face inferior desta, e quando é solidário com a referida base, o referido dispositivo de variação de distância está fixo na superfície superior da referida base.

[0059] Entende-se que a diminuição ou o aumento da distânciaentre a referida estrutura de suporte e a referida base, devido à atuação do referido dispositivo de variação de distância, provoca um aumento ou respectivamente uma diminuição na tensão do referido cabo de protensão. Por outro lado, o aumento na tensão do referido cabo de protensão pode provocar um alongamento do referido cabo de protensão com um aumento proporcional à tensão, do seu comprimento, na prática um alongamento inferior a 1%.

[0060] Compreende-se que, neste caso, a variação de distânciaentre a estrutura de suporte e a referida base é sensivelmente idêntica à variação de distância entre o referido ponto de fixação inferior (ou superior) e a referida base (ou respectivamente a referida estrutura de suporte), a diferença resultante da variação de comprimento do cabo de protensão, quando a tensão no referido cabo de protensão aumenta devido ao facto da distância entre a referida base e a referida estrutura de suporte diminuir. Mais precisamente, neste caso, a variação de distância entre a referida base e a referida estrutura de suporte é ligeiramente superior à variação de distância entre o referido ponto de fixação inferior (ou superior) e a referida base (ou respectivamente referida estrutura de suporte) devido ao alongamento do cabo de protensão.

[0061] Assim, no decurso da exploração é possível configurar àvontade a repartição das cargas sofridas pelos diferentes cabos de protensão em função das cargas suportadas pela referida estrutura de suporte ao nível das diferentes caleiras ajustando a tensão dos referidos cabos de protensão com o auxílio dos referidos dispositivos de variação de distância. Os dispositivos de variação de distância permitem então tornar o sistema quase isostático, e se for o caso permite repartir de modo controlado a carga em cada cabo de protensão.

[0062] Por outro lado, o dispositivo de variação de distância permitefacilitar a manutenção e substituição de um cabo de protensão quando necessário, reduzindo a tensão tanto quanto necessário.

[0063] Na prática para cabos de protensão de 10 com 150 m,quando a estrutura de suporte imersa de 200 a 3000 m de profundidade, o dispositivo de variação de distância permite ajustar a distância entre os pontos de fixação superior e inferior entre 0 e 3 m, de um modo preferido, entre 0 e 1,5 m o que é suficiente para ajustar as tensões em função dos reequilíbrios necessários de acordo com as cargas criadas pelos referidos condutos ou linhas flexíveis ao nível das caleiras.

[0064] Compreende-se que o referido dispositivo de variação dedistância pode ser solidário (i) com a referida estrutura de suporte caso em que o referido ponto de fixação superior é solidário com o dispositivo de variação de distância ou (ii) solidário, de um modo preferido, com a referida base no fundo do mar caso em que o referido ponto de fixação inferior é solidário com o dispositivo de variação de distância.

[0065] De um modo preferido, os referidos pontos de fixaçãosuperior dos referidos p cabos de protensão estão dispostos ao nível da referida estrutura de suporte e os referidos pontos de fixação inferior dos referidos p cabos de protensão são dispostos ao nível dos referidos dispositivos de variação de distância, os referidos dispositivos de variação de distância sendo solidários com a referida base, de um modo preferido, fixos sobre a superfície superior da referida base, e cada referido dispositivo de variação de distância permite fazer variar a distância entre o referido ponto de fixação inferior e a referida base.

[0066] A intervenção ao nível de um dispositivo de variação dedistância, para a sua atuação ou a sua manutenção, é mais fácil quando aquele está fixo na base porque está mais desobstruído, em particular para permitir as manutenções com o auxílio de um robô submarino como descrito mais à frente, do que quando está posicionado na face inferior da estrutura de suporte tendo em conta o atravancamento ligado à multiplicidade de condutos e linhas flexíveis que passam ao nível das caleiras. Neste caso, o dispositivo de variação de distância é um dispositivo de variação de distância entre o referido ponto de fixação inferior e a referida base.

[0067] De modo conhecido, o referido cabo de protensão consisteem um cabo ou em uma corrente ou ainda em uma barra rígida articulada nas suas extremidades. De um modo preferido, o referido cabo de protensão ligado ao referido dispositivo de variação de distância é um cabo ou uma corrente simples.

[0068] Se necessário, os dois cabos de protensão não ligados a umreferido dispositivo de variação de distância, são posicionados nas duas extremidades longitudinais opostas da estrutura de suporte, de um modo preferido, com seus dois pontos de fixação superiores correspondentes dispostos na diagonal. No caso de três cabos de protensão não ligados ao referido dispositivo de variação de distância, os pontos de fixação superior dos três referidos cabos de protensão estão em um plano sensivelmente horizontal e formam um triângulo, de um modo preferido, o mais próximo de um triângulo equilátero.

[0069] De um modo preferido, todos os cabos de protensão sãoligados ao referido dispositivo de variação de distância.

[0070] No documento FR 2954966, descreve-se um dispositivocompreendendo uma estrutura rígida de suporte de uma pluralidade de caleiras do tipo descrito acima, a referida estrutura estando ancorada por uma pluralidade de linhas de ancoragem cujos pontos de fixação superior estão dispostos aos pares em quatro zonas da estrutura, as quatro zonas estando dispostas em trapézio. Se um par de cabos de protensão em um dos ângulos do trapézio vier a ceder, não é certo que os outros cabos de protensão assegurem a estabilidade da estrutura de suporte em todas as circunstâncias como um tripé instável, como esclarecido mais adiante.

[0071] Um objetivo da presente invenção é portanto fornecer umainstalação melhorada com uma grande quantidade de ligações fundo- superfície flexíveis permitindo ligar um suporte flutuante a uma pluralidade de cabeças de poço e/ou instalações submarinas instaladas no fundo do mar, compreendendo uma estrutura de suporte de caleiras imersa ancorada no fundo o mar por um pluralidade de cabos de protensão que supera os inconvenientes acima mencionados.

[0072] Para tal, a presente invenção fornece um dispositivocompreendendo uma estrutura rígida mantida imersa a pequena profundidade por flutuadores e ancorada no fundo do mar por cabos de protensão, útil para suportar uma pluralidade de elementos de suporte e orientação em forma de arco denominadas caleiras em uma instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo condutos flexíveis que se estendem até o fundo do mar onde estão ligados a cabeças de poço, equipamentos ou extremidade de condutos submarinos repousando no fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas respectivamente pela referida pluralidade de caleiras,

[0073] dispositivo em que:

[0074] - a referida estrutura de suporte de caleiras está ligada a umabase repousando e/ou ancorada no fundo do mar por uma pluralidade de n cabos de protensão tensionados sensivelmente em paralelo, de um modo preferido, de modo sensivelmente vertical, pelos referidos flutuadores, sendo n, pelo menos, igual a 6, uma pluralidade de referidos p cabos de protensão entre os n cabos de protensão, sendo p, pelo menos, igual a (n-2), estando ligados por uma das suas extremidades cada um a um dispositivo de variação de distância, o referido dispositivo de variação de distância estando ligado à referida base ou à referida estrutura de suporte ou solidário com a referida base ou a referida estrutura de suporte, a outra extremidade do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação solidário com a referida estrutura de suporte ou respectivamente com a referida base, o referido dispositivo de variação de distância sendo adequado para ser atuado para variar a distância entre o seu ponto de fixação ao referido cabo de protensão e a referida base ou a referida estrutura de suporte à qual aquele está fixo ou ligado, e

[0075] - a extremidade superior do referido cabo de protensão estáfixa em um ponto de fixação superior solidário com a referida estrutura de suporte ou respectivamente com o referido dispositivo de variação de distância, a extremidade inferior do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação inferior solidário com o referido dispositivo de variação de distância ou respectivamente com a referida base, o referido dispositivo de variação de distância sendo adequado para:

[0076] - fazer variar a distância entre o referido ponto de fixaçãosuperior e a referida estrutura de suporte, quando o referido dispositivo de variação de distância é solidário com a referida estrutura de suporte, ou

[0077] - fazer variar a distância entre o referido ponto de fixaçãoinferior e a referida base, quando o referido dispositivo de variação de distância é solidário com a referida base,

[0078] caracterizado pelo referido dispositivo compreender, pelo menos, 6 pontos de fixação superior dos quais, pelo menos, os primeiros 3 pontos de fixação superior estão inscritos em um círculo (C), os pelo menos 3, outros pontos de fixação superior estando dispostos sobre ou no interior do referido círculo (C).

[0079] De um modo preferido, a referida estrutura de suporteapresenta uma forma longitudinal de secção sensivelmente retangular em secção horizontal e os referidos, pelo menos 3, pontos de fixação superior estão dispostos na proximidade de cada uma das extremidades longitudinais da referida estrutura de suporte.

[0080] Compreende-se, portanto, que dois dos referidos pontos defixação estão dispostos na proximidade de uma primeira extremidade longitudinal, o outro referido ponto de fixação estando disposto no lado da extremidade longitudinal oposta da referida estrutura de suporte.

[0081] Compreende-se que todos os referidos pontos de fixaçãosuperior estão repartidos por metade de um lado do diâmetro do referido círculo e a outra metade no outro lado do referido diâmetro, de modo a que, de um modo preferido, a resultante das tensões exercidas pelos referidos cabos de protensão ao nível dos seus referidos pontos de fixação superior na referida estrutura rígida se aplica na proximidade do centro de gravidade da referida estrutura rígida correspondendo sensivelmente ao centro do referido círculo.

[0082] De um modo preferido, todos os referidos pontos de fixaçãosuperior são distribuídos de modo a estar dispostos simetricamente relativamente ao centro do referido círculo.

[0083] Mais particularmente, pelo menos dois, referidos pontos defixação superior são diametralmente opostos e dispostos na proximidade, respectivamente, de cada uma das extremidades longitudinais oposta da referida estrutura de suporte.

[0084] Mais particularmente ainda, os referidos pontos de fixaçãosuperior de acordo com a presente invenção são dispostos e espaçados em um plano de secção horizontal da referida estrutura de tal modo que, pelo menos, dois pontos de fixação superior inscritos no referido círculo (C) estejam dispostos na proximidade, respectivamente, de cada uma das extremidade longitudinais opostas da referida estrutura de suporte e, pelo menos, dois referidos pontos de fixação superior inscritos no círculo (C) estejam dispostos na proximidade respectivamente de cada uma das extremidades transversais opostas da referida estrutura de suporte, a referida direção transversal sendo a direção perpendicular à direção longitudinal da referida estrutura de suporte no referido plano de secção horizontal.

[0085] Mais particularmente ainda, quando apenas existem trêspontos de fixação superior inscritos em um referido círculo, eles são, de um modo preferido, dispostos para formar um triângulo isósceles.

[0086] Mais particularmente, a referida estrutura de suporteapresenta uma forma longitudinal de secção sensivelmente retangular em secção horizontal, de um modo preferido, sensivelmente simétrica, relativamente a um plano (YZ) vertical longitudinal mediano, o dispositivo compreendendo, pelo menos, 6 cabos de protensão cada um ligado a um referido dispositivo de variação de distância e a referida estrutura de suporte compreende, pelo menos, 6 referidos pontos de fixação superior dos quais 4 pontos de fixação superior definem os 4 ângulos de um retângulo, os dois outros pontos de fixação superior estando dispostos no interior de um círculo (C) circunscrito no referido retângulo, de um modo preferido, ao nível ou na proximidade dos dois comprimentos maiores do retângulo, de um modo preferido, ainda ao nível do eixo (XX') médio transversal do referido retângulo, os 4 pontos de fixação de ângulo estando dispostos na proximidade das extremidades longitudinais da referida estrutura de suporte.

[0087] Esta forma da estrutura de suporte é a mais prática parasuportar uma pluralidade de caleiras dispostas paralelamente de um modo justaposto lateral e sucessivamente na referida direção longitudinal. Para esta configuração, mesmo quando um cabo de protensão sofre uma ruptura, os outros 5 cabos de protensão dispostos em trapézio asseguram uma estabilização da estrutura de suporte durante a substituição do referido cabo de protensão a substituir. Em contrapartida, apenas com 5 cabos de protensão em trapézio, não se poderia assegurar a estabilidade da estrutura de suporte em qualquer circunstância em caso da ruptura de um cabo de protensão com apenas 4 cabos de protensão restantes tensionados, porque em determinadas configurações, o trapézio transformar-se-ia em triângulo do tipo instável.

[0088] Em uma forma de realização, a referida estrutura de suportecompreende duas partes articuladas em rotação em torno de um eixo de rotação (X1 X'1), sensivelmente horizontal, de um modo preferido, mediano, apto a permitir uma rotação relativa de cada uma das duas referidas partes articuladas uma relativamente à outra, de um ângulo de -10° a +10°, de um modo preferido, de -5° a +5°, a referida rotação sendo limitada por umas batentes superiores e batentes inferiores de cada uma das duas referidas partes articuladas da estrutura de suporte, as duas referidas partes articuladas da estrutura de suporte sendo, de um modo preferido, simétricas relativamente a um plano vertical mediano passando pelo referido eixo (X1 X'1) de rotação, cada uma das duas referidas partes articuladas estando ligada à referida base por pelo menos três referidos cabos de protensão dos quais, pelo menos um, de um modo preferido, os três, está (estão) ligado(s) a uma das suas extremidades com um dispositivo de variação de distância.

[0089] Mais particularmente, cada referida parte articulada dareferida estrutura de suporte apresenta uma forma longitudinal de secção sensivelmente retangular em secção horizontal, de um modo preferido, sensivelmente simétrica relativamente a um plano (YZ) vertical longitudinal mediano, o dispositivo compreendendo, pelo menos, 6 cabos de protensão ligados cada um ao referido dispositivo de variação de distância, e a referida estrutura de suporte compreende, pelo menos, 6 pontos de fixação superior, cada referida parte articulada da referida estrutura de suporte compreendendo, pelo menos:

[0090] - dois pontos de fixação superior dispostos nas extremidadeslongitudinais de cada referida parte articulada o mais afastados do referido eixo de rotação (X1 X'1), e

[0091] - um ponto de fixação superior disposto mais próximo doreferido eixo de rotação do que de uma referida extremidade longitudinal.

[0092] Mais particularmente ainda, os pontos de fixação superior dareferida primeira parte articulada de estrutura de suporte são dispostos simetricamente, nos três pontos de fixação superior da segunda parte articulada da estrutura de suporte relativamente ao plano sensivelmente vertical que passa pelo referido eixo de rotação, de um modo preferido, em triângulo isósceles.

[0093] Esta forma de realização em duas partes articuladas éparticularmente vantajosa para as estruturas de suporte de dimensões muito grandes, porque diminui a rigidez do conjunto e facilita o ajuste das tensões dos cabos de protensão devido à independência relativa dos cabos de protensão de cada uma de ambas as meias estruturas.

[0094] O dispositivo de variação de distância pode ser um sistemade cabos com um referido ponto de fixação na sua extremidade cooperando com tambores, polias e/ou guinchos ou, de um modo preferido, um dispositivo de tipo atuador linear de comprimento variável, de um modo preferido, do tipo atuador, seja um atuador mecânico, ou um atuador hidráulico.

[0095] Em uma forma de realização preferida, o dispositivo deacordo com a invenção compreende, pelo menos, um referido dispositivo de variação de distância compreendendo um atuador, de um modo preferido, um atuador mecânico ou, de um modo preferido, hidráulico.

[0096] A colocação de um atuador hidráulico é vantajosa porquepermite correlacionar a tensão do referido cabo de protensão com a pressão hidráulica no interior do atuador indicado por um manómetro ou, de um modo preferido, um sensor de pressão ao nível de um orifício do corpo de atuador.

[0097] Mais particularmente, o referido ponto de fixação inferior ésolidário com a haste móvel de um referido atuador hidráulico cujo corpo de atuador é solidário com a base.

[0098] Compreende-se que a retração da haste do atuador permitediminuir a distância entre o ponto de fixação inferior e a referida base e portanto aumentar a tensão do referido cabo de protensão e a extensão da haste do atuador permite aumentar a distância entre o referido ponto de fixação inferior e a referida base e portanto diminuir a tensão do referido cabo de protensão.

[0099] Em uma forma de realização preferida, o referido atuadorcompreende um manómetro ou, de um modo preferido, um sensor de pressão ao nível de um orifício do corpo de atuador e um mecanismo de travamento adequado para travar a haste em posição, de um modo preferido, por fecho estanque da câmara do atuador.

[00100] De um modo preferido, ainda, o referido atuador hidráulico está ligado ou apto a ser ligado a uma central de alimentação em fluido de pressurização a bordo de um robô submarino, de um modo preferido, pilotado a partir de uma segunda embarcação à superfície.

[00101] Mais particularmente, a referida estrutura de suporte suporta de 5 a 12 caleiras em forma de arco de 1,5 a 3 m de raio de curvatura, a referida estrutura de suporte medindo de 3 a 5 m de largura e 10 a 30 m de comprimento de peso próprio no ar de 30 a 50 T e a referida estrutura de suporte compreendendo uma flutuabilidade integrada na face inferior das caleiras de modo que cada referido cabo de protensão é submetido a uma tensão de 0,5 a 10 T, de um modo preferido, de 1 a 5T, o referido cabo de protensão estando dimensionado para estar apto a suportar uma tensão de um múltiplo de 2 a 4 da referida tensão à qual aquele é submetido.

[00102] Mais particularmente ainda, a referida estrutura de suporte é uma estrutura metálica em treliça estendendo-se longitudinal e horizontalmente.

[00103] Mais particularmente ainda, a referida estrutura de suporte rígida está suspensa de um flutuador superior imerso, ao qual está ligada por elementos de ligação flexíveis, tais como lingas, e/ou, de um modo preferido, a referida estrutura de suporte é suportada por, pelo menos, um flutuador inferior integrado no qual está fixa.

[00104] Mais particularmente ainda, a referida estrutura de suporte suporta uma pluralidade de caleiras, de um modo preferido, pelo menos, 5 caleiras, deslocadas lateralmente em paralelo em uma direção (YY') da referida estrutura de suporte, as referidas caleiras em forma de arco estando, de um modo preferido, dispostas simetricamente relativamente a um plano axial longitudinal vertical (YZ) da referida estrutura de suporte.

[00105] De acordo com outras características vantajosas:

[00106] - um referido conduto flexível é mantido em uma referidacaleira por meios de retenção e/ou meios de fixação; e

[00107] - as caleiras suportadas por uma mesma estrutura desuporte rígida são dispostas a alturas diferentes; e

[00108] - as extremidades das caleiras que suporta compreendemum defletor cujo perfil é adequado para evitar danificar a parte doconduto flexível que pode entrar em contacto com o referido defletor no decurso do assentamento do conduto sobre uma referida caleira.

[00109] A presente invenção fornece igualmente uma instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante e o fundo do mar, compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo condutos flexíveis que se estendem desde o referido suporte flutuante até o fundo do mar onde são ligadas, as cabeças de poço, equipamentos ou extremidades de condutos submarinas repousando no fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas por respectivamente uma referida pluralidade de caleiras delimitando cada uma duas partes de conduto compreendendo uma primeira parte da linha flexível em configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante e a referida caleira e uma segunda parte de linha flexível em configuração de catenária simples entre a referida caleira e o ponto de contacto do conduto flexível no fundo do mar, as referidas caleiras sendo suportadas por um dispositivo de suporte de caleiras de acordo com a invenção.

[00110] A presente invenção fornece igualmente um método de modificação de tensões ao qual são submetidos os diferentes referidos cabos de protensão de um dispositivo de suporte de acordo com a invenção caracterizada por se atuar, pelo menos, um referido dispositivo de variação de distância para ajustar a tensão do referido cabo de protensão ao qual está ligado a um valor controlado desejado.

[00111] A presente invenção fornece igualmente um método de acordo com a invenção caracterizado por se diminuir a tensão de um referido cabo de protensão atuando um referido dispositivo de variação de distância ao qual está ligado e, em seguida, se efetuar a substituição do cabo de protensão.

[00112] A presente invenção fornece igualmente um método de acordo com a invenção caracterizado pela ligação mecânica dos diferentes cabos de protensão ao nível da referida estrutura de suporte ser tornada mecanicamente quase isostática atuando, pelo menos, um referido dispositivo de variação de distância.

[00113] Entende-se aqui por "quase isostático", de um modo conhecido, o facto da tensão em cada cabo de protensão ser conhecida e, durante movimentos da estrutura de suporte de caleiras sob os efeitos da ondulação, da corrente e de deslocamentos do suporte flutuante, a referida estrutura de suporte das caleiras deslocando-se sensivelmente em um plano horizontal, a tensão em cada dos referidos cabos de protensão variar de uma modo conhecido e em um limite fixado pela geometria do conjunto dos referidos cabos de protensão, de um modo preferido, paralelos entre si.

[00114] Outras características e vantagens desta invenção surgirão à luz da descrição pormenorizada que se segue, em referência às seguintes figuras nas quais:

[00115] - figura 1 é uma vista lateral de uma instalação de ligaçõesfundo-superfície de acordo com a invenção entre um suporte 2 flutuante ancorado 2b e uma estrutura de suporte 5 metálica suportando uma pluralidade de caleiras na forma de arcos 4, ancorada em uma base 8 repousando no fundo 3 do mar, por meio de uma pluralidade de cabos de protensão 7,

[00116] - a figura 2A é uma vista lateral de uma instalação da técnicaanterior no caso de um conduto 1 flexível único repousando em uma caleira em forma de arco 4 único, ancorada por um único cabo de protensão 7 que termina na sua extremidade superior por um pé de galinha 7c de modo que o cabo de protensão está fixo na caleira ao nível de 2 pontos 7a de fixação superior, um elemento de flutuabilidade estando situado acima da caleira e estando ligado a esta última,

[00117] - a figura 2B é uma vista frontal de uma instalação da técnicaanterior compreendendo uma estrutura que suporta três caleiras, a referida estrutura estando ancorada por dois cabos de protensão, e sendo equipado com um único flutuador,

[00118] - a figura de 3A é uma vista frontal na instalação YZ de umainstalação de acordo com a invenção compreendendo uma estrutura 5 solidária com uma pluralidade de flutuadores 6A integrados na referida estrutura, suportando uma pluralidade de caleiras, a saber seis caleiras 4a a 4f, a referida estrutura estando ancorada por seis cabos de protensão 7 fixos em seis pontos 7a1 a 7a6 de fixação superior,

[00119] - as figuras 3B e 3C são vistas inferiores da estrutura 5 desecção horizontal (plano XY) retangular relativa à figura 3Apormenorizando a provisão a disposição em um retângulo dos seis pontos 7a1 a 7a6 de fixação superior dos seis cabos de protensão,

[00120] - as figuras 3D e 3E são vistas inferiores da estrutura 5 desecção horizontal (plano XY) retangular mostrando dois pontos 7a de fixação 3-7a4 superior, situados em consola da estrutura 5, 3 pontos de fixação superior (fig. 3E) ou 4 pontos de fixação superior (fig. 3D) estando inscritos em um círculo (C), os outros pontos de fixação superior estando situados no interior do círculo C,

[00121] - a figura de 4A é uma vista lateral no plano XZ da figura 3Apormenorizando elementos 6a de flutuabilidade compostos por caixões com a secção no plano XZ de tipo prismático ou retangular integrados na estrutura 5 portadora na face inferior das caleiras, os referidos caixões estando cheios de compostos sólidos, líquidos ou gasosos, mais leves do que a água do mar,

[00122] - a figura 4B é uma vista lateral da figura 3A pormenorizandoelementos de flutuabilidade compostos por caixões 6a de tipo cilíndrico com secção no plano XZ circular integrados na estrutura que carrega as caleiras,

[00123] - a figura 5 é uma vista lateral de uma instalação ao nível deuma base 8 comum compreendendo dois dispositivos 10 de variação de distância permitindo o ajuste do comprimento individual de cada um de dois cabos de protensão 7-1, 7-2 fixos em pontos 7b1, 7b2 de fixação inferior ao nível da haste 10b de um atuador 10 de acordo com a invenção, e

[00124] - a figura 6 é uma alternativa de realização de um dispositivo10 de variação de distância compreendendo um atuador 10 equipado com um manómetro 11c de pressão de água do atuador de acordo com a invenção, e

[00125] - as figuras 7A a 7C representam uma forma de realizaçãoem que a referida estrutura de suporte 5 compreende duas partes 5-1, 5-2 articuladas em rotação relativamente a um eixo X1X1' mediano.

[00126] Na figura 1 representou-se uma instalação de ligações fundo-superfície compreendendo dois condutos flexíveis ou cabos elétricos 1a, 1b ligados por uma extremidade 2a a um suporte 2 flutuante, mantido em posição por linhas 2b de ancoragem, a outra extremidade dos referidos condutos flexíveis repousando sensivelmente em 1c no fundo 3 do mar. Os condutos 1a, 1b flexíveis estão em configuração de catenária mergulhante descendente desde o suporte 2 flutuante, até um ponto de tangência horizontal, respectivamente 1a', 1b', em seguida, em configuração catenária ascendente até a entrada 4a1 de uma caleira, respectivamente de 4a, 4b, cujo raio de curvatura R é superior ao raio de curvatura mínimo aceitável pelos referidos condutos flexíveis ou os referidos cabos. Assim, o conduto 1a flexível entra em 4a1 na caleira 4a, em seguida, repousa sobre a referida caleira e ergue-se em 4a2 para atingir sensivelmente em configuração de catenária 1a1 simples, o solo 3 marinho em 1c. Cada uma das caleiras 4a, 4b, etc. é posicionada em deslocamento lateral, umas relativamente às outras, na estrutura 5, como representado nas figuras 2B e 3A. Em geral, as caleiras de uma mesma instalação têm todas o mesmo raio de curvatura e estão solidarizadas entre si por meio da referida estrutura 5. A referida estrutura compreende elementos 6 de flutuabilidade que podem ser quer integrados na referida estrutura 5, quer no exterior, em geral na forma de flutuadores 6b situados acima da referida estrutura e ligados a esta última por meio de um cabo de protensão 6c1 simples, como representado na figura com, ou de um pé de galinha 6c2, como representado na figura 2B.

[00127] A estrutura de suporte 5 é mantida sensivelmente a uma altura h relativamente ao fundo do mar graças a uma pluralidade de cabos de protensão 7 ligados pelas suas extremidades superiores a pontos 7a de fixação superiores à referida estrutura 5 e as suas extremidades inferiores a pontos 7b de fixação inferiores a uma base 8 repousando no fundo 3 do mar, por exemplo um peso base, ou ainda uma âncora de sucção introduzida no solo chamada daqui por diante fundação.

[00128] Na técnica anterior, representada nas figuras 2A e 2B, procura-se em geral minimizar o número de cabos de protensão entre a estrutura 5 e a base 8. Assim, no caso de um conduto 1 flexível simples, como representado na figura 2A, utiliza-se apenas um cabo de protensão 7, ligado se necessário à referida estrutura 5 por meio de um pé 7c de galinha, o referido cabo de protensão estando, em seguida, no mesmo plano vertical que o referido conduto flexível. Do mesmo modo, no caso de uma pluralidade de condutos flexíveis ou cabos elétricos dispostos em uma pluralidade de 3 caleiras 4a a 4c justapostas lateralmente, como representado na figura 2B, a estrutura de suporte 5 é ligada à sua base 8 por meio de dois cabos de protensão, ligados se necessário à referida estrutura de suporte 5 por meio de um pé de galinha (não representado).

[00129] Estes dois meios de ancoragem da estrutura de suporte 5 são em geral preferidos porque permitem minimizar o número de cabos de protensão, consequentemente o custo global e, além disso, cada um deles representa um modo de ancoragem isostática. Para permanecer isostático, poder-se-ia, no caso da figura 2B prever a instalação de três cabos de protensão, mas seria apropriado, para preservar o caráter isostático do conjunto, que os referidos pontos de fixação dos referidos cabos de protensão não estejam alinhados mas estejam em configuração triangular, em um qualquer plano que não seja um plano vertical.

[00130] Assim, na técnica anterior previamente descrita, a ruptura de um cabo de protensão, ou resulta na destruição da instalação como no caso da figura 2A onde o cabo de protensão é único, ou resulta em um desequilíbrio perigoso da estrutura 5 no caso de dois cabos de protensão como representado na figura 2B, ou no caso de três cabos de protensão dispostos em triângulo em um plano não sensivelmente vertical. Daqui resulta então em geral um basculamento muito importante ou mesmo completo, da estrutura 5 o que acarreta o risco de danificar de um modo irremediável os condutos flexíveis ou os cabos elétricos e assim conduzir à destruição parcial ou global da instalação fundo-superfície. No caso de um único cabo de protensão, a estrutura 5 é então completamente livre de se deslocar para cima e em todas as direções, sem nenhum controle possível. Além disso, tais incidentes acarretam o risco de causar poluições importantes, no caso das linhas de produção de petróleo em bruto.

[00131] Estas rupturas são particularmente temidas no caso de instalações onde a profundidade da água não é muito importante, ou seja alguns dezenas ou mesmo algumas centenas de metros, porque nestas profundidades, a ondulação e a corrente atuam em toda a massa de água e são, portanto, particularmente agressivas relativamente à estrutura 5 equipada com as suas caleiras e os seus elementos de flutuabilidade. Além disso, a ondulação, o vento e as correntes desestabilizam igualmente o suporte flutuante e os movimentos criados repercutem-se por intermédio dos condutos flexíveis na estrutura 5, consequentemente nos cabos de protensão 7 e seus pontos de fixação superior 7a e inferior 7b. Assim, quando a profundidade não é muito importante, ou seja de 25 até 300 m de profundidade de água e quando as condições oceano-meteorológicas são severas, os flexíveis, a estrutura portadora das caleiras e as suas ligações com a fundação são particularmente submetidas a esforços importante, ou mesmo extremos criando um desgaste e uma fadiga, principalmente ao nível das extremidades dos cabos de protensão e dos seus pontos de fixação. Tais acidentes ocorreram já em um passado recente.

[00132] Para evitar as consequências da ruptura de um cabo de protensão, ou de um dos seus pontos de fixação, o dispositivo de acordo com a invenção ancora de um modo vantajoso a estrutura 5 pela tensão de, pelo menos, 6 cabos de protensão distribuídos, de um modo preferido, de um modo simétrico em ambos os lados do eixo YY da referida estrutura 5 como representado em vista inferior na figura 3B. Cada um dos pontos 7a1-7a2-7a3-7a4-7a5-7a6 de fixação superior da estrutura é ligado ao ponto de fixação inferior correspondente, não representado, respectivamente 7b1-7b2-7b3-7b4-7b5-7b6, por intermédio de um cabo de protensão, respectivamente 71-72-73-74-75-76, todos os cabos de protensão sendo, de um modo preferido, paralelos entre si e verticais.

[00133] Na figura 5, ilustraram-se os pontos 7b1-7b2 de fixação inferior, assim como os cabos de protensão 71-72, os referidos pontos de fixação inferior sendo solidários, de acordo com a invenção, não diretamente com a fundação 8, mas com um dispositivo 10 de variação de distância servindo para ajustar a distância L, respectivamente L1-L2, do referido ponto de fixação inferior à referida fundação 8. Com efeito, uma estrutura 5 rígida ancorada por dois cabos de protensão ligados à fundação, ou mesmo três cabos de protensão, na condição de os três pontos 7a de fixação superior dos referidos cabos de protensão não estarem alinhados, nem localizados no mesmo plano vertical, apresentando mecanicamente uma configuração conhecida como "isostática", ou seja a repartição dos esforços nos referidos cabos de protensão é unívoca portanto calculável de um modo conhecido, em particular em função da repartição da carga suportada pela estrutura de suporte 5 e dos elementos de flutuabilidade integrados na referida estrutura. Em contrapartida, no caso de três cabos de protensão cujos pontos de fixação superior estão alinhados, como no caso de mais de três cabos de protensão, o sistema torna-se "hiperestático", ou seja a distribuição dos esforços em cada cabo de protensão já não pode ser calculada de um modo unívoco. Neste caso hiperestático, como no caso de um tamborete de quatro pés, a unidade pode tornar-se cambada e determinados cabos de protensão estarão submetidos a uma grande parte da carga, visto que outros cabos de protensão estarão pouco carregados, em determinados casos completamente frouxos, ou seja não estarão submetidos a nenhuma carga.

[00134] Uma solução para diminuir a condição hiperestática do sistema com cabos de protensão múltiplos consiste em conceber uma estrutura 5 apresentando uma grande flexibilidade, ou seja, podendo deformar-se de modo importante, o que então permite fazer participar, mas dentro de certos limites, o conjunto dos cabos de protensão. A desvantagem principal desta configuração é que os problemas de fadiga e de desgaste temidos ao nível dos cabos de protensão e dos seus pontos de fixação são então transmitidos à estrutura 5 e podem assim conduzir, em caso de incidente a danos ainda piores.

[00135] Para conferir um caráter pseudo- ou quase isostático, ou seja para diminuir a condição hiperestática do sistema com cabos de protensão múltiplos, de um modo vantajoso instala-se nos cabos de protensão, de um modo preferido, em cada um dos cabos de protensão, um dispositivo 10 de variação de distância de acordo com a invenção, adequado para permitir o ajuste da distância entre o seu ponto 7a de fixação superior à estrutura 5 e o seu ponto de fixação inferior à fundação 8.

[00136] Na figuras 3 a 6, representou-se em vista lateral um dispositivo destinado a tornar quase isostático o dispositivo global de ancoragem da estrutura 5 na base 8, qualquer que seja o número de cabos de protensão 7, ou seja, 3 cabos de protensão no caso de uma única linha de cabos de protensão posicionados no mesmo plano vertical mediano longitudinal da estrutura 5 ou, de um modo preferido, seis cabos de protensão dispostos em retângulo no caso de duas linhas paralelas de 3 cabos de protensão sensivelmente alinhados em um mesmo plano sensivelmente vertical dispostos respectivamente sobre os comprimentos do retângulo com 4 pontos de fixação superior nos 4 ângulos do retângulo, tal como representado nas figuras 3B, 3C e 3d.

[00137] Na figura 3B, os dois pontos 7a3 e 7a4 de fixação superior intermédios estão dispostos ao nível do eixo XX transversal mediano da estrutura 5 ao passo que na figura 3C os dois pontos 7a3 e 7a4 de fixação superior intermédios estão deslocados em ambos os lados do eixo XX transversal mediano da estrutura 5.

[00138] Nas figuras 3D e 3E, dois pontos 7a3 e 7a4 de fixação superior intermédios estão deslocados em ambos os lados do eixo XX mediano transversal da estrutura e deslocados segundo XX no exterior dos lados longos do retângulo, de tal modo que se encontram solidarizados com a referida estrutura 5, mas em consola. Na figura 3E, um lado pequeno do retângulo é delimitado por 2 pontos 7a1, 7a2 de fixação superior de ângulo, o lado oposto do retângulo na direção longitudinal compreendendo apenas um ponto 7a6 de fixação superior em posição mediana. Em todos os casos, o conjunto dos pontos de fixação superior dos cabos de protensão encontra-se, portanto, ou no interior do círculo C circunscrito no retângulo formado pelos quatro pontos 7a1, 7a2, 7a5, 7a6 de fixação superior nos 4 ângulos (fig. 3D) ou do círculo circunscrito no triângulo formado pelos 3 pontos 7a1, 7a2 e 7a6 de fixação superior (fig. 3E).

[00139] Assim, uma configuração não simétrica, tal como nas figuras 3C, 3D ou 3E de um modo vantajoso será apropriada em determinados casos de disparidades de tamanhos de condutos flexíveis, ou seja, de disparidades nos esforços verticais induzidos por estes condutos e a sua respectiva implantação na referida estrutura 5 bem como na repartição dos elementos de flutuabilidade.

[00140] Entende-se aqui por "quase isostático", o facto de todos os cabos de protensão colaborarem para suportar a tensão criada pela flutuabilidade resultante dirigida para cima e de cada dos referidos cabos de protensão suportar sensivelmente uma percentagem conhecida e ajustável da referida tensão global.

[00141] O dispositivo 10 de variação de distância e ajuste quase isostático de acordo com a invenção permite, ao nível de cada cabo de protensão do dispositivo, e de um modo individual, ajustar a distância entre a base 8 e a estrutura 5, e distribuir assim de um modo perfeitamente controlado a carga unitária em cada dos referidos cabos de protensão, consequentemente tornar o dispositivo quase isostático.

[00142] Para tal, a altura L relativamente à fundação 8, do ponto 7b de fixação inferior do cabo de protensão 7 pode ser ajustado graças ao dispositivo 10 de variação de distância aqui representado como sendo um atuador hidráulico de bloqueio mecânico da haste, conhecido do especialista na técnica. O referido dispositivo 10 de variação de distância de acordo com a invenção consiste em um atuador 10a solidário com a base, e em uma haste 10b de atuador no alto da qual se encontra o ponto 7b de fixação inferior do cabo de protensão 7. O eixo do referido atuador 10a-10b é, de um modo preferido, vertical. O atuador 10a é dotado de uma orifício 11 que permite ligar por um conduto 11a o referido atuador a uma central hidráulica (não representada) disponível a bordo de um ROV 13, submarino automático pilotado a partir um navio 14 de instalação na superfície. Assim, pressurizando o atuador, força-se a haste do atuador a retrair-se em comprimento para baixo e ajusta-se e reduz-se deste modo a distância entre a base 8 e a estrutura 5 e, portanto, os comprimentos o que tem como efeito aumentar a tensão ao nível do cabo de protensão em causa. Atuando sucessivamente em cada um dos cabos de protensão, divide-se assim de um modo vantajoso e de modo perfeitamente controlado a carga que cada cabo de protensão suporta, o que permite tornar a unidade "quase isostática".

[00143] Quando se força o atuador aumentando a pressão P do fluido no atuador, a haste deste último retrai-se, e a tensão aumenta no cabo de protensão em causa. Assim, a percentagem de esforço global suportada pelo referido cabo de protensão aumenta, e os outros cabos de protensão vêm em geral a sua tensão diminuir ligeiramente.

[00144] Do mesmo modo, quando se reduz a pressão P do fluido no atuador, a haste do atuador retrai-se, e a tensão no cabo de protensão em causa diminui de modo que a percentagem do esforço global suportada pelo referido cabo de protensão diminui, e os outros cabos de protensão vêm em geral a sua tensão crescer ligeiramente.

[00145] Assim, a pressurização ou a despressurização de um referido atuador, permite ajustar a distância entre a fundação 8 e o ponto 7a de fixação superior ao nível de cada cabo de protensão e de modo individual, e portanto ajustar a percentagem da tensão T global suportada individualmente pelo referido cabo de protensão. Quando o ajuste está terminado, atua-se um dispositivo de travamento na posição 12-12a da haste 10b do atuador, em seguida, afrouxa-se a pressão do atuador e desliga-se o flexível 11a de alimentação hidráulica. Nesta figura 5 representou-se no lado direito o dispositivo 10 de variação de distância relativo ao cabo de protensão 72 na posição 12a bloqueada na altitude L2, e no lado esquerdo, o dispositivo 10 de variação de distância relativo ao cabo de protensão 71 no decurso do ajuste à altitude L1, o ROV 13 (submarino automático de intervenção pilotado a partir da superfície) ligado pelo conduto 13a ao orifício 11 de pressurização ajustando a pressão P do atuador, consequentemente a tensão no referido cabo de protensão 71. Durante este ajuste, o dispositivo 12 de travamento é mantido na posição 12b aberta, consequentemente o atuador é livre de se mover em alongamento ou em retração.

[00146] Por razões de simetria, em geral prefere-se equipar cada cabo de protensão 7 com o seu próprio dispositivo 10 de variação de distância. No entanto, no caso de n cabos de protensão, pode ser suficiente ter n-2 dispositivos 10 de variação de distância. Na realidade, os dois cabos de protensão não ajustáveis, de um modo preferido, localizados nas extremidades longitudinais opostas da estrutura 5, definem então o eixo sensivelmente horizontal de referência de ancoragem da estrutura 5 relativamente à placa 8 base, o ajuste de cada uma dos outros cabos de protensão permite então tornar o sistema quase isostático, consequentemente permite repartir de modo controlável a carga em cada um dos cabos de protensão. Poder-se-ia do mesmo modo dispor apenas de n-1 dispositivos 10 de variação de distância para n para cabos de protensão.

[00147] Pode, igualmente, instalar-se n-3 dispositivos 10 de variação de distância para n cabos de protensão, os três cabos de protensão não ajustáveis e não alinhados definindo então um triângulo sensivelmente horizontal e, portanto, um plano de referência sensivelmente horizontal para a estrutura 5 relativamente à base 8. O ajuste de cada um dos outros cabos de protensão permite então tornar o sistema quase isostático, consequentemente permite distribuir de modo controlado a carga em cada cabo de protensão, mas estas três alternativas não constituem a versão preferida da invenção.

[00148] Com efeito, em uma versão preferida da invenção onde cada um dos cabos de protensão compreende um dispositivo 10 de variação de distância permitindo o ajuste do comprimento dos cabos de protensão, então sem dificuldades pode efetuar-se operações de manutenção que consistem em substituir qualquer um dos cabos de protensão, sem perturbar o funcionamento do dispositivo, consequentemente sem ter necessidade de parar a produção de petróleo. Com efeito, é então suficiente:

[00149] - ligar novamente o circuito 13a hidráulico do ROV 13 aoorifício 11 do atuador 10a, em seguida

[00150] - desbloquear o dispositivo 12-12b e aliviar a pressão doatuador para afrouxar completamente o referido cabo de protensão; em seguida

[00151] - desligar o cabo de protensão e substitui-lo por um cabo deprotensão novo; em seguida

[00152] - tracionar novamente o referido cabo de protensão até aoseu valor inicial; em seguida

[00153] - bloquear o dispositivo 12-12a e desligar o ROV 13.

[00154] Durante uma tal operação de manutenção de um cabo de protensão, que ocorre em geral após a ruptura do referido cabo de protensão, a força global T é temporariamente distribuída entre os n-1 cabos de protensão ativos, as tensões em geral aumentando no conjunto dos n-1 referidos cabos de protensão retornando, em seguida, ao valor inicial quando um novo cabo de protensão tiver sido reinstalado e sua tensão própria reajustada graças ao dispositivo 10, como foi explicado acima. Estas operações de substituição do cabo de protensão podem de um modo vantajoso ser realizadas de um modo preventivo, por exemplo, a cada 5 anos, para evitar os problemas de fadiga e ruptura cujas consequências são temidas.

[00155] Por simplicidade e clareza das explicações, o dispositivo 10 de variação de distância e de ajuste foi descrito na base de um atuador hidráulico de efeito simples, porque a medição da pressão P do atuador permite conhecer com muita exatidão a tensão T aplicada no cabo de protensão em causa. Porém, poder-se-ia muito bem utilizar umdispositivo 10 de variação de distância consistindo em um atuador mecânico com parafuso ou cremalheira dentada. Mas, neste caso, é aconselhável além disso integrar no referido dispositivo uma célula de medição da carga ou tensão aplicada ao referido cabo de protensão, tal como um dinamômetro de leitura direta por um ROV, ou para transmissão de dados para a superfície até ao posto de comando situado a bordo do suporte flutuante, para poder ajustar corretamente a distribuição do conjunto das cargas nos diversos cabos de protensão.

[00156] Na figura 6 representou-se uma versão preferida da invenção na qual o atuador 10 é desprovido do dispositivo de bloqueio da haste 12, mas é bloqueado hidraulicamente por fecho estanque em 11b da câmara interna do referido atuador. Assim, o atuador está permanentemente sob pressão e, de um modo vantajoso, dispõe-se um manómetro ou um sensor de pressão instalado de modo permanente 11a no orifício 11 do referido atuador. Dispõe-se assim de uma afixação permanente da tensão de cada cabo de protensão, esta tensão estando correlacionada com a referida pressão do atuador, e esta afixação pode muito simplesmente ser consultada durante as inspeções de rotina realizadas a intervalos regulares, por exemplo, por um ROV 13. Equipando a referida abertura 11 com um sensor 11a de pressão, a informação pode, em seguida, ser transmitida de modo automático e permanente até o FPSO, seja por um cabo elétrico, seja de modo acústico, e dispõe-se então ao nível do controle, de um estado perfeitamente preciso do conjunto dos arcos flexíveis e do seu sistema de ancoragem. Em caso de ruptura de qualquer dos cabos de protensão, o controle será informado instantaneamente e, se necessário, será capaz de determinar o cabo de protensão com falha. Do mesmo modo, em caso de danos de um elemento 6 de flutuabilidade, seja uma ruptura completa ou um alagamento parcial, a tensão vertical global diminuirá e determinados cabos de protensão 7 verão a sua tensão baixar. O controle do FPSO será então informado rapidamente e poderá assim lançar as ações corretivas.

[00157] A título de exemplo, uma estrutura de suporte 5 de caleiras 4 compreende 5 a 12 caleiras de 1,5 a 3 m de raio de curvatura e medindo de 3 a 5 m de largura, de 5 a 30 m de comprimento e o seu peso próprio no ar pode alcançar e ultrapassar 30 a 50 toneladas, ou mesmo mais. A flutuabilidade 6a integrada na estrutura 5 ou na forma de flutuador 6b situado acima da referida estrutura é dimensionada de modo a compensar o peso próprio da referida estrutura 5 equipada com as suas caleiras e diversos acessórios não representados, assim como o peso próprio do conjunto dos condutos 1 flexíveis em configuração de catenária. Um complemento 6a de flutuabilidade está integrado na unidade de modo a criar uma tensão permanente para cima de 3 a 60 toneladas, de um modo preferido, de 6 a 30 toneladas. Dispositivo de acordo com a invenção permite assim ajustar a tensão nos diversos cabos de protensão dividindo sensivelmente os esforços anteriores por seis, nomeadamente para cada um dos cabos de protensão, uma tensão permanente de 0,5 a 10 toneladas, de um modo preferido, 1 tonelada a 5 toneladas. De modo a evitar a falha do dispositivo em caso de ruptura de um cabo de protensão ou de um ponto de fixação 7a-7b, ou mesmo em determinados casos de dois cabos de protensão ou dos seus pontos de fixação, de um modo vantajoso calcular-se-á as dimensões dos cabos de protensão e dos seus respetivos pontos de fixação com um coeficiente de segurança de 2 a 4, por exemplo; assim, para um esforço nominal de 2 toneladas, calcular-se-á as dimensões do cabo de protensão e dos seus pontos de fixação para esforços de 5 a 10 toneladas. Evitam-se assim os problemas de fadiga e de desgaste assim como os riscos de ruptura, os quais mesmo que se produzam, em nenhum caso poriam em perigo a ligação fundo-superfície no seu conjunto.

[00158] Nas figuras 7A e 7C, representou-se uma referida estrutura de suporte 5 compreendendo duas partes articuladas 5-1, 5-2 em rotação em torno de um eixo de rotação mediano X1X1', sensivelmente horizontal, apto a permitir uma rotação relativa de cada uma das duas referidas partes articuladas uma relativamente à outra, de um ângulo alfa de -10° a +10°, de um modo preferido, de -5° a 5°, a referida rotação estando limitada por batentes 5a superiores e batentes 5b inferiores de cada uma das duas referidas partes articuladas de estrutura de suporte. As duas referidas partes articuladas de estrutura de suporte são de forma e disposição simétrica relativamente a um plano vertical mediano que passa pelo referido eixo X1X1' de rotação. Na prática, o plano superior da referida primeira parte articulada 5-1 varia de um ângulo alfa relativamente a um plano superior da referida segunda parte 5-2 articulada. Cada uma das duas referidas partes articuladas 5-1, 5-2 é ligada à referida base por três referidos cabos de protensão ligados cada um por uma das suas extremidades a um dispositivo de variação de distância (não representado). Cada referida parte articulada 5-1, 5-2 da referida estrutura de suporte 5 apresenta uma forma longitudinal de secção sensivelmente retangular em secção horizontal, sensivelmente simétrica relativamente a um plano (YZ) vertical longitudinal mediano, cada referida parte articulada 5-1, 5-2 da referida estrutura de suporte 5 compreendendo:

[00159] - dois pontos de fixação 7a1-7a2, 7a5-7a6 superior dispostos nas extremidades longitudinais na proximidade dos ângulos de cada referida parte articulada mais afastados do referido eixo (X1-X'1) de rotação, e

[00160] - um ponto de fixação 7a3, 7a4 superior disposto mais próximo do referido eixo de rotação do que de uma referida extremidade longitudinal.

[00161] Os 3 pontos de fixação 7a1-7a2-7a3 superior da referida primeira parte articulada de estrutura de suporte 5-1 estão dispostos em triângulo isósceles simetricamente nos três pontos de fixação 7a4-7a5- 7a6 superior da segunda parte articulada da estrutura de suporte 5-2 relativamente ao plano sensivelmente vertical que passa pelo referido eixo de rotação.

[00162] Entende-se aqui por "suporte flutuante" tanto uma barcaça ou navio como uma plataforma semissubmersível do tipo descrito acima.

[00163] Compreende-se que a referida parte superior da estrutura de suporte, suportando ou sobre a qual são fixadas as referidas caleiras segundo a presente invenção, é uma estrutura rígida diferente de um flutuador.

[00164] Em uma forma de realização particular, uma referida conduto flexível é mantida em uma referida caleira por meios de retenção e/ou meios de fixação. Esta característica visa estabilizar o conjunto dos condutos flexíveis e favorecer as solicitações e deslocamentos na referida primeira parte dos referidos condutos flexíveis.

[00165] A estrutura de suporte 5 das caleiras é uma estrutura rígida, mas as solicitações e deslocamentos em particular ao nível do ponto de contacto dos condutos com o solo marinho são, não obstante, consideravelmente reduzidos devido ao tensionamento da referida estrutura de suporte pelos referidos flutuadores.

[00166] Para facilitar a instalação de condutos flexíveis a partir de um navio de instalação como explicitado mais à frente na descrição, as extremidades das caleiras compreendem um defletor cujo perfil é adequado para evitar danificar a parte do conduto flexível que pode reentrar em contacto com o referido defletor no decurso da instalação do conduto em uma referida caleira inferior.

[00167] O alto do fundo da caleira é o ponto situado a meio comprimento curvilíneo da caleira.

[00168] A referida estrutura de suporte pode igualmente suportar caleiras servindo para a orientação e o suporte de linhas flexíveis diferentes dos referidos condutos flexíveis e, portanto, de menor diâmetro.

[00169] Para clareza das figuras, as caleiras foram descritas como sendo porções de toro truncado apresentando uma secção transversal circular cujo diâmetro é ligeiramente superior ao diâmetro do conduto flexível, mas a forma de arco no plano XZ' pode igualmente ser de tipo elipse, parabólica ou qualquer outra forma de curva variável, cuja curvatura máxima é inferior à curvatura critica limite do referido conduto flexível. Do mesmo modo, a secção transversal da caleira pode ser de uma forma qualquer, por exemplo, em forma de U, sendo entendido que a largura interior do U na parte da caleira é ligeiramente superior ao diâmetro do conduto flexível. Um dispositivo de travamento, não representado, solidariza cada dispositivo flexível à sua caleira respectiva, para evitar qualquer deslizamento axial do referido flexível relativamente à sua própria caleira.

[00170] O raio de curvatura das várias caleiras foi representado nas várias figuras como sendo idêntico, de um modo vantajoso, mas adotar- se-á raios de curvatura adaptados a cada conduto, o que permitirá minimizar o peso da unidade e reduzir assim a flutuabilidade necessária.

[00171] As catenárias simples 1a, 1b deformam-se de modo significativo quando o suporte flutuante 2 se desloca ao sabor da ondulação, do vento e das correntes. Em contrapartida, as partes de catenária simples 1a1 e 1b1 deformam-se muito pouco e, portanto, permanecem sensivelmente fixas quaisquer que sejam os deslocamentos do suporte flutuante.

[00172] Descreveu-se o dispositivo de variação 10 de distância e ajuste como sendo solidário, em uma das suas extremidades, seja com a base 8, ou com a estrutura 5, a outra extremidade sendo solidária com o cabo de protensão, mas o referido dispositivo 10 pode ser igualmente solidário, por um lado com o referido cabo de protensão e, por outro, com uma ligação articulada, por exemplo, um segundo cabo de protensão, este último sendo solidário na sua outra extremidade seja com a base 8, seja com a estrutura 5. Assim, o referido dispositivo 10 encontra-se disposto entre um primeiro cabo de protensão e um segundo cabo de protensão, não obstante, esta disposição particular não constitui a versão preferida da invenção.

Claims

1. Dispositivo compreendendo uma estrutura rígida (5) mantida imersa em pequena profundidade por flutuadores (6) e ancorada no fundo do mar por cabos de protensão (7), útil para suportar uma pluralidade de elementos de suporte e orientação em forma de arco denominados caleiras (4) em uma instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante (2) e o fundo do mar (3), compreendendo uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo condutos flexíveis (1,1a,1b) que se estendem até ao fundo do mar onde são ligadas a cabeças de poço, equipamentos ou extremidade de condutos submarinos repousando no fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas respectivamente pela referida pluralidade de caleiras,dispositivo no qual:- a referida estrutura de suporte de caleiras (5) está ligada a uma base (8) repousando e/ou ancorada no fundo do mar por uma pluralidade de n cabos de protensão tensionados sensivelmente em paralelo, de um modo preferido, de modo sensivelmente vertical, pelos referidos flutuadores, sendo n, pelo menos, igual a 6, uma pluralidade de referidos p cabos de protensão (7) entre os n cabos de protensão, sendo p, pelo menos, igual a (n-2), estando ligados por uma das suas extremidades (7a, 7b) cada um a um dispositivo de variação (10) de distância, o referido dispositivo de variação de distância estando ligado à referida base (8) ou à referida estrutura de suporte (5) ou solidário com a referida base (8) ou com a referida estrutura de suporte (5), a outra extremidade do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação solidário com a referida estrutura de suporte (5) ou respectivamente com a referida base (8), o referido dispositivo de variação de distância (10) sendo adequado para ser atuado para fazer variar a distância entre o seu ponto de fixação no referido cabo de protensão e a referida base ou referida estrutura de suporte à qual está fixo ou ligado, e - a extremidade superior do referido cabo de protensão está fixa em um ponto de fixação (7a) superior solidário com a referida estrutura de suporte (5) ou respectivamente com o referido dispositivo de variação (10) de distância, a extremidade inferior do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação (7b) inferior solidário com o referido dispositivo de variação de distância (10) ou respectivamente com a referida base (8), o referido dispositivo de variação de distância (10) sendo adequado para:- fazer variar a distância entre (i) um referido ponto de fixação (7a) superior e a referida estrutura de suporte, quando o referido dispositivo de variação de distância (10) é solidário com a referida estrutura de suporte (5), ou- fazer variar a distância entre (i) um referido ponto de fixação (7b) inferior e a referida base (8), quando o referido dispositivo de variação de distância (10) é solidário com a referida base (8),caracterizado pela referida estrutura de suporte (5) apresentar uma forma longitudinal de secção sensivelmente retangular em secção horizontal, de um modo preferido, sensivelmente simétrica relativamente a um plano (YZ) vertical longitudinal mediano, o dispositivo compreendendo, pelo menos, 6 cabos de protensão ligados cada um ao referido dispositivo de variação (10) de distância, e a referida estrutura de suporte (5) compreendendo, pelo menos, 6 pontos de fixação (7a) superior dos quais 4 pontos de fixação (7a1, 7a2, 7a5, 7a6) superior definem os 4 ângulos de um retângulo, os dois outros pontos de fixação (7a3, 7a4) superior estando dispostos no interior de um círculo (C) circunscrito no referido retângulo, ao nível dos dois grandes comprimentos do retângulo, os 4 pontos de fixação (7a1, 7a2, 7a5, 7a6) de ângulo estando dispostos na proximidade das extremidades longitudinais da referida estrutura de suporte (5).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos referidos dois outros pontos de fixação (7a3, 7a4) superior estarem dispostos no interior do referido círculo (C) circunscrito ao referido retângulo ao nível do eixo (XX') mediano transversal do referido retângulo.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela referida estrutura de suporte ser suportada por, pelo menos, um flutuador inferior (6a) integrado no qual está fixa.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela referida estrutura de suporte (5) compreender duas partes articuladas (5-1, 5-2) em rotação em torno de um eixo de rotação (X1 X'1), sensivelmente horizontal, de um modo preferido, mediano, adequado para uma rotação relativa de cada uma das duas referidas partes articuladas uma relativamente à outra, de um ângulo de - 10° a +10°, de um modo preferido, de -5° a +5°, a referida rotação sendo limitada por batentes superiores (5a) e batentes inferiores (5b) de cada uma das duas referidas partes articuladas de estrutura de suporte, as duas referidas partes articuladas de estrutura de suporte sendo, de um modo preferido, simétricas relativamente a um plano vertical mediano que passa pelo referido eixo de rotação (X1 X'1), cada uma das duas referidas partes articuladas (5-1, 5-2) estando ligada à referida base por, pelo menos, três referidos cabos de protensão dos quais, pelo menos um, de um modo preferido, os três, está (estão) ligado(s) por uma das suas extremidades a um dispositivo de variação de distância (10) .

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada referida parte (5-1, 5-2) articulada da referida estrutura de suporte (5) apresentar uma forma longitudinal de seção sensivelmente retangular em seção horizontal, de um modo preferido, sensivelmente simétrica relativamente a um plano vertical longitudinal mediano (YZ), o dispositivo compreendendo, pelo menos, 6 cabos de protensão ligados cada um ao referido dispositivo de variação de distância (10), e a referida estrutura de suporte (5) compreender, pelo menos, 6 pontos de fixação superior (7a), cada referida parte articulada (5-1, 5-2) da referida estrutura de suporte (5) compreendendo pelo menos:dois pontos de fixação (7a1-7a2, 7a5-7a6) superior dispostos nas extremidades longitudinais de cada referida parte articulada, o mais afastados do referido eixo de rotação (X1 X'1), eum ponto de fixação (7a3, 7a4) superior disposto maispróximo do referido eixo de rotação que de uma referida extremidade longitudinal.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por os pontos de fixação (7a1-7a2-7a3) superior da referida primeira parte articulada de estrutura de suporte (5-1) estarem dispostos simetricamente, aos três pontos de fixação superiores (7a4-7a5-7a6) da segunda parte articulada de estrutura de suporte (5-2) relativamente ao plano sensivelmente vertical que passa pelo referido eixo de rotação, de um modo preferido, em triângulo isósceles.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a extremidade superior do referido cabo de protensão estar fixa em um ponto de fixação (7a) superior solidário com a referida estrutura de suporte (5) ou respectivamente com o referido dispositivo de variação de distância (10), a extremidade inferior do referido cabo de protensão estando fixa em um ponto de fixação inferior solidário (7b) com o referido dispositivo de variação de distância (10) ou respectivamente com a referida base (8), o referido dispositivo de variação de distância (10) sendo adequado para:fazer variar a distância entre (i) o referido ponto (7a) de fixação superior e a referida estrutura de suporte, quando o referido dispositivo de variação de distância (10) é solidário com a referida estrutura (5) de suporte, oufazer variar a distância entre (i) um referido ponto de fixação inferior(7b) e a referida base (8), quando o referido dispositivo de variação de distância (10) é solidário com a referida base (8).

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os referidos pontos de fixação superior (7a) dos p referidos cabos de protensão estarem dispostos ao nível da referida estrutura de suporte (5) e os referidos pontos de fixação inferiores (7b) dos p referidos cabos de protensão estarem dispostos ao nível dos dispositivos de variação de distância (10), os referidos dispositivos de variação de distância sendo solidários com a referida base, de um modo preferido, fixos na superfície superior da referida base (8), e cada referido dispositivo de variação de distância (10) permitir fazer variar a distância entre o referido ponto de fixação inferior (7b) e a referida base.

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelos referidos cabos de protensão serem cabos ou correntes.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender, pelo menos, um referido dispositivo de variação de distância (10) compreendendo um atuador, de um modo preferido, um atuador mecânico ou, de um modo preferido, hidráulico.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o referido ponto de fixação inferior ser solidário com a haste (10b) móvel de um referido atuador hidráulico em que o corpo (10a) de atuador é solidário com a base (8).

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por o referido atuador compreender um manômetro (11c) ou, de um modo preferido, um sensor de pressão ao nível de um orifício (11) do corpo de atuador e um mecanismo (11b, 12) de travamento adequado para travar a haste em posição, de um modo preferido, por fecho estanque da câmara do atuador.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, 11 ou 12, caracterizado por o referido atuador (10) hidráulico estar ligado (11a) ou apto para ser ligado a uma central de alimentação em fluido de pressurização a bordo de um robô (13) submarino, de um modo preferido, pilotado a partir de um segundo navio (14) à superfície.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a referida estrutura de suporte (5) suportar de 5 a 12 caleiras em forma de arco de 1,5 a 3 m de raio de curvatura, a referida estrutura de suporte medindo de 3 a 5 m de largura e 10 a 30 m de comprimento, de peso próprio no ar de 30 a 50 T e a referida estrutura de suporte (5) compreendendo uma flutuabilidade integrada na face inferior das caleiras de modo a que cada referido cabo de protensão seja submetido a uma tensão de 0,5 a 10 T, de um modo preferido, de 1 a 5 T, o referido cabo de protensão sendo dimensionado para estar apto a suportar uma tensão de um múltiplo de 2 a 4 da referida tensão à qual está submetido.

15. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por a referida estrutura de suporte ser uma estrutura metálica em treliça estendendo-se longitudinal e horizontalmente.

16. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por a referida estrutura de suporte rígida estar suspensa de, pelo menos, um flutuador (6b) superior imerso ao qual está ligada por elementos de ligação flexíveis, tais como linhas (6c).

17. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por a referida estrutura de suporte (5) suportar uma pluralidade de caleiras (4), de um modo preferido, pelo menos, 5 caleiras deslocadas lateralmente em paralelo em uma direção (YY', Y 1 Y'1, Y2 Y'2) da referida estrutura de suporte (5), as referidas caleiras sendo em forma de arco, de um modo preferido, dispostas simetricamente relativamente a um plano (YZ) axial longitudinal vertical da referida estrutura de suporte.

18. Instalação de ligações fundo-superfície entre um mesmo suporte flutuante (2) e o fundo (3) do mar, caracterizado por compreender uma pluralidade de linhas flexíveis compreendendo condutos flexíveis (1,1a, 1b) que se estendem a partir do referido suporte flutuante até ao fundo do mar onde são ligados a cabeças de poço, equipamentos ou extremidades de condutos submarinos repousando no fundo do mar, as referidas linhas flexíveis sendo suportadas respectivamente por uma referida pluralidade de caleiras que delimitam cada uma duas partes de conduto compreendendo uma primeira parte de linha flexível (1-1) em configuração de catenária dupla mergulhante entre o suporte flutuante (2) e a referida caleira e uma segunda parte de linha flexível (1-2) em configuração de catenária simples entre a referida caleira e o ponto (1-2a, 1-2b) de contato do conduto flexível no fundo do mar, as referidas caleiras sendo suportadas por um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 17.

19. Método de modificação das tensões às quais estão submetidos os diferentes referidos cabos de protensão de um dispositivo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado por se acionar um referido dispositivo de variação de distância (10) de modo a ajustar a tensão do referido cabo de protensão ao qual está ligado a um valor controlado desejado.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por se diminuir a tensão do referido cabo de protensão acionando o referido dispositivo de variação de distância ao qual está ligado e, em seguida, se efetuar a substituição do cabo de protensão.

21. Método de acordo a reivindicação 19, caracterizado por a ligação mecânica dos diferentes cabos de protensão ao nível da referida estrutura de suporte ser tornada mecanicamente quase isostática acionando, pelo menos, um referido dispositivo de variação de distância.