BR112017008643B1 - Método para transportar e instalar uma estrutura submarina, método para recuperar uma estrutura submarina do leito do oceano e centro de processamento submarino - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para transportar e instalar uma estrutura submarina pesada tal como um centro de processamento submarino para óleo cru ou gás natural produzido. O método com-preende: o transbordamento de maneira controlada de pelo menos um tanque de lastro unido ou incorporado à estrutura, até ao ponto em que a estrutura se torna negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; o reboque da estrutura negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada (CDTM); e, depois do reboque até a local de instalação, um transbordamento adicional do tanque de lastro para abaixar a estrutura até o leito do oceano. No leito do oceano, uma tubulação de transporte de fluido de uma instalação de produção submarina pode ser acoplada à tubulação da estrutura.

Description

[001] A presente invenção refere-se à construção, transporte, instalação e recuperação de estruturas submarinas pesadas, em particular centos de processamento submarinos para o uso em desenvolvimentos de campos de óleo e gás.

[002] A invenção facilita o uso dos centros de processamento submarinos, que constituem uma nova geração de unidades costa afora (offshore) submersas para o pré-processamento, o condicionamento ou então o processamento do fluido da produção que flui das cabeças de poços submarinos. Tais centros são elementos chaves de 'fábricas submarinas' cuja finalidade é a produção de fluido processada de campos de óleo e gás com operações de processamento de superfície mínimas. De fato, potencialmente, não precisa haver nenhuma operação de processamento de superfície antes que a produção de fluido processada submarina esteja pronta para o transporte para adiante ao seu destino.

[003] Para colocar a invenção em seu contexto apropriado, os centros de processamento submarinos devem ser distinguidos dos moldes, que são projetados especificamente para suportar e guiar o equipamento de perfuração no leito do oceano. Por exemplo, o documento de patente U.S. 4784527 descreve um molde de perfuração modular de pouco peso. Os moldes não contêm equipamento de processamento de óleo ou gás permanente, em que o equipamento compreende tipicamente pelo menos um separador de água para remover a água do fluido de produção. Consequentemente, embora os moldes possam ser volumosos, eles são muito mais leves do que os centros de processamento submarinos. Portanto, os centros de processamento submarinos apresentam problemas distintos que a presente invenção procura solucionar especificamente.

[004] Em centros de processamento submarinos, o equipamento e a tubulação relacionados são acondicionados e montados em uma armação comum para facilitar a instalação. Vantajosamente, o agrupamento do equipamento e da tubulação na mesma armação dessa maneira também permite o pré-teste do sistema e seus componentes em terra (onshore) ou em águas protegidas, antes da instalação.

[005] Os centros de processamento submarinos são exemplos de grandes estruturas pesadas que são usadas com uma frequência crescente em instalações submarinas. O tamanho e o peso de tais estruturas estão aumentando intensamente à medida que a sua funcionalidade requerida aumenta similarmente. Isso acarreta maiores desafios para o transporte e a instalação.

[006] É bem sabido para uma grande estrutura submarina ou um equipamento que suporta que é dividida em pacotes menores que são levantados e abaixados individualmente e acoplados no leito do oceano. Os exemplos dessa técnica são divulgados nos documentos de patente U.S. 4625805 e WO 2011/037477. No entanto, uma abordagem de múltiplas etapas da construção peça a peça tem inconvenientes significativos. Leva um grande tempo valioso, a qual amarra navios extremamente caros e requer uma extensão de tempo prolongada. Também perde a vantagem de pré-testar o sistema montado antes da instalação e desse modo acarreta o risco da não confiabilidade.

[007] Múltiplas operações de içamento aumentam o risco e requerem um posicionamento muito preciso de cada vez, desse modo requerendo o uso de um navio de instalação equipado com um sistema de posicionamento dinâmico (DP) e um sistema de içamento de peso compensado sofisticado. O sistema de DP de tal navio deve estar em conformidade com a especificação mais elevada, ou seja, do nível III, o que requer um sistema de DP de reserva de emergência no caso em que o sistema de DP principal for desabilitado.

[008] Por essas razões, pode ser preferível instalar uma grande estrutura submarina em uma única operação de abaixamento, onde isso seja prático, ao invés de instalar uma estrutura equivalente peça a peça em múltiplas operações de abaixamento.

[009] Tradicionalmente, grandes estruturas submarinas são instaladas em um local de instalação mediante o içamento das mesmas de um navio de superfície tal como uma barcaça e o abaixamento das mesmas na água com um guindaste, ou o lançamento das mesmas de um navio de superfície na água e então o abaixamento das mesmas com um guincho. À medida que as cargas submarinas cresceram, a mentalidade da indústria consistiu em adotar guindastes maiores e guinchos maiores. No entanto, o custo de capital dos navios equipados com tais guindastes e guinchos estão se tornando proibitivos e a disponibilidade global de tais navios é um desafio logístico.

[0010] Os recursos de óleo e gás estão sendo explorados em águas mais profundas em que não apenas o peso da estrutura, mas também o peso de cabos de içamento muito longos, devem ser levados em consideração. Além disso, a capacidade de guindastes e guinchos disponíveis continua limitada. Também há um limite no tamanho da estrutura que os navios disponíveis podem acomodar. Por exemplo, o documento de patente U.S. 8141643 ensina o uso de uma armação de suporte conectada a uma estrutura submarina e suspensa debaixo de um navio de instalação. O tamanho da estrutura submarina continua limitado pelo tamanho do navio: em particular, a largura da estrutura submarina não pode ser muito maior do que a travessa do navio.

[0011] Em vista desses desafios, o reboque a úmido foi adotado como uma outra abordagem à instalação de grandes estruturas submarinas. Isso envolve rebocar a estrutura através da água até um local da instalação e abaixar a mesma até o leito do oceano ao usar um guincho ou um guindaste. O reboque evita as restrições do tamanho e do peso que derivam do espaço limitado da plataforma e da capacidade de içamento de navios e guindastes disponíveis.

[0012] A título de exemplo, um método de reboque a úmido conhecido no estado da técnica como método de reboque de profundidade controlada ou 'CDTM' tem sido usado para a instalação de encanamentos agrupados. Ele é descrito no documento de patente EP 0069446 e também usado no documento de patente WO 2014/095942. A tubulação rebocada é ligeiramente negativamente flutuante em uma determinada profundidade da água, mas se estabiliza a essa profundidade devido às forças de arrasto experimentadas durante o reboque. Um desafio significativo desse método é a estabilidade subaquática da estrutura rebocada, que é confrontado pelo gerenciamento fino da flutuação ao usar tanques de lastro. A este respeito, no entanto, a estabilidade de uma estrutura alongada, tal como um encanamento, é muito mais fácil de controlar do que a estabilidade de uma estrutura que concentra o peso e a flutuação, tal como um centro de processamento submarino.

[0013] Uma outra técnica para controlar a estabilidade e/ou a profundidade de uma estrutura submarina durante o reboque é o uso de aletas ajustáveis, tal como descrito no documento de patente U.S. 3368515.

[0014] A instalação de estruturas submarinas não é o único desafio: a desmontagem de tais estruturas também tem que ser levada em consideração porque eventualmente as estruturas têm que ser recuperadas. Por exemplo, a recuperação de uma estrutura submarina tal como um centro de processamento submarino será necessária quando um campo é descomissionado. Além disso, em uma abordagem modular, um centro de processamento submarino pode ser movido de um campo esgotado para um outro campo para o processamento continuado de fluidos da produção no mesmo. Tal como durante a instalação, é similarmente necessário recuperar ou mover a estrutura como um todo; ou prolongado similarmente para recuperar ou mover a estrutura peça a peça.

[0015] O documento de patente U.S. 4120362 descreve uma armação submarina de múltiplas finalidades típica. Ela é instalada ao ser suspensa de uma coluna de tubulações de um equipamento de perfuração. Isso não é relevante para a instalação de estruturas pesadas em águas profundas, porque uma longa coluna de tubulações de resistência requerida deve ser demasiadamente pesada.

[0016] O documento de patente U.S. 3987638 descreve uma estrutura submarina projetada para a instalação por um método de lançamento e abaixamento. Vários membros estruturais da estrutura definem volumes fechados ocos que são usados para o lastro. Desse modo, os volumes fechados são preenchidos inicialmente com um gás ou ar para conferir uma flutuação positiva à estrutura de modo que ela flutue quando lançada. Subsequentemente, os volumes fechados são inundados com água para estabelecer uma flutuação negativa de modo que a estrutura possa ser abaixada até o leito do oceano. O documento de patente GB 2205123 também descreve o abaixamento de uma instalação submarina até o leito do oceano por meio do transbordamento de tanques de flutuação providos na instalação submarina.

[0017] O inconveniente principal da técnica de lastro descrita no documento de patente U.S. 3987638 é que os membros estruturais que são dimensionados de maneira apropriada para suas tarefas estruturais não irão, por si mesmos, prover o volume suficiente do lastro para conferir uma flutuação positiva sobre uma estrutura pesada. A este respeito, o documento de patente U.S. 3987638 divulga um molde de perfuração que, tal como observado acima, não contém o equipamento de processamento de óleo ou gás permanente e desse modo é muito mais leve do que um centro de processamento submarino. Mesmo nesse caso mais menos exigente, os membros estruturais usados para o lastro são muito ampliados com relação à sua tarefa estrutural.

[0018] É bem sabido pelos elementos versados na técnica que boias liberáveis ou airbags desinfláveis podem ser unidos a uma estrutura negativamente flutuante para obter uma flutuação positiva antes do abaixamento. As boias liberáveis ou os airbags desinfláveis para reduzir a flutuação para o abaixamento aumentam a complexidade da operação de abaixamento e não facilitam o controle fino da flutuação. Além disso, uma vez que uma boia tenha sido liberada ou um airbag tenha sido esvaziado, o seu efeito de lastro é perdido de maneira permanente a partir desse ponto no processo adiante.

[0019] O documento de patente U.S. 3713411 divulga um catamarã submergível para transportar uma carga através da água e para abaixar subsequentemente essa carga até o fundo. O catamarã submergível é considerado como apropriado para cargas de até cinco toneladas a profundidades de até cinquenta metros. Portanto, não é utilizável para o uso em águas muito mais profundas que estão sendo exploradas agora pela indústria de óleo e gás, ou para entregar cargas tão pesadas quanto os centros de processamento submarinos que podem pesar milhares de toneladas.

[0020] Uma outra abordagem conhecida consiste em abaixar uma estrutura positivamente flutuante antes de estabilizar a mesma no leito do oceano. No documento de patente GB 2277949, por exemplo, uma estrutura positivamente flutuante é puxada para baixo por cabos e ancorada ao leito do oceano. Essa abordagem tem inconvenientes que incluem uma falta de estabilidade porque a estrutura ancorada ainda pode se mover em relação ao leito do oceano. Além disso, se um cabo de ancoragem se romper ou for puxado se afastando de sua fundação, a estrutura pode irromper para cima através da coluna de água e atingir potencialmente um navio na superfície. O documento de patente GB 2464714 também descreve o abaixamento de um conjunto positivamente flutuante até o leito do oceano, neste caso ao usar um peso.

[0021] No documento de patente WO 2010/046686, contrapesos de corrente conferem uma flutuação negativa em uma estrutura submarina de maneira tal que a estrutura pesada permanece negativamente flutuante durante toda a instalação. Os contrapesos também conferem estabilidade no leito do oceano, mas podem ser removidos após a instalação de pacotes de equipamentos adicionais caso isso seja requerido.

[0022] O documento de patente WO 2014/108631 descreve uma barcaça submergível e uma armação para transportar o equipamento pesado e volumoso até um local da instalação em uma operação de reboque de superfície e para abaixar então esse equipamento até o leito do oceano. A armação compreende uma estrutura retangular com dois tanques de lastro laterais e duas treliças transversais. Um sistema de guinchos suspende a armação das boias para a finalidade de estabilização. Não há nenhuma sugestão de instalar uma carga tão pesada quanto uma usina de processamento submarino composta. O documento de patente WO 2010/144187 descreve um método de transportar e abaixar uma instalação de processamento até um local da instalação submarina. O método compreende o reboque de superfície da instalação de processamento seguido pelo afundamento da instalação de processamento até o leito do oceano. Nenhum desses documentos ensina o reboque de subsuperfície ou o gerenciamento de lastro.

[0023] O documento de patente WO 2014/130320 descreve um sistema de transporte e instalação modular para o equipamento de processamento submarino. Cada um dos módulos de equipamento contém um ou mais itens de equipamento submarino e têm uma flutuação individual por meio da qual os módulos individuais podem ser destacados da instalação submarina após o uso e ser flutuados até a superfície para a manutenção ou a substituição.

[0024] Na primeira instalação, os módulos são testados, rebocados através da superfície até um local de instalação, e então abaixados para a fixação sob a água a um molde instalado no leito do oceano. Os módulos podem ser unidos uns aos outros ou a uma base de subplataforma para formar um conjunto de módulos antes do reboque. Alternativamente, os módulos puderem ser unidos uns aos outros no molde pré-instalado quando no leito do oceano.

[0025] O reboque de superfície dos módulos ou dos conjuntos de módulos no documento de patente WO 2014/130320 é executado dentro de um tanque de uma barcaça, do qual o módulo ou o conjunto é colocado no leito do oceano ao usar guinchos na barcaça ou um cabo de guindaste que se estende através do tanque. Alternativamente, um navio de superfície tal como uma barcaça pode rebocar na superfície os módulos ou os conjuntos de módulos atrás ou ao lado da mesma. O reboque de superfície do módulo ou do conjunto dessas maneiras irá causar a fadiga em sua estrutura, o que pode afetar a confiabilidade do sistema de processamento. Certamente, há um risco do módulo ou do conjunto ser sujeitado a grandes cargas de colisão durante o transporte através de mares inóspitos e um risco de ferimento ao pessoal na barcaça durante a instalação. Além disso, não há nenhuma solução de reserva no caso de o estado do mar se deteriorar rapidamente quando a barcaça estiver longe de um porto seguro.

[0026] Os módulos divulgados no documento de patente WO 2014/130320 têm vários formatos de lados planos regulares para encaixar uns nos outros como blocos de edifício. Consequentemente, ambos o equipamento de produção/processamento e a estrutura de um conjunto de módulos são divididos por múltiplas interfaces entre pares adjacentes de módulos. Essas divisões introduzem pontos de falha indesejáveis em termos de resistência estrutural e de confiabilidade. Desse modo, o risco de fadiga ou uma outra falha é aumentado pela natureza modular do conjunto.

[0027] Tal como reconhecido acima nos documentos de patente U.S. 4625805 e WO 2011/037477, o documento de patente WO 2014/130320 emprega uma abordagem de construção de peça a peça de múltiplas etapas que envolve a instalação de fundações do leito do oceano e então a instalação de um molde nas fundações antes que os módulos ou os conjuntos de módulos sejam instalados no molde. Então, em alguns casos, os módulos são montados sob a água em cima do molde para completar a usina submarina. Se os módulos forem montados sob a água, claramente somente os módulos individuais, e não o sistema inteiro, podem ser testados em terra.

[0028] Quando um módulo individual do documento de patente WO 2014/130320 é destacado da instalação submarina e flutuado até a superfície, todos os itens de equipamento no módulo devem ser desconectados do sistema mesmo se apenas um desses itens necessita realmente de atenção. Além disso, não são apenas os itens de equipamento no módulo que são separados do sistema: uma vez que o módulo é estrutural, uma parte da própria estrutura é separada do sistema. Isso enfraquece a estrutura restante e aumenta o risco de falhas.

[0029] O documento de patente GB 2457784 descreve um sistema de injeção de água do mar submarino posicionável no leito do oceano. Os documentos de patente WO 01/71158 e U.S. 2006/0118310 descrevem sistemas submarinos instalados no leito do oceano.

[0030] É contra esses antecedentes que a invenção foi elaborada.

[0031] A invenção propõe uma estrutura flutuante completa que compreende uma estrutura de proteção integrada e um sistema de produção ou processamento completo. A invenção provê uma estrutura prontamente transportável de proteção na qual os elementos de uma usina de processamento podem ser montados e testados em terra ou perto da costa. A estrutura transporta a usina de processamento a um local de instalação do leito do oceano pelo reboque no meio da água e protege então a usina quando no leito do oceano.

[0032] Em um sentido, a invenção reside em um método para transportar e instalar uma estrutura submarina, em que a estrutura submarina é um centro de processamento submarino que compreende: uma armação; um equipamento de processamento de fluido da produção alojado no interior e suportado pela armação; e uma tubulação em comunicação fluida com o equipamento de processamento de fluido da produção. O método compreende:

[0033] com a estrutura submarina na água em um local de pré- reboque, o emprego de lastro para tornar a estrutura submarina neutra flutuante em ou perto da superfície da água;

[0034] para rebocar para um local de instalação, o transbordamento de maneira controlada de pelo menos um tanque de lastro unido à armação ou incorporado na armação, até uma extensão em que a estrutura submarina se torna negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada;

[0035] o reboque da estrutura submarina negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada enquanto controla a flutuação e/ou a disposição da armação; e

[0036] após o reboque até o local de instalação:

[0037] o transbordamento adicional do ou de cada tanque de lastro para abaixar a estrutura submarina até o leito do oceano; e

[0038] o acoplamento de pelo menos um tubo de transporte de fluido à tubulação da estrutura submarina quando a estrutura submarina se encontra no leito do oceano.

[0039] Convenientemente, o equipamento de processamento de fluido da produção pode ser testado quando a estrutura submarina se encontra na água no local de pré-reboque, ou se encontra em terra antes de ser suportado na água.

[0040] De preferência, o método também compreende a estabilização da estrutura submarina quando no leito do oceano por membros estruturais ocos pelo menos parcialmente transbordados da armação.

[0041] O método também pode compreender o destaque de pelo menos um tanque de lastro da estrutura submarina quando a estrutura submarina se encontra no leito do oceano e a recuperação desse tanque de lastro até a superfície.

[0042] Uma outra possibilidade vantajosa consiste em nivelar o equipamento de processamento de fluido da produção suportado pela armação por meio do ajuste de nivelamento do equipamento de processamento de fluido da produção em relação à armação, no caso em que a estrutura submarina é depositada sobre um leito do oceano inclinado ou irregular. Desse modo, uma montagem de compensação com inclinação pode agir entre o equipamento e a armação para nivelar o equipamento em relação à armação.

[0043] O método também pode compreender a recuperação da estrutura submarina do leito do oceano mediante: a remoção de lastro de maneira controlada do ou de cada tanque de lastro até ao ponto em que a estrutura submarina fica ligeiramente negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; o reboque da estrutura submarina negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada; e, após o reboque, o içamento da estrutura submarina até a superfície.

[0044] Essa técnica de recuperação também pode ser expressa independentemente dentro do conceito da invenção como um método de recuperação de uma estrutura submarina do leito do oceano até a superfície, o qual a estrutura submarina é um centro de processamento submarino compreendendo: uma armação; equipamento de processamento de fluido de produção alojado no interior e suportado pela armação; e tubulação em comunicação fluida com o equipamento de processamento de fluido de produção; em que o método compreende: a remoção de lastro de maneira controlada de pelo menos um tanque de lastro unido a uma armação da estrutura submarina ou incorporado na armação, até uma extensão em que a estrutura submarina é negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; o içamento da estrutura submarina do leito do oceano até a profundidade de reboque; o reboque da estrutura submarina negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada enquanto controla a flutuação e/ou a disposição da armação; e, após o reboque, o içamento da estrutura submarina até a superfície.

[0045] A recuperação da estrutura pode ser precedida pela fixação de pelo menos um tanque de lastro à estrutura submarina no leito do oceano.

[0046] De acordo com a invenção, a flutuação e/ou a disposição da armação podem ser controladas antes ou durante o reboque, mediante o ajuste da flutuação do ou de cada tanque de lastro ou o transbordamento de maneira controlada dos membros estruturais ocos da armação. Como parte desse controle, um gás pode ser injetado sob pressão para deslocar a água do ou de cada tanque de lastro ou de um ou mais membros estruturais ocos da armação.

[0047] Vantajosamente, a disposição pode ser ajustada ao controlar individualmente a flutuação dos tanques de lastro distribuídos longitudinal e/ou lateralmente com respeito à armação.

[0048] A flutuação e/ou a disposição são apropriadamente controladas em resposta aos sinais de um sensor de profundidade, um acelerômetro, um inclinômetro e/ou de um transponder carregados pela estrutura submarina.

[0049] Algumas modalidades da invenção englobam o controle da guinada, da ondulação ou do passo da estrutura submarina durante o reboque mediante o movimento das superfícies de controle hidrodinâmico que agem na estrutura submarina.

[0050] O conceito da invenção também engloba o aparelho correspondente, ou seja, um centro de processamento submarino que compreende: uma armação rebocável; um equipamento de processamento de fluido da produção alojado no interior e suportado pela armação; uma tubulação em comunicação fluido com o equipamento de processamento de fluido da produção; pelo menos um tanque de lastro unido à armação ou incorporado na armação; válvulas de transbordamento e enchimento para, respectivamente, transbordar o ou cada tanque de lastro para o lastro, ou para injetar gás no ou em cada tanque de lastro para a remoção do lastro; e um sistema de controle de flutuação de que age nas válvulas de transbordamento e enchimento e é configurado para controlar a flutuação e/ou a disposição da armação antes ou durante o reboque.

[0051] O ou cada tanque de lastro é incorporado de preferência em um módulo recuperável que pode ser fixado de maneira separável à armação.

[0052] Pelo menos um navio com gás pressurizado pode ser conectado pneumaticamente ao ou cada tanque de lastro através da válvula de enchimento.

[0053] Para o ajuste da disposição, os tanques de lastro são distribuídos de preferência longitudinal e/ou lateralmente com respeito à armação, e o sistema de controle da flutuação é configurado para ajustar individualmente a flutuação de cada tanque de lastro.

[0054] A armação compreende de maneira apropriada membros estruturais ocos, em cujo caso pelo menos alguns desses membros podem ser transbordáveis sob o controle do sistema de controle da flutuação para controlar a flutuação e/ou a disposição da armação.

[0055] O equipamento suportado pela armação pode compreender qualquer um de: uma bomba, uma válvula, um medidor de fluxo, um sensor da pressão, um sensor da temperatura, um separador de líquido/gás ou um separador de água.

[0056] Desse modo, resumidamente, a invenção provê um método para transportar e instalar uma estrutura submarina pesada tal como um centro de processamento submarino para o óleo cru ou o gás natural produzido. A invenção também provê um aparelho na forma de um centro de processamento submarino que é adaptado para executar o método. O método compreende: o transbordamento de maneira controlada de pelo menos um tanque de lastro unido ou incorporado à estrutura, até o ponto em que a estrutura se torna negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; o reboque da estrutura negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada (CDTM); e, após o reboque até o local de instalação, o transbordamento mais adicional do tanque de lastro para abaixar a estrutura sobre o leito do oceano. No leito do oceano, uma tubulação de transporte de fluido de uma instalação de produção submarina pode ser acoplada à tubulação da estrutura.

[0057] Com a aplicação do princípio de flutuação variável, a invenção permite o uso de qualquer equipamento submarino qualificado existente em uma plataforma submergível provida por uma unidade submarina flutuante. Nessa plataforma, os fornecedores de equipamento podem instalar as suas unidades qualificadas de uma maneira similar a um módulo de plataforma costa afora regular. A unidade provê um espaço de convés suficiente para que uma usina de processamento seja encaixada em cima da unidade ou de preferência protegida dentro da unidade. A unidade compreende apropriadamente um sistema de distribuição para a importação de correntes de poços e para a exportação da água produzida para a reinjeção em um reservatório de óleo ou gás.

[0058] Qualquer unidade de processamento regular qualificada para o uso submarino pode ser configurada em um sistema de processamento que seja apropriado para as características de um campo particular. O sistema de tubulação a bordo conecta as unidades de processamento umas às outras para formar o sistema de processamento. As várias unidades da usina de processamento são circundadas por uma armação ou casco de içamento e de transporte que forma interface com um sistema deslizante vertical da plataforma para a instalação e a recuperação das unidades de processamento individuais. As unidades de processamento são conectadas ao sistema de tubulação a bordo ao usar conectores operáveis com ROV padronizados que permitem a liberação e a recuperação das unidades durante a operação. Tendo sido montado o sistema de processamento na plataforma, o sistema completo pode ser testado antes de ser rebocado até um local de instalação.

[0059] A estrutura do casco da unidade balanceia o peso, e os tanques de lastro são usados para dispor a unidade submersa como um navio subaquático de uma maneira similar a um submarino. A unidade de disposição é executada mediante o controle de tanques de lastro variáveis ao operar válvulas de gás entre 'quads' de gás - que são múltiplos cilindros pressurizados empilhados em uma armação de proteção de suporte - e os tanques de lastro, e válvulas de ventilação entre os tanques de lastro variáveis e o mar circundante.

[0060] Quando em uma disposição ligeiramente negativa, a unidade de processamento submersa é rebocada pelo método de reboque de profundidade controlada até o campo e instalada por barcos de reboque. No leito do oceano, os tanques de lastro principais são inundados para tornar a unidade suficientemente estável. A unidade irá permanecer estável no leito do oceano até ser recuperada ao inverter o processo de instalação. Desta maneira, o sistema pode ser recondicionado e/ou modificado antes de ser reutilizado em um local no campo alternativo. Isto pode ser uma importante economia de custo para muitos desenvolvimentos de campo, e em particular para desenvolvimentos de campos marginais.

[0061] Para soluções em águas profundas e/ou águas ultraprofundas, os tanques de lastro podem ser previamente pressurizados até uma pressão elevada para reduzir o efeito total da profundidade da água externa.

[0062] O formato do casco assegura a proteção dos conectores para as linhas de entrada ou de saída e confere à unidade características de superarrasto.

[0063] O conceito de engenharia por trás da invenção consiste no uso de flutuação, gravidade e/ou forças hidrodinâmicas em maneiras comparáveis a camisas, sinos de mergulho, agrupamentos de encanamentos ou sistemas de tubos ascendentes flutuantes, embora o controle hidrostático e/ou hidrodinâmico seja mais comparável a um submarino que tem flutuação variável. Um sistema de controle é usado para a disposição da unidade submersa por válvulas de controle nos tanques de transbordamento durante a disposição. Isso torna o navio suficientemente flexível para se adequar à maior parte dos pátios de fabricação e portos, e permite que o sistema montado seja completamente testado na função antes de ser colocado no mar. O sistema de disposição irá ajustar o navio quase completamente submerso antes que o reboque ou a descarga de um navio com capacidade de muito peso comece. Desta maneira, as diferenças entre várias configurações do equipamento de processamento são esclarecidas.

[0064] Com a aplicação do CDTM, a funcionalidade do sistema de controle de flutuação variável não precisa ser tão complexa quanto aquela usada nos submarinos. Além disso, o custo de uma operação de reboque simples é drasticamente inferior do que aquele da construção de uma usina de processamento submarino no leito do oceano ao usar um navio de suporte de construção para operações de içamento regulares, ou ao usar alternativamente um navio com capacidade de muito peso que pode levantar uma estrutura que pode, por exemplo, pesar de 1.500 a 3.000 toneladas.

[0065] A fim de que a invenção possa ser compreendida mais prontamente, agora será feita referência, a título de exemplo, aos desenhos anexos, nos quais:

[0066] a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um centro de processamento submarino que pode ser transportado e instalado de acordo com a invenção;

[0067] a Figura 2 é uma vista de planta inferior do centro de processamento submarino da Figura 1;

[0068] a Figura 3 é uma vista de planta superior do centro de processamento submarino da Figura 1;

[0069] a Figura 4 é uma vista esquemática em seção transversal lateral de um detalhe do centro de processamento submarino da Figura 1, provido com um módulo de flutuação 48 de acordo com a invenção;

[0070] a Figura 5 é uma vista lateral explodida esquemática do centro de processamento submarino da Figura 1 e do módulo de flutuação 48 da Figura 4;

[0071] a Figura 6 corresponde à Figura 5, mas mostra o módulo de flutuação 48 unido ao centro de processamento submarino;

[0072] a Figura 7 é uma vista lateral esquemática que mostra o centro de processamento submarino da Figura 1 sendo carregado com itens de equipamento enquanto é montado em terra;

[0073] a Figura 8 é uma vista lateral esquemática que segue a Figura 7 e que mostra o centro de processamento submarino agora montado sendo provido com o módulo de flutuação 48 da Figura 4 e abaixado então sobre um corpo de água adjacente;

[0074] a Figura 9 é uma vista lateral esquemática que mostra o centro de processamento submarino da Figura 1 equipado com o módulo de flutuação 48 da Figura 4 e que flutua ao lado de uma instalação em terra, em que o centro de processamento submarino é carregado com itens de equipamento enquanto prossegue a montagem;

[0075] as Figuras 10a, 10b e 10c são uma sequência de vistas laterais esquemáticas em que a Figura 10a mostra o uso do método de reboque de profundidade controlada para rebocar o centro de processamento submarino da Figura 1 equipado com o módulo de flutuação 48 da Figura 4, seguido por uma etapa de abaixamento e instalação na Figura 10b e por uma etapa de transbordamento e estabilização na Figura 10c;

[0076] a Figura 11 é uma vista lateral esquemática que segue a Figura 10b e que mostra o módulo de flutuação 48 agora destacado do centro de processamento submarino e que é recuperado até a superfície;

[0077] a Figura 12 é uma vista lateral esquemática que mostra um item de equipamento sendo levantado do centro de processamento submarino para a recuperação até a superfície para a manutenção ou a substituição;

[0078] a Figura 13 é uma vista lateral esquemática de uma variante em que os módulos de flutuação 48 são unidos em cima do centro de processamento submarino da Figura 1;

[0079] a Figura 14 é uma vista lateral esquemática de uma outra variante em que os módulos de flutuação 48 são integrados com o centro de processamento submarino da Figura 1;

[0080] a Figura 15 é uma vista lateral esquemática que mostra como dois ou mais centos de processamento submarinos tais como aquele mostrado na Figura 1 podem se ser acoplados no leito do oceano para formar uma fábrica submarina;

[0081] as Figuras 16a e 16b são uma sequência de vistas laterais esquemáticas que mostram um centro de processamento submarino estabelecido no leito do oceano a um ângulo substancial em relação à horizontal, em que essas figuras mostram um item de equipamento carregado pelo centro de processamento submarino antes e depois, respectivamente, do nivelamento; e

[0082] a Figura 17 é uma vista lateral esquemática que corresponde à Figura 10a, mas mostrando o centro de processamento submarino e o módulo de flutuação 48 equipados com um leme e aletas que são controláveis para estabilizar e controlar o trajeto do centro de processamento submarino durante o reboque.

[0083] Com referência primeiramente às Figuras 1 a 3 dos desenhos, um centro de processamento submarino 10 compreende uma armação de treliça com seção de caixa 12 ou casco fabricado a partir de membros estruturais ocos da construção de aço soldada. A armação rígida distinta 12 tem uma base geralmente plana 14 e um topo geralmente plano 16 que ficam espaçados entre si em planos paralelos. O topo 16 e a base 14 da armação 12 têm a mesma largura, ao passo que o topo 16 é mais curto do que a base 14 e é centrado longitudinalmente com respeito à base 14. Desse modo, a armação 12 é formada como um trapézio regular na seção longitudinal ou na vista lateral. As extremidades em formato de cunha afuniladas para baixo 18 estendem-se das extremidades do topo 16 até as extremidades da base 14.

[0084] Tal como mais bem visualizado de baixo tal como na Figura 2, a base 14 da armação 12 é uma plataforma de escada oblonga que compreende um par paralelo de travessas longitudinais inferiores 20 unidas por uma disposição de membros transversais inferiores paralelos espaçados 22 que se estendem ortogonalmente com respeito às travessas longitudinais inferiores 20. Os membros transversais inferiores 22 suportam os painéis de suporte de carga perfurados que definem um convés 24 dentro da armação 12. O convés 24 encontra-se em um plano horizontal quando a base 14 se encontra em um leito do oceano horizontal em uso.

[0085] A Figura 3 mostra que o topo 16 da armação 12 compreende as travessas longitudinais superiores relativamente curtas 26 que se encontram paralelas às travessas longitudinais inferiores relativamente longas 20. As travessas longitudinais superiores 26 são espaçadas das travessas longitudinais inferiores 20 pelos contrafortes inclinados 28 em cada extremidade e por uma disposição de colunas verticais paralelas espaçadas 30. A inclinação dos contrafortes 28 define a inclinação das extremidades em formato de cunha 18.

[0086] As travessas longitudinais superiores 26 são unidas por uma disposição de membros transversais superiores paralelos espaçados 32 que se estendem ortogonalmente com respeito às travessas longitudinais superiores 26. Cada um dos membros transversais superiores 32 é alinhado com um contraforte 28 e/ou com uma coluna 30 e suportado pelas cintas inclinadas 34 que se alargam para baixo para unir as travessas longitudinais inferiores 20. Um membro espinhal longitudinal central 36 une os membros transversais superiores 32 e se estende até as extremidades em formato de cunha 18 para unir os membros transversais inferiores mais externos 22 nas extremidades da armação 12.

[0087] Painéis de grade oblongos 38 fecham os espaços entre as travessas longitudinais superiores 26, os membros transversais superiores 32 e membro espinhal central 36 em cima da armação 12. Painéis de grade oblongos 38 adicionais fecham os espaços entre os membros transversais superiores mais externos 32, os membros transversais inferiores mais externos 22 e o membro espinhal central 36 nas extremidades da armação 12.

[0088] A armação 12 é arranjada para conferir proteção contra o arrasto quando instalada no leito do oceano. Em particular, o centro de processamento submarino 10 é superarrastável em virtude das extremidades em formato de cunha 18 e os painéis de grade 38 que encaixam substancialmente em nível com a armação 12.

[0089] O centro de processamento submarino 10 é projetado para abrigar e suportar o equipamento indicado de maneira geral em 40 no convés 24 e dentro da armação 12. O equipamento 40 compreende vários itens do aparelho de processamento para processar o fluido de produção que flui de um poço de óleo ou gás submarino, ou para processar outros fluidos usados na produção. De modo geral, o equipamento pode ser qualquer coisa que interage com o fluido que flui através da tubulação do centro de processamento submarino 10, incluindo o aparelho de processamento de fluido da produção.

[0090] O equipamento 40 também compreende outros itens do aparelho para acionar e controlar o aparelho de processamento, e opcionalmente também para controlar a flutuação e a estabilidade do centro de processamento submarino 10 quando ele está sendo rebocado sob a água. Um outro equipamento 40 pode ser incluído para a geração, a transmissão ou a distribuição de energia submarina de poder.

[0091] Tipicamente, o aparelho para o processamento de fluido da produção compreende pelo menos um separador de água para remover a água do fluido da produção. De modo mais geral, o aparelho de processamento abrigado pelo centro de processamento submarino 10 pode executar uma variedade de tarefas incluindo qualquer uma de: separação de gás/líquido; impulsão submarina; compressão de gás submarina; tratamento de gás incluindo o controle do ponto de orvalho; aquecimento da tubulação; tratamento e injeção da água do mar; e/ou injeção de produtos químicos. Produtos químicos também podem ser armazenados no centro de processamento submarino 10, prontos para a injeção.

[0092] Os painéis de grade 38 podem ser movidos ou removidos para o acesso por cima para instalar ou remover itens de equipamento individuais 40 suportados pelo convés 24 dentro da armação 12. Os lados da armação 12 podem ser deixados abertos tal como mostrado, provendo acesso ao equipamento 40 para a manutenção rotineira e outras operações por meio de intervenção submarina ao usar, por exemplo, um ROV.

[0093] Como um exemplo não limitador, a armação 12 mostrada nas Figuras 1 a 3 tem cerca de 10 m de altura e 80 m de comprimento e pesa cerca de 1.500 a 3.000 toneladas quando equipada com o equipamento típico. Os trabalhadores 42 são mostrados na armação 12 nas Figuras 1 e 3 para ilustrar a sua escala muito grande.

[0094] Voltando agora à Figura 4 dos desenhos, ela mostra um detalhe da armação 12 do centro de processamento submarino 10. Essa vista em detalhes é uma seção transversal lateral ou transversal que mostra uma junção entre uma travessa longitudinal inferior 20, um membro transversal inferior 22 que intercepta a travessa longitudinal inferior 20, um painel do convés 24 suportado pelo membro transversal inferior 22 e uma coluna 30 em pé da travessa longitudinal inferior 20 fora do convés 24.

[0095] Uma tubulação 44 para o fluido da produção estende-se através do membro transversal inferior 22 geralmente paralelo à travessa longitudinal inferior 20. O fluido da produção na tubulação 44 pode ser processado ou então modificado por um ou mais itens do aparelho de processamento aqui mostrado esquematicamente como uma caixa 46 suportada pelo convés 24.

[0096] Um módulo de flutuação 48 é unido a um lado do centro de processamento submarino 10 fora da armação 12. A fixação rígida do módulo de flutuação 48 à armação 12 é efetuada por fixadores 50 que definem pontos de fixação. De preferência, os fixadores 50 são engates que são liberáveis remotamente ou por meio de intervenção submarina, ao usar, por exemplo, um ROV, para permitir que o módulo de flutuação 48 seja separado da armação 12. Um módulo de flutuação 48 similar é unido similarmente ao outro lado do centro de processamento submarino 10, mas não mostrado na Figura 4.

[0097] Cada módulo de flutuação 48 compreende um ou mais tanques de lastro 52. Os tanques de lastro 52 são apropriadamente de um material de polímero rígido tal como um plástico reforçado com fibra. Cada tanque de lastro 52 tem uma válvula de tr4ansbordamento 54 para admitir a água enquanto o ar ou um outro gás é expelido do tanque 52 através de um respiro ou porta de saída apropriado. Cada tanque de lastro 52 também tem uma válvula de enchimento 56 para admitir o ar a alta pressão ou um outro gás no tanque proveniente de uma fonte apropriada 58, para deslocar a água para aumentar a flutuação ou então para resistira o colapso do tanque 52 sob a pressão hidrostática.

[0098] A válvula de transbordamento 54 e uma válvula que controla o ingresso do ar ou de um outro gás na válvula de enchimento 56 pode ser operável remotamente ou por meio de intervenção submarina, ao usar, por exemplo, um ROV. De preferência, essas válvulas são controladas por um sistema de controle de flutuação provido a bordo do centro de processamento submarino 10 ou em um navio de superfície que reboca o centro de processamento submarino 10 até um local de instalação, tal como será explicado. O sistema de controle de flutuação compreende apropriadamente um módulo de estabilidade que é acionado a partir de um sensor da profundidade, um acelerômetro, um inclinômetro e/ou de um transponder, para ajustar de preferência automaticamente a flutuação do tanque de lastro.

[0099] O módulo de flutuação 48 compreende uma estrutura de flutuação livre oca 60 que circunda e suporta os tanques de lastro 52. A estrutura 60 do módulo de flutuação 48 é apropriadamente revestida com um plástico reforçado com vidro. A parede externa inferior 62 dessa estrutura 60 alarga-se para baixo e para fora até o leito do oceano 64 tal como mostrado na Figura 4 para melhorar as qualidades de superarrasto do centro de processamento submarino 10 quando o módulo de flutuação 48 é fixado ao mesmo.

[00100] Os tanques de lastro 52 são de preferência não estruturais com relação à armação 12 tal como mostrado. No entanto, qualquer uma ou todas as travessas longitudinais 20, 26, os membros transversais 22, 32, os contrafortes 28, a cintas 34 e as colunas 30 da armação 12 podem definir câmaras fechadas. O ar preso nessas câmaras adiciona flutuação à armação 12 quando requerido, tal como com o lançamento do centro de processamento submarino 10. Quando menos flutuação é requerida, tal como com o abaixamento ou a deposição da armação 12 no leito do oceano 64, por exemplo, o ar preso pode ser deixado escapar enquanto a água é introduzida. Para esta finalidade, uma válvula de transbordamento 66 é mostrada na Figura 4 na travessa longitudinal inferior 20, a título de exemplo. A válvula de transbordamento 66 pode ser operável remotamente ou por meio de intervenção submarina, ao usar, por exemplo, um ROV.

[00101] De modo geral, qualquer um dos membros ocos da armação 12 pode ter válvulas de flutuação similares ou eles podem ser interconectados para uma comunicação fluida para um enchimento ou um transbordamento em conjunto. Também é possível que alguns dos membros ocos de armação tenham válvulas de enchimento similares para admitir o ar a alta pressão ou um outro gás para aumentar a flutuação ou resistir ao colapso sob a pressão hidrostática.

[00102] Na prática, a fonte 58 de ar a alta pressão ou um outro gás usado internamente para pressurizar um tanque de lastro 52 ou um membro oco da armação pode ser uma linha descendente da superfície ou um suprimento de gás a bordo carregado pelo centro de processamento submarino 10. O gás pode ser fornecido por compressores ou por quads.

[00103] A caixa 46 identificada na Figura 4 como um item do aparelho de processamento pode representar de preferência o aparelho para alimentar e controlar o processamento do fluido da produção, para armazenar produtos químicos ou para gerar, transmitir ou distribuir energia. Essa caixa 46 também pode representar o sistema de controle de flutuação acima mencionado para controlar a flutuação e a estabilidade do centro de processamento submarino 10 quando sob reboque, desse modo sendo conectado às várias válvulas de transbordamento e válvulas de enchimento dos tanques de lastro 52 e dos membros ocos da armação.

[00104] As Figuras 5, 6, 8, 9, 10a, 10b, 10c e 11 são vistas laterais esquemáticas que mostram o centro de processamento submarino 10 em combinação com um exemplo simplificado do módulo de flutuação 48 mostrado na Figura 4. Neste exemplo, o módulo de flutuação 48 é arranjado para se estender ao longo da maior parte do lado aberto da armação 12 do centro de processamento submarino 10. Em cada caso, um único tanque de lastro 52 é mostrado no módulo de flutuação 48 para fins de facilitar a ilustração.

[00105] Um sombreamento hachurado cruzado é usado para mostrar onde o tanque de lastro 52 contém principalmente o ar para conferir uma flutuação fortemente positiva ao centro de processamento submarino 10 ao qual o módulo de flutuação 48 é unido (nenhum sombreamento); principalmente a água para conferir uma flutuação fortemente negativa ao centro de processamento submarino 10 (completamente sombreado); ou é parcialmente preenchido com água e com ar para conferir uma flutuação quase neutra ou ligeiramente negativa ao centro de processamento submarino 10 (meio sombreado).

[00106] A Figura 5 é uma vista lateral explodida que mostra a relação entre o módulo de flutuação 48 e o centro de processamento submarino 10. Os fixadores 68 que definem pontos de fixação para unir o módulo de flutuação 48 ao centro de processamento submarino 10 são espaçados em torno do lado da armação 12. Os fixadores complementares 68 que definem os pontos de fixação correspondentes são espaçados em torno do outro lado do módulo de flutuação 48 e vistos aqui em linhas pontilhadas. A Figura 6 mostra o módulo de flutuação 48 unido ao centro de processamento submarino 10 através dos fixadores 68.

[00107] A Figura 5 mostra as caixas 70 que representam itens de equipamento tais como o aparelho de processamento, o aparelho de controle e o aparelho de energização distribuídos no convés 24 do centro de processamento submarino 10. Esses itens de equipamento 70 são conectados pela tubulação 72, que pode incluir um cubo conector ou uma outra provisão para a conexão e a desconexão dos módulos de serviço de fluido da produção adicionais. A tubulação 72 estende-se até as extremidades do centro de processamento submarino 10 para a conexão, em uso, a uma linha de escoamento no leito do oceano que contém os fluidos da produção. Outras conexões de fluidos podem ser feitas entre o centro de processamento submarino 10 e outras tubulações submarinas tais como as tubulações de injeção da água, assim como conexões de energia e de dados entre o centro de processamento submarino 10 e outros sistemas submarinos. As conexões também podem ser feitas nos lados abertos do centro de processamento submarino 10.

[00108] As Figuras 7 e 8 mostram uma instalação em terra que compreende uma doca seca 74 ao lado de um corpo de água 76. Na Figura 7, o centro de processamento submarino 10 está sendo montado em terra na doca seca 74 antes de ser equipado com os módulos de flutuação 48. Quando os módulos de flutuação 48 tiverem sido encaixados, o centro de processamento submarino 10 está pronto para ser flutuado na água 76 depois de a doca seca 74 ter sido inundada e aberta para o mar tal como mostrado na Figura 8.

[00109] Especificamente, a Figura 7 mostra o centro de processamento submarino 10 na doca seca 74 nos estágios finais de montagem por um guindaste do cais 78. O guindaste 78 é aqui mostrado colocando itens de equipamento 70 sobre o convés 24 do centro de processamento submarino 10, nas baías abaixo dos espaços no topo 16 da armação 12 antes que os painéis de grade 38 sejam fixados à armação 12. Um sistema deslizante vertical sabido pode ser empregado para guiar o equipamento 70 até o local correto durante o abaixamento.

[00110] Uma doca seca não é a única opção de montagem e lançamento. Em princípio, deve ser possível, ao invés disto, montar e então elevar ou lançar o centro de processamento submarino 10 montado do cais ou uma carreira para a água 76.

[00111] Subsequentemente, o guindaste 78 irá levantar os módulos de flutuação 48 até a armação 12. A Figura 8 mostra o centro de processamento submarino 10 equipado com os módulos de flutuação 48 cujos tanques de lastro 52 são preenchidos com ar para uma flutuação positiva. O centro de processamento submarino 10 flutua na superfície 80 da água 76, bastante submerso, mas com um arrasto raso que permite que ele rebocado através de águas rasas se afastando da costa.

[00112] A Figura 9 mostra que pelo menos algumas operações de montagem ou desencaixe podem ser executadas no centro de processamento submarino 10 depois de ter sido flutuado na água 76. O guindaste do cais 78 é aqui mostrado colocando itens de equipamento 70 através do topo aberto 16 da armação 12 do centro de processamento submarino 10 quando amarrado ao lado de um cais 82.

[00113] Vantajosamente, o teste do equipamento e dos sistemas do centro de processamento submarino 10 pode ser realizado em terra tal como na Figura 7 ou quando amarrado ao lado do cais 82 tal como na Figura 9. O centro de processamento submarino 10 está então pronto para ser rebocado a um local de instalação pelo método de reboque de profundidade controlada ou 'CDTM' tal como descrito no documento de patente EP 0069446 e em um documento técnico OTC 6430 (OTC Conference, 1990). A este respeito, agora é feita referência às Figuras 10a, 10b e 10c dos desenhos anexos.

[00114] O princípio de CDTM envolve o transporte do centro de processamento submarino 10 pré-fabricado e totalmente testado suspenso nas linhas de reboque 84 entre os navios de superfície 86 na frente e atrás tal como mostrado na Figura 10a. Ao contrário de uma enorme barcaça de instalação, estes podem ser os navios relativamente pequenos e baratos 86 equipados com guinchos, tais como rebocadores.

[00115] Tal como descrito no documento de patente EP 0069446 e em OTC 6430, o CDTM é aplicado à instalação de agrupamentos de canos muito longos. As correntes de arrasto são usadas para o controle do lastro e da profundidade. Tais correntes são desnecessárias ou, no máximo, opcionais no CDTM proposto pela presente invenção que, ao invés disto, prefere o controle fino dos tanques de lastro para controlar a profundidade e a disposição da unidade de processamento submarino 10 durante o reboque.

[00116] Tal como é mostrado pelo sombreamento na Figura 10a, os tanques de lastro 52 dos módulos de flutuação 48 são inundados parcialmente sob o controle de sistemas de controle no centro de processamento submarino 10 ou em um navio de superfície 86. Isso faz torna o centro de processamento submarino 10 ligeiramente negativamente flutuante a uma profundidade predeterminada de reboque no meio da água, que é de preferência de pelo menos cinquenta metros. A tensão modesta nas linhas de reboque 84 sob as forças de arrasto do reboque equilibra a ligeira flutuação negativa do centro de processamento submarino 10 para manter a profundidade desejada, auxiliada pelo controle contínuo da flutuação dos tanques de lastro 52. Na prática, os tanques de lastro separados serão distribuídos ao longo do comprimento do centro de processamento submarino 10 para permitir o ajuste de sua disposição.

[00117] À profundidade de reboque desejada, o centro de processamento submarino 10 é mantido com segurança afastado do leito do oceano 64, mas também abaixo da influência da ação das ondas perto da superfície 80. Mesmo se o estado do mar se deteriorar drasticamente durante o reboque, o centro de processamento submarino 10 pode ser abaixado até o leito do oceano 64 para esperar condições climáticas melhores.

[00118] A Figura 10a mostra o centro de processamento submarino 10 que acaba de chegar ao local de instalação, diretamente acima de uma abertura predeterminada 88 entre os elementos previamente colocados de um sistema de produção submarina. Esses elementos compreendem as tubulações de transporte de fluido 90 que terminam nos conectores terminais 92 que ficam voltados uns para os outros através da abertura 88.

[00119] Quando o centro de processamento submarino 10 alcança o local de instalação, ele é abaixado até o leito do oceano 64 mediante o transbordamento mais completo dos tanques de lastro 52 dos módulos de flutuação 48 para aumentar a sua flutuação negativa. Entrementes, as linhas de reboque 84 são retornadas dos navios de superfície 86. O centro de processamento submarino 10 é então assentado no leito do oceano 64 na abertura predeterminada 88 tal como mostrado na Figura 10b, com a sua posição em relação à abertura 88 sendo monitorada por um ROV 94. Pelo menos um dos navios de superfície 86 fica então livre para sair do local para ficar disponível para outras tarefas.

[00120] Pelo sombreamento escuro, a Figura 10c mostra membros ocos da armação 12 do centro de processamento submarino 10 sendo inundados após o assentamento no leito do oceano 64 para estabilizar o centro de processamento submarino 10. Neste exemplo, o navio de superfície 86 remanescente fornece assistência através do ROV 94 para inundar os membros ocos da armação e/ou para fazer conexões de retenção entre a tubulação a bordo do centro de processamento submarino 10 e os elementos pré-assentados 90, 92 do sistema de produção submarino. O peso estático da armação 12 depois do transbordamento provê a inércia, o atrito e a estabilidade suficientes para que o centro de processamento submarino 10 seja ancorado ao leito do oceano 64 sem a necessidade de que um molde seja instalado no leito do oceano 64.

[00121] A Figura 11 mostra uma operação subsequente opcional, ou seja, a desconexão dos módulos de flutuação 48 do centro de processamento submarino 10 e a recuperação desses módulos 48 até a superfície 80 para uma possível reutilização. Aqui, opcionalmente, o ar foi bombeado nos tanques de lastro 52 para estabelecer uma flutuação ligeiramente negativa. O ar esvazia os tanques de lastro 52 ao deslocar a água de uma maneira controlada. O esvaziamento desta maneira reduz o peso aparente do módulo de flutuação 48 para facilitar o içamento por um guindaste ou por um guincho de um navio de superfície 86. Os módulos de flutuação 48 podem ser destacados do centro de processamento submarino 10 automaticamente ou com intervenção submarina, neste exemplo provida por um ROV 94.

[00122] A Figura 12 mostra como o centro de processamento submarino 10 pode ser submetido à manutenção enquanto permanece no leito do oceano 64. Aqui, um ROV 94 abriu os painéis de grade 38 que fecham normalmente o topo 16 do centro de processamento submarino 10 para prover acesso ao equipamento nas baías no convés 24 em baixo. Um navio de superfície 86 está usando um guindaste para levantar um item de equipamento 70 até a superfície. Desta maneira, itens de equipamento individuais 70 tais como bombas podem ser isolados e trocados ao usar técnicas bem conhecidas. O sistema deslizante vertical acima mencionado guia apropriadamente o equipamento de substituição 70 até o local correto no convés 24 durante o abaixamento.

[00123] De modo marcante, a integridade estrutural do centro de processamento submarino 10 é baseada na armação 12 e desse modo não é afetada pela remoção dos itens de equipamento 70 suportados por essa armação 12, ao contrário dos sistemas modulares da técnica anterior que dividem não apenas o seu equipamento, mas também a sua estrutura entre os módulos.

[00124] As Figuras 13 e 14 mostram outros possíveis locais para os módulos de flutuação ou os tanques de lastro. A Figura 13 mostra um tanque de lastro 96 unido ao topo da armação 12 do centro de processamento submarino 10 pelos fixadores 98. Esses fixadores 98 podem ser engates liberáveis caso seja desejado destacar o tanque de lastro 96 para a recuperação até a superfície depois que o centro de processamento submarino 10 tiver sido instalado. Caso contrário, o tanque de lastro 96 pode ser deixado unido permanentemente à armação 12, tais como os tanques de lastro 100A a 100D mostrados na Figura 14, que são abrigados dentro da armação 12.

[00125] Os tanques de lastro longitudinalmente distribuídos 100A a 100D, tais como aqueles mostrados na Figura 14, podem ser incorporados no centro de processamento submarino 10 tal como mostrado na Figura 14 ou unidos de maneira removível ao centro de processamento submarino 10, diretamente ou como parte dos módulos de flutuação 48 tal como descrito anteriormente. A Figura 14 é usada para mostrar mais uma vantagem dos tanques de lastro distribuídos 100A a 100D sob controle seletivo individual, ou seja, para ajustar a disposição do centro de processamento submarino 10 para se adequar a configurações diferentes do equipamento 70 no convés 24.

[00126] Para ilustrar esse princípio, o centro de processamento submarino 10 da Figura 14 contém três tipos de equipamento 70 de uma extremidade à outra - ou seja, da esquerda para a direita tal como ilustrado: o equipamento relativamente pequeno e leve 70A; o equipamento de tamanho médio de peso médio 70B; e o equipamento relativamente grande e pesado 70C. Para equilibrar o centro de processamento submarino 10 contra esses pesos diferentes que agem nas extremidades respectivas, a flutuação dos tanques de lastro 100A a 100D é ajustada individualmente. Desse modo, o tanque de lastro 100A adjacente ao equipamento claro 70A contém mais água do que o ar visto que o tanque de lastro 100D adjacente ao equipamento pesado 70C contém mais ar do que água. Os tanques de lastro intermediários 100B e 100C contêm quantidades mais ou menos iguais de ar e de água.

[00127] Será aparente ao leitor versado no estado da técnica que os tanques de lastro podem ser similarmente distribuídos lateralmente através da largura do centro de processamento submarino 10 para compensar os desequilíbrios do peso do equipamento na direção longitudinal. Também deve ser possível ajustar contínua e dinamicamente a flutuação dos tanques de lastro individuais durante o reboque para responder às forças dinâmicas que agem no centro de processamento submarino 10, em particular as forças que podem induzir a oscilação no passo ou na agitação. Similarmente, os membros de armação ocos 12 diferentes também podem ser inundados com água ou ser esvaziados da água individual ou seletivamente para ajustar a disposição ou responder às forças dinâmicas que agem no centro de processamento submarino 10.

[00128] Uma outra opção com os tanques de lastro distribuídos consiste em escolher os tanques de lastro de tamanhos diferentes para locais diferentes, para ser adequar à distribuição de peso esperada que advém de uma configuração particular do equipamento na plataforma.

[00129] É possível combinar dois ou mais centros de processamento submarinos 10 da invenção para obter uma fábrica submarina maior ou com maior capacidade com funcionalidade adicional de processamento ou de produção. A este respeito, a Figura 15 mostra dois centros de processamento submarinos 10 acoplados um ao outro de extremidade a extremidade no leito do oceano 64 através de um conector intermediário 102, preenchendo uma abertura predeterminada entre os tubos de transporte fluido previamente assentados 90 e os conectores terminais 92 de um sistema de produção submarina.

[00130] As Figuras 16a e 16b mostram que, uma vez que um centro de processamento submarino 10 esteja assentado no leito do oceano, a orientação de um item ou módulo do equipamento com respeito à inclinação da armação 12 pode ser modificada. Por exemplo, um navio separador vertical precisa ser substancialmente vertical, mesmo se o centro de processamento submarino 10 que suporta o mesmo não esteja substancialmente horizontal quando assentado no leito do oceano.

[00131] Nas Figuras 16a e 16b, um centro de processamento submarino 104 é mostrado assentado em um leito do oceano substancialmente inclinado 106. A armação 12 do centro de processamento submarino 104 contém três artigos de equipamento nessas vistas esquemáticas simplificadas.

[00132] Dois dos artigos de equipamento 108 mostrados nas Figuras 16a e 16b podem tolerar ficarem fora da vertical ou fora da horizontal. Consequentemente, esses artigos 108 são fixados de maneira imóvel ao convés 24 do centro de processamento submarino 104.

[00133] Por outro lado, o terceiro item de equipamento 110 mostrado nas Figuras 16a e 16b deve ser mantido substancialmente vertical ou horizontal durante a operação. Para permitir isso mesmo que o centro de processamento submarino 10 termine apoiado a um ângulo em relação à horizontal, esse equipamento 110 pode pivotar ou flutuar em relação ao convés 24. Mais especificamente, uma estrutura de compensação de inclinação é provida entre o convés 24 e o equipamento 110. O equipamento 110 pode ser conectado à tubulação do centro de processamento submarino 104 por uma tubulação flexível ou unida de maneira pivotável.

[00134] Os elementos versados na técnica conhecem várias estruturas de compensação de inclinação ou de nivelamento ativas ou passivas tais como suspensões. Como um exemplo simples de tal estrutura, as Figuras 16a e 16b mostram o equipamento 110 suportado pelos acionadores eretos longitudinalmente espaçados 112 cujas extensões podem ser ajustadas individualmente ao nível do equipamento 110 em torno de um eixo transversal tal como mostrado na Figura 16b. Embora não seja mostrado, acionadores lateralmente espaçados podem ser providos similarmente para nivelar o equipamento 110 em torno de um eixo longitudinal.

[00135] Finalmente, a Figura 17 mostra um centro de processamento submarino 114 equipado com um módulo de flutuação 116 e que é transportado durante uma operação de CDTM tal como aquela mostrada na Figura 10a. Aqui, o centro de processamento submarino 114 é equipado com um leme vertical 118 e o módulo de flutuação 116 é equipado com aletas, asas ou planos lateralmente estendidos 120. Essas várias superfícies de controle hidrodinâmico 118, 120 são pivotáveis sob o controle de computador para estabilizar, dispor e controlar o trajeto do centro de processamento submarino 114 durante o reboque.

[00136] Muitas outras variações são possíveis dentro do conceito da invenção. Por exemplo, embora a Figura 12 mostre como o centro de processamento submarino pode permanecer no leito do oceano por vários anos enquanto submetido à manutenção a parti da superfície, ele pode eventualmente ter que ser recuperado do leito do oceano até a superfície. Para essa finalidade, uma vez que o centro de processamento submarino tenha sido desconectado do sistema de produção submarina e que os módulos de flutuação tenham sido refixados ao centro de processamento submarino caso necessário, o ou cada tanque de lastro dos módulos de flutuação é esvaziado ao deslocar a água com gás pressurizado de uma maneira controlada. Se forem inundados, os membros ocos da armação do centro de processamento submarino podem ser esvaziados similarmente. O esvaziamento desta maneira reduz o peso aparente do centro de processamento submarino para içamento por um guindaste ou um guincho de um navio de superfície.

[00137] Se um centro de processamento submarino tiver que ser desfeito e reciclado depois do uso, ele pode simplesmente ser levantado até a superfície e rebocado dali até uma instalação em terra. Qualquer dano ou fadiga do centro de processamento submarino causado pela ação das ondas não será então um problema. No entanto, se o centro de processamento submarino tiver que ser recondicionado e reutilizado, um processo de CDTM reverso pode ser empregado. Nesse caso, a injeção do gás de esvaziamento é controlada para obter uma flutuação ligeiramente neutro a uma profundidade de reboque desejada, com o que o reboque de CDTM ocorre na coluna de água com uma profundidade e uma flutuação controladas. Finalmente, o centro de processamento submarino é levantado até a superfície em uma água protegida mais rasa próxima da costa para ser recondicionada para a reutilização. Essencialmente, este é o inverso do processo mostrado nas Figuras 9 a 10c.

[00138] Embora mais variações sejam possíveis dentro do conceito da invenção, por exemplo, tanques de lastro ou qualquer um dos membros ocos da armação podem ser previamente pressurizados na superfície até uma pressão acima da pressão ambiente. Isso reduz o consumo de gás enquanto aumenta a flutuação em águas mais profundas e aumenta a resistência dos tanques de lastro ou dos membros ocos ao colapso sob a pressão hidrostática.

[00139] Naturalmente, seria possível colocar outros elementos de um sistema de produção submarina depois de ter assentado o centro de processamento submarino, evitando desse modo a necessidade de focar o centro de processamento submarino em uma abertura predeterminada entre elementos previamente assentados do sistema de produção submarina.

Claims (24)

1. Método para transportar e instalar uma estrutura submarina (10, 104, 114), em que a estrutura submarina (10, 104, 114) é um centro de processamento submarino que compreende: uma armação (12); um equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) alojado no interior da armação (12) e suportado pela mesma; e uma tubulação (72) em uma comunicação fluida com o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110); o método caracterizado pelo fato de que compreende: com a estrutura submarina (10, 104, 114) na água em um local de pré-reboque, aplicar lastro para tornar a estrutura submarina (10, 104, 114) neutralmente flutuante em ou perto da superfície da água (80); para rebocar até um local de instalação, transbordar de maneira controlada pelo menos um tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) unido à armação (12) ou incorporado na armação (12), até uma extensão em que a estrutura submarina (10, 104, 114) se torne negativamente flutuante em uma profundidade de reboque predeterminada; rebocar a estrutura submarina (10, 104, 114) negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo Método de Reboque de Profundidade Controlada enquanto a flutuação e a disposição da armação (12) são controladas; e após o reboque até o local de instalação: transbordar adicionalmente o ou cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) para abaixar a estrutura submarina (10, 104, 114) até o leito do oceano (64, 106); e acoplar pelo menos uma tubulação de transporte de fluido (90) à tubulação (72) da estrutura submarina (10, 104, 114) quando a estrutura submarina (10, 104, 114) se encontra no leito do oceano (64, 106).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a estabilização da estrutura submarina (10, 104, 114) quando no leito do oceano (64, 106) por membros estruturais ocos pelo menos parcialmente transbordados (22, 20, 26, 28, 30, 32, 34) da armação (12).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende o teste do equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) quando a estrutura submarina (10, 104, 114) se encontra na água no local de pré- reboque, ou se encontra em terra antes de ser suportado na água.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende o destaque de pelo menos um tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) da estrutura submarina (10, 104, 114) quando a estrutura submarina (10, 104, 114) se encontra no leito do oceano (64, 106) e a recuperação desse tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) até a superfície (80).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende o nivelamento do equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) suportado pela armação (12) mediante o ajuste do nível do equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) em relação à armação (12) depois que a estrutura submarina (10, 104, 114) é assentada em um leito do oceano inclinado ou irregular (106).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a recuperação da estrutura submarina (10, 104, 114) do leito do oceano (64, 106) por: esvaziar de maneira controlada o ou cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) até a extensão em que a estrutura submarina (10, 104, 114) esteja ligeiramente negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; rebocar a estrutura submarina (10, 104, 114) negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo método de reboque de profundidade controlada; e após o reboque, içar a estrutura submarina (10, 104, 114) até a superfície (80).

7. Método para recuperar uma estrutura submarina (10, 104, 114) do leito do oceano (64, 106) até a superfície (80), em que a estrutura submarina (10, 104, 114) é um centro de processamento submarino que compreende: uma armação (12); um equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) alojado no interior da armação (12) e suportado pela mesma (12); e uma tubulação em comunicação fluida com o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110); o método caracterizado pelo fato de que compreende: esvaziar de maneira controlada pelo menos um tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) unido à armação (12) da estrutura submarina (10, 104, 114) ou incorporado na armação (12), até uma extensão em que a estrutura submarina (10, 104, 114) fica negativamente flutuante a uma profundidade de reboque predeterminada; içar a estrutura submarina (10, 104, 114) do leito do oceano (64, 106) até a profundidade de reboque; rebocar a estrutura submarina (10, 104, 114) negativamente flutuante à profundidade de reboque pelo Método de Reboque de Profundidade Controlada enquanto a flutuação e a disposição da armação (12) são controladas; e após o reboque, içar a estrutura submarina (10, 104, 114) até a superfície (80).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que é precedido pela fixação de pelo menos um tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) à estrutura submarina (10, 104, 114) no leito do oceano (64, 106).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende o controle da flutuação e/ou da disposição da armação (12) antes do reboque.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende o controle da flutuação e/ou da disposição da armação (12) mediante ajuste da flutuação do ou de cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que compreende o controle da flutuação e/ou da disposição da armação (12) mediante o controle do transbordamento dos membros estruturais ocos (22, 20, 26, 28, 30, 32, 34) da armação (12).

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que compreende a injeção de gás sob pressão para deslocar a água do ou de cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) ou de um ou mais membros estruturais ocos (22, 20, 26, 28, 30, 32, 34) da armação (12).

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende o ajuste da disposição mediante o controle individual da flutuação dos tanques de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) distribuídos longitudinal e/ou lateralmente em relação à armação (12).

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende o controle da flutuação e/ou da disposição da armação (12) em resposta aos sinais de um sensor de profundidade, um acelerômetro, um inclinômetro e/ou um transponder carregados pela estrutura submarina (10, 104, 114).

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende o controle da guinada, da agitação ou do passo da estrutura submarina (10, 104, 114) durante o reboque mediante o movimento das superfícies de controle hidrodinâmico (118, 120) que agem na estrutura submarina (10, 104, 114).

16. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), caracterizado pelo fato de que compreende: uma armação rebocável (12); um equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) alojado no interior da armação (12) e suportado pela mesma; uma tubulação em comunicação fluida com o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110); pelo menos um tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) unido à armação (12) ou incorporado na armação (12); válvulas de transbordamento e enchimento (54, 56) para, respectivamente, inundar o ou cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) para aplicar lastro ou injetar gás no ou em cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) para o esvaziamento; e um sistema de controle da flutuação (46) que age nas válvulas de transbordamento e enchimento (54, 56) e é configurado para controlar a flutuação e a disposição da armação (12) durante o reboque.

17. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o ou cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) é incorporado em um módulo recuperável (48, 116) que pode ser fixado de maneira separável à armação (12).

18. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura de compensação de inclinação (112) que age entre o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) e a armação (12) para nivelar o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) em relação à armação (12).

19. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pelo menos um navio de gás pressurizado (58) conectado pneumaticamente ao ou a cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) através da válvula de enchimento (56).

20. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que os tanques de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D) são distribuídos longitudinal e/ou lateralmente em relação à armação (12), e o sistema de controle de flutuação (46) é configurado para ajustar individualmente a flutuação de cada tanque de lastro (52, 100A, 100B, 100C, 100D).

21. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, caracterizado pelo fato de que a armação (12) compreende membros estruturais ocos (22, 20, 26, 28, 30, 32, 34) que são transbordáveis sob o controle do sistema de controle de flutuação (46) para controlar a flutuação e/ou a disposição da armação (12).

22. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 21, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle da flutuação (46) é responsivo a um sensor de profundidade, um acelerômetro, um inclinômetro e/ou um transponder a bordo.

23. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende superfícies de controle hidrodinâmico (118, 120) que são móveis para controlar a guinada, a agitação ou o passo durante o reboque.

24. Centro de processamento submarino (10, 104, 114), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 22, caracterizado pelo fato de que o equipamento de processamento de fluido de produção (40, 70, 108, 110) suportado pela armação (12) compreende qualquer um dentre: uma bomba, uma válvula, um medidor de fluxo, um sensor de pressão, um sensor de temperatura, um separador de líquido/gás ou um separador de água.

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