BR112017017565B1 - Método de abaixar e instalar uma estrutura na água e estrutura disposta para ser instalada em um local submarino para realizar uma função primária - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de abaixar uma estrutura oca 10 através de água e instalar essa estrutura em um local submarino 16. A estrutura tem um espaço interno contendo um material de lastro 26 tal como um sal marinho que é substancialmente mais denso do que água. Ao ser abaixada com a ajuda do material de lastro 26 para um destino submarino 16 a estrutura 10 é ancorada nesse destino. Então, a água é introduzida dentro do espaço interno para dissolver, suspender ou diluir o material de lastro 26. Assim dissolvido, suspenso ou diluído, o material de lastro 26 é evacuado ou dispersado a partir do espaço interno em uma forma líquida ou fluidizada. Por exemplo, uma solução ou suspensão do material de lastro 26 pode ser arrastada em um fluxo de descarga e água através e a partir do espaço interno. O espaço interno está então disponível para realizar outra função primária em uma operação submarina da estrutura 10, por exemplo, como uma linha de fluxo para transportar petróleo ou gás.

Description

[001] Esta invenção refere-se aos desafios de abaixar estruturas flutuantes na água, particularmente itens ocos tais como tubos ou outros membros tubulares feitos de materiais compósitos ou plásticos. Tais estruturas são usadas crescentemente em instalações submarinas para a produção de petróleo e gás. Elas são caracterizadas pela flutuação excessiva, significando que elas têm flutuação positiva, flutuação neutra ou flutuação somente levemente negativa na água do mar. Isto torna as mesmas difíceis de abaixar através da água em uma forma rápida e controlada.

[002] Historicamente, aço e concreto são usados para estruturas ocas em instalações submarinas em águas profundas devido à sua resistência à tensão compressiva sob pressão hidrostática, com aumentos em aproximadamente 1 bar de 10 em 10 metros e assim podem exceder 100 bar em água profunda. Materiais de plástico mais fracos também são usados historicamente em instalações submarinas, mas geralmente somente para revestir ou forrar outras estruturas para resistir à corrosão e para isolamento térmico.

[003] Nos últimos anos, a resistência mecânica e a durabilidade de materiais compósitos foram melhoradas desenvolvendo reforços de fibra e matrizes poliméricas nas quais essas fibras são embutidas. Técnicas de produção mais eficazes também são desenvolvidas de modo que todo o custo de vida de estruturas feitas de materiais compósitos estruturais melhorados torna-se mais competitivo com o custo de estruturas de aço e de concreto equivalentes.

[004] Um exemplo contemporâneo de estruturas compósitas para uso submarino é um tubo de material compósito vendido por Magma Global Limited sob a marca registrada 'm-pipe'. A parede tubular desse tubo contém fibras de vidro e fibras de carbono como reforços em uma matriz polimérica de poliéter éter cetona (PEEK). Seu peso leve, a alta resistência à corrosão externa, o ataque químico interno e a carga de fadiga tornam 'm-pipe' atraente para algumas aplicações submarinas em demanda.

[005] Mais geralmente, os polímeros melhorados, e especialmente materiais compósitos baseados em polímeros, estão sendo crescentemente considerados como materiais estruturais para aplicações submarinas. Exemplos de aplicações submarinas incluem tubulações ou feixes de tubo, membros estruturais tais como vigas e outras estruturas tais como esteiras de fundação.

[006] Existe uma distinção entre 'materiais compósitos' e 'estruturas compósitas', significando que esses termos são sinônimos.

[007] Materiais compósitos (frequentemente resumidos para ‘compósitos’) são materiais feitos de dois ou mais materiais componentes com propriedades diferentes, mas complementares. A natureza compósita de um material compósito é intrínseca para esse material por si mesma. Os materiais componentes permanecem distintos um do outro no material compósito, mas, quando trabalhando juntos, os materiais componentes conferem características sobre o material compósito que são diferentes daquelas dos materiais componentes individuais.

[008] Um exemplo de um material compósito é um material de plástico reforçado tal como polímero reforçado com fibra, sendo uma combinação de fibras de reforço embutidas em uma matriz polimérica. WO 2012/072991 divulga um exemplo de um material compósito usado para uma aplicação de tubulação.

[009] Em contraste, as estruturas compósitas são estruturas feitas de dois ou mais componentes de materiais diferentes. O material de cada componente é escolhido para realizar a função desse componente e otimizar a estrutura como um todo. Exemplos de estruturas compósitas usadas na indústria de petróleo e gás submarina são um tubo flexível em camadas ou um tubo rígido forrado ou revestido, cada um dos quais compreende tipicamente um ou mais componente de aço- carbono e um ou mais outros componentes de materiais diferentes tais como polímeros ou ligas resistentes à corrosão. A estrutura compósita pode incluir um ou mais componente feito de materiais compósitos, mas não necessariamente assim. Assim, a natureza compósita de uma estrutura compósita é extrínseca a qualquer um dos materiais dos quais os componentes dessa estrutura são feitos.

[0010] A estrutura compósita é, portanto, uma montagem não homogênea de elementos de materiais diferentes com propriedades diferentes, tal como um sanduíche de camadas em uma estrutura de múltiplas camadas. Por exemplo, WO 2010/012896 divulga uma estrutura compósita na forma de um tubo flexível não ligado, em que uma primeira camada de plástico é coberta por uma carcaça ou abóboda metálica, então por uma sucessão de fios metálicos enrolados e camadas de plástico.

[0011] A baixa densidade de materiais compósitos poliméricos é tanto uma vantagem como um inconveniente. Baixa densidade é uma vantagem maior para manipular estruturas grandes tais como seções de tubo longas porque reduz grandemente seu peso no ar e na água. No entanto, essa falta de peso é um inconveniente significativo quando a estrutura tem que ser abaixada na água, especialmente na água do mar densa, na medida em que sua flutuação excessiva deve ser então superada.

[0012] É, de fato, um conhecimento comum adicionar peso a uma estrutura para abaixar a mesma na água. Uma abordagem bruta, como a usada em um batiscafo, é para fixar pesos de lastro a uma estrutura positivamente flutuante para tornar a mesma, temporariamente, negativamente flutuante para abaixamento a partir da superfície, e então ejetar ou descartar os pesos de lastro para recuperar a flutuação positiva para retornar à superfície.

[0013] US 6357966 descreve um método para instalar uma tubulação subaquática em que a tubulação tem um ou mais tubo de lastro anexado à tubulação em torno pesos de lastro especificamente na forma projetada para transmitir a quantidade mínima de peso de lastro necessária para afundar a tubulação para o fundo ao mar. O peso de lastro final é obtido após a tubulação ter sido posicionada sobre o fundo do mar enchendo os tubos de lastro com uma substância que possui uma densidade relativa maior do que a água.

[0014] Peso de lastro ejetável ou descartável pode ser de um ou mais corpo sólido de material tal como um metal como aço ou um material particulado sólido tal como areia ou sal. Em vista das preocupações ambientais, WO 2013/120065 ensina o uso de sal marinho solúvel, sendo predominantemente cloreto de sódio com uma densidade específica de 2,17, como um peso de lastro para um veículo subaquático que é usado para explorar o fundo do mar. Quando é necessário compensar a flutuação crescentemente negativa do veículo na medida em que ele carrega a si mesmo com minerais extraídos, o sal é ejetado intermitentemente de uma tremonha por um mecanismo de ejeção compreendendo um parafuso ou um impulsor. Para facilitar a ejeção, o sal é formado em bolas de cerca de 5 cm de diâmetro.

[0015] Como dissolução parcial do sal quando na tremonha pode levar o mecanismo de ejeção de WO 2013/120065 a obstruir, dissolução prematura antes da ejeção é impedida revestindo as bolas de sal com uma camada de barreira que dissolve lentamente. A camada de barreira permanece intacta até as bolas de sal ejetadas ter estado no fundo do mar durante algum tempo, ao que o sal dissolve relativamente rapidamente para minimizar os dano ambiental. Assim, as bolas de sal permanecem sólidas enquanto servem como lastro e enquanto estão sendo ejetadas.

[0016] GB 2201220 descreve um método para ejetar lastro (por exemplo, água) de câmaras de lastro dentro de um corpo de tubo. Em particular, a área de seção transversal das câmaras de lastro é reduzida devido à pressão de gás na área que circunda as câmaras, deste modo comprimindo ou apertando o meio de lastro for a das câmaras.

[0017] Outro modo de controlar o abaixamento de uma estrutura na água é adicionar um sistema de lastro baseado em gás, flutuante para suportar uma estrutura que é, intrinsecamente, negativamente flutuante. A água é usada para inundar um tanque de lastro, deste modo para aumentar o peso aparente da estrutura na água em que ela é imersa, até uma flutuação negativa levar a estrutura a afundar. Ar em alta pressão purga a água a partir do tanque de lastro para recuperar uma flutuação neutra ou positiva de modo que a estrutura pode permanecer em uma profundidade definida ou, eventualmente, flutue de volta sobre a superfície. Este é o princípio bem conhecido de operação de um submarino.

[0018] Todas as soluções acima são desnecessariamente complexas e caras para instalação de equipamento que deve ser abaixado somente uma vez para conexão em longo prazo a pontos de ancoragem sobre ou próximos ao fundo do mar. Se usados em tais aplicações, tais sistemas de lastro podem eficazmente ser redundantes após um uso único.

[0019] Quando uma estrutura submarina é oca como uma tubulação fechada ou uma seção tubular fechada, sabe-se usar o espaço interno oco da estrutura para ajustar a flutuação total da estrutura para transporte e abaixamento. Por exemplo, o espaço interno pode ser preenchido com ar para reboque através da superfície ou em água intermédia para um local de instalação e, uma vez lá, inundado com água para adicionar peso para abaixamento. Uma vez na posição abaixada. a água pode ser purgada ou deslocada a partir do espaço com ar ou outro gás ou líquido.

[0020] US 3756034 descreve um método para colocação de tubulações submarinas, e especificamente refere-se ao uso de várias câmaras de flutuação articuladas dentro da tubulação para suportar o comprimento da tubulação que se estende entre o fundo do mar e um navio de colocação de tubos flutuante.

[0021] Purga de água de lastro permite que o espaço interno da estrutura seja para duplo propósito, sendo usado temporariamente para ajustar a flutuação durante transporte, abaixamento e instalação e então, após instalação e comissionamento, ser usado permanentemente para seu propósito primário de, por exemplo, transportar fluidos tais como petróleo ou gás. Novamente, no entanto, tais sistemas de inundação e de purga adicionam complexidade e custo que é excessivo para o equipamento que precisa ser abaixado somente uma vez e então deixado sob a água para operar.

[0022] Além disso, qualquer solução de controle de flutuação que se baseie em um volume definido de gás a ser aprisionado dentro de um espaço oco necessita da estrutura que define o espaço, tais como das paredes de um tanque ou de um tubo, para ser forte o suficiente para resistir ao colapso sob pressão hidrostática crescente com profundidade.

[0023] Uma estrutura leve oca, com teor substancial de polímeros ou compósitos, é altamente positivamente flutuante em água quando essa estrutura é preenchida com ar. Mesmo se totalmente inundado com água em vez disso, o peso aparente de tal estrutura pode não ser suficiente para abaixamento rápido e controlado, especialmente em estados de alto mar ou em correntes fortes. Em particular, inundar estruturas muito leves tais como tubulações sólidas de compósitos ou tubulações flexíveis não ligadas compreendendo polímeros pode meramente trazer a estrutura próxima a uma flutuação neutra, que não permite abaixamento satisfatório. Consequentemente, pesos de massa adicionais ou de outro material de lastro mais denso do que água devem ser adicionados a ou incorporados dentro da estrutura.

[0024] Onde uma estrutura é uma seção curta de tubos compósitos, tubo de polímero ou tubo flexível não ligado, encaixes de extremidade de aço forjado podem servir como lastro embutido para possibilitar que a estrutura afunde rapidamente o suficiente quando inundada. Um exemplo de um encaixe de extremidade metálico para tubos compósitos é divulgado em WO 2014/023943. Tais encaixes dão pesos de massa suficientes ou outro lastro pode ser desnecessário onde o tubo é menos do que cerca de 50 m em comprimento, exemplificado por um carretel ou um saltador para conectar elementos espaçados à parte de uma instalação no fundo do mar. No entanto, onde tal tubo é mais longo do que cerca de 50 m, o volume relativo maior da parede de tubo leve para o aço mais denso dos encaixes de extremidade significa que pesos de massa ou outro lastro são prováveis de ser necessários. Isto adiciona custo e complexidade ao sistema e ao método de instalação.

[0025] Contra este fundamento, a invenção reconhece que um espaço interno oco de uma estrutura leve pode ser usado beneficamente para aumentar o peso aparente da estrutura na água se esse espaço contiver um material de lastro que é mais denso do que água. No entanto, isto apresente um problema, a saber, que se esse espaço for um espaço de duplo propósito para ser usado para outro propósito primário após a instalação - tal como o interior de uma linha de fluxo usada para transportar petróleo ou gás - o lastro tem que ser ejetado a partir do espaço antes de poder ser assim usado.

[0026] O WO 2013/120065 mencionado acima divulga alguns dos problemas de ejetar material de lastro de um espaço. Será notado que ejetar lastro de um espaço é desafiador, mesmo se esse espaço tiver um propósito único, a saber, reter o lastro ejetável de um modo que facilitará sua ejeção quando necessário. A este respeito, tremonhas de lastro especializadas como as de WO 2013/120065 podem contar em alguma extensão com gravidade para promover o fluxo de material de lastro durante ejeção, mesmo, mesmo assim, elas exigem um mecanismo de ejeção para acionar o material de lastro para dentro da água.

[0027] Será claro que um espaço de duplo propósito tal como uma linha de fluxo, sendo um espaço longo, estreito estendendo-se horizontalmente que é aberto somente em suas extremidades, é especialmente mal adaptado para facilitar a ejeção de um material de lastro sólido de dentro desse espaço. Isto se aplica mesmo se o material de lastro estiver em uma forma particulada ou dividida como a de WO 2013/120065.

[0028] A presente invenção propõe uma solução simples para reduzir ou evitar a lastragem adicional de estruturas leves ocas tais como seções de tubulações compósitas para abaixar as mesmas através da coluna de água.

[0029] De forma ampla, o conceito inventivo reside em um método de abaixar e instalar uma estrutura cujo peso aparente em água é aumentado, temporariamente, ao transportar um material de lastro que é substancialmente mais denso do que água. A estrutura é ancorada em um local submarino enquanto ainda transportando o material de lastro. No local submarino, o material de lastro é exposto à água, preferivelmente um fluxo de descarga de água, para dissolver, suspender ou diluir o material de lastro que foi inicialmente transportado pela estrutura ancorada, e transportar o material de lastro dissolvido, suspenso ou diluído para longe da estrutura ancorada. Isto habilita a parte da estrutura ancorada que transportou o material de lastro para realizar sua função primária no local submarino, como distinta de sua função secundária de transportar o material de lastro para o propósito de abaixar a estrutura para o local submarino.

[0030] A invenção pode, por exemplo, ser expressa como um método de abaixar uma estrutura oca através da água e instalar essa estrutura em um local submarino. A estrutura tem um espaço interno contendo um material de lastro que é substancialmente mais denso do que água. Quando abaixada com a ajuda do material de lastro para uma destinação submarina tal como o fundo do mar, a estrutura é ancorada nessa destinação. Por exemplo, a estrutura pode ser acoplada a uma instalação submarina ou entre dois itens do equipamento submarino no fundo do mar para conectar os mesmos. Então, a água é introduzida dentro do espaço interno para dissolver, suspender ou diluir o material de lastro.

[0031] Assim dissolvido, suspenso ou diluído na água introduzida, o material de lastro é evacuado ou dispersado a partir do espaço interno em uma forma líquida ou fluidizada. Por exemplo, uma solução ou suspensão do material de lastro pode ser arrastada em um fluxo de descarga de água através e a partir do espaço interno. O espaço interno está então disponível para realizar outra função primária na operação submarina da estrutura, por exemplo, como o interior de uma linha de fluxo para transportar petróleo ou gás.

[0032] Onde a estrutura per se tem flutuação positiva ou neutra sem o material de lastro, o material de lastro está adequadamente presente em quantidade suficiente como para conferir flutuação negativa substancial sobre a estrutura como um todo, incluindo o material de lastro.

[0033] O material de lastro é um sólido particulado, tal como, pó solto ou compactado ou material granular. Por exemplo, um espaço interno da estrutura pode ser embalado com o material de lastro. O material de lastro é substancialmente seco antes de ser exposto à água que dissolve, suspende ou dilui o mesmo.

[0034] O material de lastro é preferivelmente solúvel ou capaz de ser diluído em água. Isto permite que o material de lastro seja disperso e difundido a partir do espaço interno mesmo com pouco fluxo de água através do espaço interno. Também, um material de lastro solúvel não deixa nenhum refugo sólido na água ou no fundo do mar e pode eventualmente dispersar na água em uma concentração pequena que pode desaparecer.

[0035] Ao criar um fluxo de água através do espaço interno acelera a dissolução, o esvaziamento e a dispersão do material de lastro a partir do espaço interno. Um fluxo rápido e preferivelmente em redemoinho ou turbulento de água através do espaço interno pode ser vantajoso, particularmente para agitar, suspender e transportar uma suspensão de um material de lastro em partícula fino insolúvel tal como lama ou argila, sem deixar as partículas suspensas assentar de volta para fora do fluxo até o fluxo ter saído do espaço interno.

[0036] Algum do material de lastro pode ser desobstruído a partir do espaço interno por meios mecânicos. Um exemplo de tais meios é um limpador ou um raspa-tubo movendo-se ao longo do interior cilíndrico de um tubo para forçar qualquer material de lastro restante através de uma abertura que conduz a partir do espaço interno para dentro da água circundante, tal como a extremidade aberta de um tubo.

[0037] Um corpo de material de lastro é adequadamente exposto à água introduzida fluindo ao longo de um ou mais caminho de fluxo. A água que segue o ou cada caminho de fluxo em contato com o material de lastro pode correr para além ou através do corpo de material de lastro. A água introduzida dissolve, dispersa ou suspende o material de lastro em uma forma líquida ou fluidizada e então arrasta e transporta o material de lastro dissolvido, dispersado ou suspenso para longe, por exemplo, para fora de um espaço interno contendo o material de lastro.

[0038] A composição ou concentração do fluido de efluentes que sai de um espaço interno com lastro pode ser detectada, por exemplo, com um sensor de salinidade se o material de lastro for sal, para medir o progresso de evacuação ou dispersão do material de lastro. Isto permite que um operador determine quando o material de lastro é enxaguado ou descarregado a partir da estrutura e assim decidir que a estrutura está pronta para outra preparação para realizar seus propósitos primários.

[0039] Sal comum, cloreto de sódio, é preferido como o material de lastro, mais convenientemente na forma de sal marinho em que cloreto de sódio predomina dentre outros minerais traços. O sal marinho tem densidade substancial e não apresenta nenhum risco ambiental quando descarregado pela água do mar.

[0040] O acesso de água circundante ao material de lastro pode ser bloqueado de vários modos antes da estrutura alcançar o local submarino. Uma ou mais barreira tal como tampa, tampão, cobertura ou outro fecho que fecha um espaço contendo o material de lastro pode ser aberto, dissolvido, penetrado ou removido após a estrutura estar ancorada no local submarino. Uma ou mais válvula pode controlar um fluxo de água através de tal barreira, sendo aberta quando a estrutura estiver ancorada no local submarino para expor o material de lastro à água que circunda a estrutura.

[0041] As barreiras também podem proteger partes da estrutura de dano pelo material de lastro, tal como um efeito corrosivo de uma solução concentrada de sal sobre partes feitas de aço. Por exemplo, onde a estrutura é uma estrutura tubular tal como um tubo compósito cujo interior contém o lastro, tampões de extremidade ou formações machos de tampas de extremidade podem se estender para dentro das extremidades do tubo pelo menos pela profundidade dos encaixes de extremidade de aço do tubo, para servir como barreiras entre os encaixes de extremidade e o lastro. Convenientemente, tais barreiras também podem servir como as barreiras mencionadas acima que bloqueiam seletivamente o acesso da água ao material de lastro antes da estrutura alcançar o local submarino.

[0042] Um ou mais bomba ou propulsores pode acionar um fluxo de água de ponta a ponta ou através do material de lastro para forçar a descarga do material. Pode haver uma bomba de entrada sobre um lado de entrada de um caminho de fluxo de ponta a ponta ou através do material de lastro transportado pela estrutura para extrair a água em direção a esse material de lastro e/ou uma bomba de saída sobre um lado de saída do caminho de fluxo para extrair a água transportando o material de lastro para longe da estrutura. Por exemplo, onde a estrutura é uma estrutura tubular tal como um tubo compósito, uma bomba pode ser provida em uma ou em ambas as extremidades do tubo.

[0043] Assim, nas modalidades preferidas, a invenção envolve um item oco baseado em polímero leve com material sólido embalado que é mais denso do que a água do mar e que pode dissolver em contato com a água do mar. Então o item é abaixado para dentro do mar até alcançar o fundo do mar, onde é ancorado ou conectado a ponto estáticos tais como conectores pré-instalados, e então inundado e enxaguado pela água do mar. Mais geralmente, a invenção envolve aumentar temporariamente o peso na água de equipamento baseado em polímero oco naturalmente flutuante preenchendo o equipamento com um material solúvel sólido denso; fechar temporariamente uma ou mais abertura ou extremidade do equipamento com uma tampa, um tampão ou outra barreira; abaixar o equipamento na água; ancorar mecanicamente o equipamento a pelo menos um ponto no fundo do mar; então abrir cada tampa ou outra barreira. A abertura de uma tampa ou tampão pode, por exemplo, ser obtida desacoplando o mesmo do equipamento ou abrindo pelo menos uma válvula conectada a um furo transversal através da tampa ou tampão.

[0044] A invenção é especialmente conveniente para uso com tubulações compósitas, preferivelmente as mais longas do que cerca de 50 m, que são mais leves do que quaisquer tubulações de aço rígidas ou tubulações flexíveis não ligadas. As tubulações compósitas não contêm aço que possa corroer devido ao material de lastro, exceto nos encaixes de extremidade que podem ser revestidos, tratados ou de outro modo protegidos localmente para evitar corrosão.

[0045] A fim de que a invenção possa ser mais prontamente entendida, referência será feita agora, a título de exemplo, aos desenhos anexos em que:

[0046] As figuras 1 a 3 são uma série de vistas laterais em seção esquemática de uma estrutura submarina que é abaixada a partir da superfície e instalada no fundo do mar de acordo com a invenção;

[0047] A figura 4 contém vistas laterais em seção esquemática de duas variantes de fechos para uma estrutura submarina da invenção;

[0048] A figure 5 é uma vista em detalhe aumentada de uma estrutura submarina da invenção, mostrando em detalhe duas variantes de fechos que podem ser usadas com essa estrutura; e

[0049] A figura 6 é uma vista lateral em seção esquemática de outra variante da invenção mostrando outro modo de ancorar a estrutura em um local submarino.

[0050] As figuras 1 a 3 mostram uma estrutura oca alongada exemplificada no presente documento como um tubo compósito 10 que pode, por exemplo, medir substancialmente mais do que 50 m de comprimento de extremidade para extremidade. Antes dos estágios mostrados nas figuras 1 a 3, o tubo 10 é transportado para um local de instalação, por exemplo, por reboque. Na forma convencional, o tubo 10 pode ter sido suportado durante o reboque por flutuadores externos ou bóias, que agora foram removidos, e/ou por flutuação interna provida pelo gás vedado em sua cavidade interna.

[0051] O tubo 10 é mostrado na figura 1 suspenso pelo cordame 12 próximo à superfície 14 do mar. O cordame 12 é pendurado de um guindaste ou guincho de um navio de instalação (não mostrado) flutuando sobre a superfície 14. O tubo 10 é mostrado nas figuras 2 e 3 sendo abaixado para um local submarino, neste exemplo o fundo do mar 16, e retido lá por estruturas de ancoragem pré-instaladas 18.

[0052] O tubo 10 tem uma parede tubular 20 de um material compósito tal como polímero reforçado com fibra e é terminado por encaixes de extremidade de aço 22 na forma convencional. Cada encaixe de extremidade 22 é fechado por um respectivo tampão 24 que se estende para dentro do tubo 10 pela profundidade do encaixe de extremidade 22. Os tampões 24 podem ser fixados ao tubo 10 ou removíveis a partir do tubo 10, para ser removido, por exemplo, por intervenção de ROV (veículo operado remoto) ou mergulhadores no fundo do mar 16. Após remoção, os tampões 24 podem ser reusados em estruturas semelhantes, durante operações de transporte e instalação subsequentes.

[0053] O interior do tubo 10 entre os tampões 24 contém uma massa de sal marinho 26 como um exemplo de um material de lastro que é substancialmente mais denso do que a água do mar. O sal 26 pode ser uma pasta fluida úmida, uma salmoura altamente concentrada ou saturada, um pó seco ou de outra forma particulada. O sal 26 pode preencher a maior parte, mas não necessariamente todo o diâmetro interno do tubo 10, com a condição de que exista um peso suficiente de lastro que o tubo de lastro 10 tenha o grau desejado de flutuação negativa sem lastro, o tubo 10 per se tem flutuação positiva, flutuação neutra ou flutuação insuficientemente negativa para facilidade de abaixamento e instalação no fundo do mar.

[0054] O material de lastro de acordo com a invenção pode ser adicionado ao tubo 10 ao largo da costa, adequadamente após o transporte, ou em terra antes do transporte.

[0055] Cada tampão 24 é penetrado por uma respectiva porta ou canal de fluxo 28 que conduz a partir do interior do tubo 10 para o mar circundante. Uma válvula 30 em cada tampão 24 controla o fluxo de água do mar ao longo do canal de fluxo 28 associado. As válvulas 30 permanecem fechadas enquanto o tubo 10 é abaixado para o fundo do mar 16, para manter a água do mar fora do interior do tubo 10 e, portanto, fora de contato com o sal 26 dentro.

[0056] Após o tubo 10 ter sido ancorado no fundo do mar 16 como mostrado na figura 2, as válvulas 30 são abertas para deixar a água do mar fluir ao longo dos canais de fluxo 28 para dentro e para fora do interior do tubo 10 como mostrado na figura 3. A água do mar de influxo dissolve e arrasta o sal 26 dentro do tubo 10. A água do mar de escoamento transporta o sal 26 dissolvido para for a do tubo 10 para ser dispersado no mar circundante.

[0057] Em princípio, pode ser possível limpar o sal 26 do tubo 10 abrindo as válvulas 30 ou mesmo removendo os tampões 24 para abrir as extremidades do tubo 10, em que em último caso as válvulas 30 e os canais de fluxo 28 podem ser desnecessários. Ao longo do tempo, a água do mar de entrada dissolverá, difundirá e dispersará o sal 26, possivelmente com a assistência de correntes naturais no mar.

[0058] Preferivelmente, no entanto, um fluxo de água do mar é acionado ao longo do interior do tubo 10 para acelerar e assegurar a dissolução e a dispersão do sal 26. Assim, quando as válvulas 30 estão abertas, as respectivas bombas 32 são ativadas para impulsionar a água do mar ao longo dos canais de fluxo 28 dos tampões 24.

[0059] Uma bomba 32 de um tampão 24 em uma extremidade do tubo 10 é uma bomba de admissão que retira a água do mar dentro do tubo 10 através do canal de fluxo 28 do tampão 24. A bomba 32 do outro tampão 24 na outra extremidade do tubo 10 é uma bomba de escapamento que retira a água do mar para fora do tubo 10 e para dentro do mar circundante como um efluente 34 contendo o sal 26 dissolvido e assim sendo de salinidade elevada. A ação combinada das bombas 32 cria um fluxo longitudinal interno de água do mar em contato com a massa de sal 26 dentro do tubo 10 para dissolver e arrastar o sal 26.

[0060] Se a massa de sal 26 não preencher o diâmetro do tubo 10 completo, um caminho de fluxo 36 é deixado dentro do tubo 10 acima, em torno ou além da massa de sal 26. Isto encoraja a água do mar a fluir sem restrição ao longo do caminho de fluxo 36 em contato com a massa de sal 26, cujo fluxo ajuda a dissolver e dispersar o sal 26 mais eficazmente. O caminho de fluxo 36 expandirá na medida em que o sal 26 dissolve e é descarregado a partir do tubo 10.

[0061] Preferivelmente, como mostrado, o canal de fluxo 28 do tampão 24 pelo menos na extremidade de escapamento do tubo 10 é desviado radialmente para um lado inferior do tampão 24. Isto promove o afastamento do sal 26 de dentro do tubo 10 através do canal de fluxo 28. Inversamente, o canal de fluxo 28 do tampão 24 na extremidade de saída do tubo 10 é adequadamente radialmente desviado de um lado superior do tampão 24 como mostrado, para direcionar o fluxo de água do mar de entrada no caminho de fluxo 36 acima da massa de sal 26 dentro do tubo 10.

[0062] Um sensor de salinidade 38 no canal de fluxo 28 do tampão 24 na extremidade de escapamento do tubo 10 detecta a composição do efluente 34 que sai do tubo 10. Os sinais a partir do sensor de salinidade 38 podem ser usados para medir o progresso de descarga do sal 26, na medida em que a salinidade cairá para o nível da água do mar circundante quando não mais sal 26 estiver sendo dissolvido e varrido na água do mar que flui através do tubo 10.

[0063] Uma vez que o sal 26 é descarregado ou enxaguado a partir do interior do tubo 10, o tubo 10 está pronto para ser preparado para realizar sua função primária tal como para transportar petróleo ou gás. Isto pode envolver a remoção dos tampões 24 por intervenção de ROV ou de mergulhador para permitir que o tubo 10 seja conectado a outro equipamento submarino. Se algum sal 26 permanecer no tubo 10, ele pode ser limpo mecanicamente antes ou após conexão a outro equipamento submarino. Por exemplo, um raspa-tubo pode ser impulsionado para deslizar ao longo do interior do tubo 10 para forçar qualquer sal 26 restante para fora do tubo 10.

[0064] A figura 4 mostra que as extremidades do tubo 10 podem ser fechadas por tampões 24 que se encaixam dentro das extremidades do tubo 10 ou por tampas 40 de extremidade que circundam as extremidades do tubo 10. Os detalhes dos tampões 24 e das tampas 40 de extremidade tais como as válvulas 30 e os canais de fluxo 28 foram omitidos destas vistas simplificadas.

[0065] A figura 5 mostra em mais detalhe um tampão 24 cujo corpo 42 pode ser inflado para se estender radialmente para fora em engate de vedação com a superfície interna do tubo 10. O corpo 42 do tampão 24 estende-se adequadamente longe o suficiente para dentro do tubo 10 para proteger os encaixes de extremidade de aço 22 de corrosão devido à exposição a um material de lastro corrosivo tal como sal 26. O tampão 24 é penetrado por um canal de fluxo 28 em que um fluxo de água do mar é controlado por uma válvula 30.

[0066] A figura 5 também mostra a alternativa de uma tampa de extremidade 44 que tem uma saia macho tubular 46 estendendo-se ortogonalmente em uma direção distal de uma placa de extremidade circular 48. A saia 46 estende-se longe o suficiente para dentro do tubo 10 como para proteger os encaixes de extremidade 22 de corrosão. Uma vedação inflável 50 próxima à extremidade distal da saia 46 estende-se circunferencialmente em torno e salienta-se radialmente para fora a partir da saia 46 para reboque de vedação com a superfície interna do tubo 10. Isto isola o encaixe de aço 22 do sal 26 dentro do tubo 10. Novamente, a placa de extremidade 48 é penetrada por um canal de fluxo 28 em que um fluxo de água do mar é controlado por uma válvula 30.

[0067] Finalmente, a figura 6 mostra que a função de ancoragem de uma estrutura de ancoragem 18 pode ser alternativamente obtida pela conexão mecânica de um encaixe de extremidade 22 em uma ou em ambas as extremidades do tubo 10 a outra estrutura de suporte submarina, que pode ser pré-instalada no fundo do mar 16. Por exemplo, tal estrutura pode ser um t em linha (ILT) 52, ao qual um flange 54 do encaixe de extremidade 22 pode ser aparafusado. Neste caso, o tampão 24 pode ser acessado, posicionado ou removido através de uma válvula ou porta em uma ramificação 56 estendendo-se transversalmente, adequadamente verticalmente, a partir da ramificação horizontal existente principal do ILT 52 como mostrado. Um segundo tampão 24 ou um raspa-tubo pode isolar a ramificação horizontal existente durante a ação sobre o tampão 24.

[0068] Outras variações são possíveis dentro do conceito inventivo. Por exemplo, como notado anteriormente, outros materiais de lastro sólido, particulado, líquido ou semilíquido podem ser usados em vez do sal 26.

[0069] Pode ser possível para acionar um fluxo de água do mar adequado através do tubo 10 com apenas uma bomba 32 em uma extremidade do tubo 10, se a outra extremidade do tubo 10 é aberta para deixar a água do mar ser extraída para dentro ou descarregada para fora do tubo 10 como apropriado.

[0070] Um ou ambos os canais de fluxo 28 dos tampões 24, tampas ou outros fechos podem ser usados para introduzir um material de lastro líquido escoável ou particulado fino no interior do tubo 10.

[0071] O acesso de água do mar circundante ao material de lastro pode ser bloqueado por outras barreiras tais como tampas ou coberturas que fecham temporariamente um espaço contendo o material de lastro. Tal barreira pode definir pelo menos parte de um fechamento para o material de lastro. Assim blindado, o material de lastro não precisa ser necessariamente transportado dentro de um espaço interno oco da estrutura, mas pode mesmo ser externo à estrutura, com a condição de que a estrutura transporte o peso do material de lastro.

[0072] O material de lastro pode ser descarregado a partir da estrutura após a estrutura ter sido conectada a uma instalação submarina para comunicação fluida com outro equipamento submarino. Assim, o material de lastro não é necessariamente evacuado diretamente para dentro do mar, mas pode em vez disso ser evacuado através de um tubo ou outro equipamento a jusante da estrutura, e dali para dentro do mar. Similarmente, a água do mar que descarrega o material de lastro não é necessariamente extraída diretamente do mar, mas, em vez disso, pode ser introduzida através de um tubo ou de outro equipamento a montante da estrutura que extrai na água do mar.

Claims (15)

1. Método de abaixar e instalar uma estrutura (10) na água, caracterizado por compreender: transportar temporariamente um material de lastro (26) mais denso do que água a bordo da estrutura (10); abaixar a estrutura (10) enquanto transportando o material de lastro (26); ancorar a estrutura (10) em um local submarino enquanto transportando o material de lastro (26); no local submarino, dissolver, suspender ou diluir o material de lastro (26) em água enquanto o material de lastro (26) é transportado pela estrutura ancorada (10); e remover o material de lastro (26) dissolvido, suspenso ou diluído a partir da estrutura ancorada (10); e ainda compreendendo: inicialmente proteger o material de lastro (26) da água e posteriormente expor o material de lastro (26) a um fluxo de água que promove a sua dissolução, suspensão ou diluição, onde: o material de lastro (26) é um sólido particulado que está seco antes de ser exposto à água que o dissolve, o suspende ou o dilui; e a estrutura (10) compreende pelo menos uma barreira (24) que fecha um espaço que contém o material de lastro (26), cuja barreira (24) está disposta a ser aberta, dissolvida, penetrada ou removida para expor o material de lastro (24) à água quando a estrutura (10) estiver no local submarino.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que remover o material de lastro (26) prepara a estrutura ancorada (10) para realizar uma função primária no local submarino, diferente de uma função secundária de transportar o material de lastro (26).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a função primária da estrutura (10) ser a de uma linha de fluxo para transportar fluidos.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a estrutura (10) ser uma estrutura oca que possui um espaço interno que transporta o material de lastro (26), dentro de qual espaço a água é introduzida para dissolver, suspender ou diluir o material de lastro (26) e evacuar o material de lastro (26) em uma forma líquida ou fluidizada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma solução ou suspensão do material de lastro (26) ser arrastada em um fluxo de descarga de água através e a partir do espaço interno.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado em que algum do material de lastro (26) ser removido a partir da estrutura (10) por meios mecânicos.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por uma massa do material de lastro (26) ser exposta à água que flui ao longo de um ou mais caminhos de fluxo (36) que se estende para além ou através da massa de material de lastro (26).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender detectar a composição de fluido de efluentes (34) que contém o material de lastro (36) que emana da estrutura (10).

9. Estrutura (10) disposta para ser instalada em um local submarino para realizar uma função primária, caracterizada pelo fato de que a estrutura (10) transporta um material de lastro (26) mais denso do que água que é dissolvido, suspenso ou diluído em água no local submarino enquanto o material de lastro (26) é transportado pela estrutura (10) e mais ainda em que o material de lastro (26) é um material sólido particulado seco, e a estrutura (10) compreende pelo menos uma barreira (24) que fecha um espaço contendo o material de lastro (26) de modo a blindar inicialmente o material de lastro (26) da água, cuja barreira (24) é disposta para ser aberta, dissolvida, penetrada ou removida para expor o material de lastro (26) a um fluxo de água quando a estrutura (10) está em um local submarino.

10. Estrutura (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a estrutura (10) é uma estrutura oca e possui um espaço interno que transporta o material de lastro (26).

11. Estrutura (10), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que a estrutura (10) per se possui flutuação positiva ou neutra sem o material de lastro (26) e o material de lastro (26) está presente em quantidade suficiente como para conferir flutuação negativa sobre a estrutura (10) como um todo, que inclui o material de lastro (26).

12. Estrutura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizada por compreender um ou mais caminhos de fluxo (36) através dos quais a água corre para além ou através de um corpo de material de lastro (26) em contato com o material de lastro (26).

13. Estrutura, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizada por compreender pelo menos um sensor (38) para detectar uma composição de fluido de efluentes (34) contendo o material de lastro que emana da estrutura (10).

14. Estrutura (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizada por compreender pelo menos uma barreira (24) posicionada para proteger partes da estrutura (10) de dano pelo material de lastro (26).

15. Estrutura (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizada por compreender uma ou mais bomba (32) disposta para acionar um fluxo de água de um lado para o outro ou através do material de lastro (26).

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