BR112020001107A2

BR112020001107A2 - método de instalação submarina

Info

Publication number: BR112020001107A2
Application number: BR112020001107-0A
Authority: BR
Inventors: Erling Myhre; Bernt Karsten LYNGVÆR; Sturle NÆSS; Kjell Larsen
Original assignee: Equinor Energy As
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-07-21
Also published as: US20200231263A1; US20210163108A1; GB2564665A; CA3070376A1; GB201711518D0; AU2018303476B2; AU2018303476A1; WO2019017793A1; US11286026B2; MX2020000721A; NO20200162A1; GB2564665B; US10960962B2

Abstract

Um método para instalar um objeto debaixo d'água em um local desejado, o método compreendendo: fornecer o objeto em uma embarcação, conectar o objeto a uma estrutura submersível localizada abaixo da superfície da água, em que a embarcação é espacialmente separada da estrutura submersível ao longo da direção da superfície da água, liberar o objeto da embarcação de modo que o objeto fique submerso e execute um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível, e mover o objeto para o local desejado.

Description

“MÉTODO DE INSTALAÇÃO SUBMARINA”

[0001] A invenção refere-se à instalação submarina de um objeto e, em particular, à instalação submarina de um objeto relacionado à produção de hidrocarbonetos.

[0002] A instalação submarina de objetos grandes pode envolver grandes embarcações com guindastes fornecidos com o objetivo de içar esses objetos grandes do convés para a água e abaixar os objetos para o fundo do mar. Exemplos de objetos são estruturas de perfuração e coletores, e um exemplo da faixa de pesos de tais objetos é de 200 toneladas métricas ou mais. As embarcações organizadas especificamente para esse fim são dispendiosas e o controle do movimento de um objeto grande ou pesado no ar requer uma capacidade de carga maior quando comparado ao controle do objeto na água.

[0003] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método de instalação de um objeto debaixo d'água em um local desejado, o método compreendendo fornecer do objeto em uma embarcação, conectar o objeto a uma estrutura submersível localizada abaixo da superfície da água, em que a embarcação é espacialmente separada da estrutura submersível ao longo da direção da superfície da água, liberar o objeto da embarcação de forma que o objeto fique submerso e execute um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível, mover o objeto para o local desejado.

[0004] A estrutura submersível pode ser conectada à referida embarcação ou pode ser conectada a outra embarcação. A conexão pode ser por meio de uma linha de reboque, uma linha de energia ou uma linha de comunicação. A flutuabilidade da estrutura submersível pode ser ajustada para compensar o peso do objeto suspenso abaixo da estrutura. A embarcação ou a embarcação adicional pode ser utilizada para rebocar a estrutura submersível para posicionar o objeto. A embarcação adicional pode ser utilizada para rebocar a estrutura submersível. O objeto pode ser movido por um guincho fornecido na estrutura submersível. O método pode ainda compreender ajustar a posição da estrutura submersível com um sistema de propulsão fornecido na estrutura submersível. Exemplos da posição desejada do objeto são o fundo do mar, um sistema de processamento no fundo do mar ou um sistema de cabeça de poço. O método pode ainda compreender controlar o arrasto da conexão entre o objeto e a estrutura submersível anexando um ou mais objetos de arrasto à conexão. Os objetos de arrasto podem ter flutuabilidade positiva ou aumentar a extensão espacial da conexão quando comparados à conexão sem os objetos de arrasto.

[0005] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um conjunto para a instalação de um objeto debaixo d’água em um local desejado, o conjunto compreendendo: uma embarcação disposta para transportar o objeto, uma estrutura submersível, uma conexão entre o objeto e a estrutura submersível, em que, em uso, a embarcação está espacialmente separada da estrutura submersível ao longo da direção da superfície da água, em que o objeto, a conexão e a estrutura submersível são dispostos de modo que, ao liberar o objeto da embarcação, o objeto fica submerso e executa um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível, em que a estrutura compreende um mecanismo de guincho para mover o objeto para o local desejado.

[0006] O conjunto pode ainda compreender uma embarcação adicional disposta para rebocar a estrutura submersível, e a estrutura submersível pode ser conectada à embarcação adicional por uma linha de reboque, uma linha de energia ou uma linha de comunicação. A estrutura submersa pode compreender um sistema de flutuação variável. O conjunto pode ainda compreender uma boia conectada à estrutura submersível para indicar a localização da estrutura submersível. O conjunto pode ainda compreender um veículo operado remotamente para interagir com o objeto após a instalação do objeto no fundo do mar. O conjunto pode ainda compreender um ou mais objetos de arrasto anexados à conexão entre o objeto e a estrutura submersível, e os objetos de arrasto podem ter flutuabilidade positiva ou podem aumentar a extensão espacial da conexão pela forma dos objetos de arrasto.

[0007] Algumas modalidades da invenção serão agora descritas apenas a título de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0008] A figura 1 ilustra uma primeira etapa de um método;

[0009] A figura 2 ilustra uma segunda etapa do método;

[0010] A figura 3 ilustra uma terceira etapa do método;

[0011] A figura 4 ilustra uma quarta etapa do método, e

[0012] A figura 5 é um diagrama de fluxo do método.

[0013] Os inventores perceberam que o manuseio de um objeto grande ou pesado debaixo d’água tem vantagens em relação ao manuseio do objeto acima do nível da água no ar. As forças de flutuação no objeto debaixo d’água reduzirão a carga quando comparadas com a carga total em um guindaste no ar. Além disso, a resistência da água irá amortecer o movimento. O método divulgado aqui utiliza uma embarcação para transportar o objeto da costa para a área na qual o objeto deve ser instalado. O objeto é então conectado a uma estrutura submersível localizada sob a superfície da água. O objeto é liberado da embarcação deslizando ou deixando cair o objeto na água. A estrutura submersa e a embarcação são posicionadas com alguma distância horizontal entre elas. O objeto começará a cair na água. A conexão entre a estrutura e o objeto pode inicialmente ser frouxa, como uma conexão fornecida por um cabo com alguma folga. Quando o objeto começa a cair, a conexão fica mais apertada devido à separação entre a embarcação e a estrutura. O objeto executará subsequentemente um movimento pendular até descansar embaixo da estrutura. O objeto pode finalmente ser movido para um local desejado, por exemplo, por um mecanismo de guincho na estrutura que abaixa o objeto para o fundo do mar ou para um sistema de cabeça de poço.

[0014] O movimento pendular ocorre porque a inércia efetiva da estrutura é muito maior que a inércia do objeto, portanto a estrutura se move muito menos que o objeto. A inércia efetiva da estrutura pode ser aumentada conectando a estrutura a uma outra embarcação que está localizada em um lado da estrutura oposto ao lado da primeira embarcação. A inércia efetiva da estrutura também pode ser ampliada, dando à estrutura uma forma que aumenta o movimento da água ao redor como resultado do movimento da estrutura. Uma forma suave causará menos movimento da água quando comparada a uma forma com muitas superfícies e cavidades. O movimento da água gera massa adicionada ou massa virtual e a inércia da estrutura aumenta devido à massa adicionada.

[0015] O movimento é referido aqui como movimento pendular, que não se restringe ao movimento oscilatório no qual o objeto se move para frente e para trás em torno de uma posição de equilíbrio. O movimento pendular inclui um movimento oscilatório sobrecarregado, no qual o objeto se aproxima lentamente da posição de equilíbrio, sem passar da posição de equilíbrio. Algumas simulações numéricas do movimento pendular de um objeto na água com parâmetros realistas realizados pelos inventores mostram que o período de tempo entre a liberação do objeto e a proximidade da posição de equilíbrio pode ser de cerca de 30 minutos.

[0016] O método divulgado aqui tem várias vantagens sobre os métodos que envolvem um guindaste. As cargas e movimentos do objeto no ar são evitados porque o objeto não é içado com um guindaste do convés e até a superfície do mar. Além disso, as cargas são reduzidas ao entrar na zona de respingo, porque não há forças interagindo no gancho do guindaste. Também não há risco de quebrar os cabos devido a mudanças repentinas na carga no cabo devido ao movimento das ondas.

[0017] O método também levará a cargas dinâmicas reduzidas enquanto abaixa o objeto através da água, porque a estrutura submersa é estável e não é afetada pelas ondas, diferentemente de uma embarcação sujeita ao movimento das ondas e ao clima. Para um guindaste, é necessária uma compensação passiva e ativa de hasteamento, mas uma estrutura submersa não precisará de compensação para o movimento das ondas. O movimento pendular do objeto na água também será amortecido devido à resistência da água.

[0018] O método pode ser implementado de diferentes maneiras. É possível utilizar duas embarcações: uma primeira para transportar e soltar o objeto, e outra no lado oposto da estrutura para manter a estrutura no lugar durante o movimento pendular. Alternativamente, uma única embarcação pode ser utilizada quando a estrutura é mantida no lugar devido à massa efetiva da estrutura ser muito maior que a massa efetiva do objeto. Ainda em um exemplo diferente, uma única embarcação é utilizada e a estrutura possui propulsão ativa, a qual é utilizada para posicionar a estrutura, mas a propulsão ativa adicionará custos à construção e ao uso da estrutura. A propulsão ativa pode ser utilizada para transportar a estrutura da costa para a posição em que a operação de abaixamento o objeto ocorrerá. O sistema de propulsão ativo pode ainda ser utilizado para manter uma distância segura entre a estrutura e a embarcação a partir da qual o objeto é liberado. O sistema de propulsão ativo também pode ser utilizado para permitir um posicionamento preciso do objeto no fundo do mar. A estrutura e o sistema de propulsão ativo juntos formam um submarino não tripulado que pode se mover autonomamente ou que é controlado remotamente.

[0019] Um exemplo de estrutura é um submarino com uma forma cilíndrica longitudinal semelhante a um submarino clássico. A forma suave resultará em mais movimento do submarino quando comparado a uma forma irregular durante o movimento pendular, mas isso não precisa ser um problema. Ao se mover para o local em que a operação de abaixamento do objeto ocorrerá, o eixo longitudinal do submarino tem uma orientação horizontal para permitir o movimento eficiente do submarino. Durante a operação, no entanto, o eixo longitudinal do submarino tem uma orientação vertical, pelo qual um mecanismo de guincho para suportar o objeto é fornecido no ponto mais baixo do submarino. A orientação vertical fornecerá um arranjo mais estável quando comparado a uma orientação horizontal, pela qual o mecanismo do guincho é fornecido em um local central do submarino.

[0020] Quando o objeto fica suspenso embaixo da estrutura, a flutuabilidade variável dentro da estrutura é utilizada para manter a estrutura no local vertical correto. Um exemplo de um sistema de flutuação variável é uma bolsa de flutuação de volume variável que é inflado para aumentar a flutuabilidade e que é desinflado para diminuir a flutuabilidade. Outro exemplo é um tanque estanque à pressão que pode ser enchido seletivamente com água ou gás para variar a flutuabilidade.

[0021] Pode ser fornecido um sistema de compensação que está disposto para manter a estrutura em uma posição horizontal estável. Um exemplo de um sistema de compensação é uma pluralidade de tanques fornecidos ao redor do perímetro da estrutura, em que os tanques são preenchidos com um fluido e são interconectados de modo que o peso do fluido possa ser movido ativamente em torno dos tanques para manter a estrutura horizontal.

[0022] As expressões 'superfície do mar' e 'fundo do mar' são utilizadas aqui, mas o método não é restrito ao uso no mar e o método também é adequado para uso em lagos, oceanos ou outros volumes de água nos quais objetos pesados estão instalados sob a superfície da água.

[0023] Uma modalidade é ilustrada na figura 1. Uma embarcação 11 reboca uma estrutura submersa 12 para um local desejado por meio de uma linha de reboque 13. A linha de reboque 13 pode ser adicionalmente utilizada para comunicação com a estrutura. A estrutura possui um ou mais elementos de flutuação variáveis 14, como bolsas de flutuação variáveis. A estrutura possui um sistema de guincho 15 para elevar ou abaixar uma carga. Opcionalmente, pode ser fornecida uma boia 16 que está conectada à estrutura submersa com um cabo e que pode ser utilizada para determinar facilmente a posição da estrutura e para comunicação entre a estrutura e a embarcação.

[0024] A estrutura está localizada a uma distância 17 de cerca de 100 m abaixo da superfície da água. Essa distância é escolhida de modo que a estrutura não esteja sujeita ao movimento das ondas e às condições climáticas na superfície da água. Uma distância de 50 m também alcançaria o mesmo efeito, dependendo do tamanho das ondas, e a distâncias maiores que 100 m, o mesmo efeito também será alcançado.

[0025] A figura 2 ilustra uma próxima etapa do método de uso da estrutura. A embarcação 11, a estrutura submersa 12, a boia 16 e a linha de reboque 13 são os mesmos que os elementos com os mesmos números de referência ilustrados na figura

1. A linha de reboque 13 apresenta alguma folga nesta modalidade, de modo que, durante a instalação, a embarcação 11 e a estrutura 12 não influencie diretamente propriedades hidrodinâmicas uma da outra. A linha de reboque ainda pode ser utilizada para comunicação e fornecimento de energia durante a instalação e durante o movimento pendular. Uma segunda embarcação 21 é fornecida, a qual é ilustrada no momento em que ela solta o objeto 22 na água. Um cabo de fibra 23 ou outro cabo com folga conecta o objeto 22 e a estrutura 12.

[0026] A figura 3 ilustra uma próxima fase do método de uso da estrutura. Os elementos com os mesmos números de referência das figuras 1 e 2 ilustram os mesmos elementos. A linha 31 ilustra a trajetória realizada pelo objeto 22 durante o movimento pendular sob a estrutura 12. Enquanto a estrutura está localizada a cerca de 100 metros abaixo da superfície, a distância até o fundo do mar 32 pode ser tão profunda quanto 3 km.

[0027] A figura 4 mostra uma fase final do método em que o objeto 22 foi abaixado no fundo do mar por meio do mecanismo de guincho fornecido na estrutura 12. Além disso, é ilustrado um veículo 41 operado remotamente que é utilizado para interagir com o objeto 22 e que está conectado à embarcação 11 com um cabo 42.

[0028] Nas ilustrações descritas acima, é fornecida uma boia 16 que é conectada à estrutura submersa com um cabo e que pode ser utilizada para determinar facilmente a posição da estrutura debaixo d'água e para a comunicação entre a estrutura e a embarcação. Nessas ilustrações, a boia não contribui para a flutuabilidade ou a dinâmica da estrutura submersa. Uma contribuição da boia para a flutuabilidade da estrutura submersa pode ser evitada utilizando uma conexão frouxa ou utilizando uma conexão que seja adaptável em comprimento. A forma da boia também pode ser uma forma cilíndrica que é posicionada com o eixo longitudinal do cilindro na direção vertical.

[0029] Em uma ilustração adicional, a boia contribui para manter uma profundidade relativamente constante da estrutura de flutuação. A conexão entre a boia e a estrutura pode ser fixada nessa ilustração. Se a profundidade da estrutura de flutuação aumentar, a parte submersa da boia aumentará e a flutuabilidade do sistema aumentará. Se a profundidade da estrutura de flutuação diminuir, a parte submersa da boia diminuirá e a flutuabilidade do sistema diminuirá. A forma da boia determinará se a mudança na flutuabilidade será linear ou exponencial com a mudança na profundidade. Em vez de uma forma cilíndrica, uma forma cônica pode ser utilizada para obter uma mudança exponencial.

[0030] A estrutura submersa é menos sensível ao movimento das ondas quando comparada a uma embarcação na superfície da água. A boia será sensível ao movimento das ondas e uma conexão fixa à estrutura submersa causará uma maior sensibilidade da estrutura ao movimento das ondas. No entanto, a contribuição de flutuabilidade da boia ocorre em um estágio em que as forças das ondas são de importância limitada, que é o estágio em que o submarino está ajustando a flutuabilidade ao receber a carga vertical total da estrutura de perfuração. Esse estágio ocorre um pouco após a etapa ilustrada na figura 3. Após esse estágio ser concluído, que é no final do movimento pendular, a contribuição de flutuabilidade da boia não é mais necessária e a conexão entre a boia e a estrutura pode ser alterada para uma conexão flexível. Se a boia for modelada longitudinalmente com uma pequena área de seção transversal ao longo da superfície da água, a área da linha de água será pequena e o impacto das ondas será pequeno, dependendo do movimento vertical.

[0031] Em um exemplo, a conexão entre a boia e a estrutura pode ser ajustada em comprimento e pode ser alterada de uma conexão ajustável para uma conexão fixa. Um cabo e um mecanismo de guincho podem, por exemplo, ser utilizados para ajustar o comprimento e o mecanismo do guincho pode ser travado para fornecer uma conexão fixa. Se a estrutura submersível exigir flutuabilidade adicional, a conexão poderá ser apertada. As propriedades da corda 23 ou de outro cabo que conecta o objeto e a estrutura também podem ser variadas para controlar a dinâmica do movimento pendular. Um cabo mais grosso terá uma inércia efetiva maior quando comparado a um cabo mais fino e a inércia efetiva maior causará um amortecimento no movimento do cabo. Em uma modalidade, um ou mais objetos são anexados ao cabo para controlar a dinâmica do cabo. Os objetos podem ter flutuabilidade positiva ou ter apenas uma forma específica para afetar o arrasto sem ter flutuabilidade positiva adicional. Em um exemplo, uma pluralidade de objetos de flutuação positiva é espaçada ao longo do cabo, em intervalos regulares ou intervalos irregulares, entre o objeto e a estrutura. Em outro exemplo, uma pluralidade de objetos com uma forma de paraquedas ou outra forma com uma área de superfície maior que a do cabo são espaçados ao longo do cabo em intervalos regulares ou irregulares para aumentar o arrasto durante o movimento do cabo através da água.

[0032] A figura 5 é um diagrama do método divulgado aqui, incluindo as etapas de fornecer o objeto em uma embarcação (S1), conectar o objeto a uma estrutura submersível localizada abaixo da superfície da água (S2), liberar o objeto da embarcação (S3) de modo que o objeto fique submerso e execute um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível e, finalmente,

mover o objeto para o local desejado (S4).

[0033] Embora a invenção tenha sido descrita em termos de modalidades preferidas, conforme estabelecido acima, deve ser entendido que essas modalidades são apenas ilustrativas e que as reivindicações não estão limitadas a essas modalidades. Os especialistas na técnica serão capazes de fazer modificações e alternativas em vista da divulgação que são contempladas como abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas. Cada característica divulgada ou ilustrada no presente relatório descritivo pode ser incorporada na invenção, sozinha ou em qualquer combinação apropriada com qualquer outra característica divulgada ou ilustrada aqui.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para instalar um objeto debaixo d'água em um local desejado, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer o objeto em uma embarcação; conectar o objeto a uma estrutura submersível localizada abaixo da superfície da água; em que a embarcação está espacialmente separada da estrutura submersível ao longo da direção da superfície da água; liberar o objeto da embarcação de modo que o objeto fique submerso e execute um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível; mover o objeto para o local desejado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura submersível está conectada à referida embarcação.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura submersível está conectada a uma outra embarcação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a estrutura submersível está conectada à referida embarcação por uma linha de reboque, uma linha de energia ou uma linha de comunicação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a estrutura submersível está conectada à embarcação adicional por uma linha de reboque, uma linha de energia ou uma linha de comunicação.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar a flutuabilidade da estrutura submersível para compensar o peso do objeto.

7. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a embarcação que reboca a estrutura submersível para posicionar o objeto.

8. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a embarcação adicional que reboca a estrutura submersível.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma ou mais das seguintes características: i) em que o objeto é movido por um guincho fornecido na estrutura submersível; ii) ajustar a posição da estrutura submersível com um sistema de propulsão fornecido na estrutura submersível; iii) em que a posição desejada do objeto é uma de: fundo do mar; um sistema de cabeça de poço; ou um sistema de processamento no fundo do mar; iv) fornecer uma boia que está conectada à estrutura submersível, em que a boia está disposta para seletivamente fornecer flutuabilidade adicional à estrutura submersível; v) em que a boia tem uma forma cilíndrica ou uma forma cônica; vi) controlar o arrasto da conexão entre o objeto e a estrutura submersível, anexando um ou mais objetos de arrasto à conexão; e vii) em que os objetos de arrasto têm flutuabilidade positiva ou aumentam a extensão espacial da conexão.

10. Conjunto para instalar um objeto debaixo d'água em um local desejado, o conjunto caracterizado pelo fato de que compreende: uma embarcação disposta para transportar o objeto; uma estrutura submersível; uma conexão entre o objeto e a estrutura submersível, em que, em uso, a embarcação está espacialmente separada da estrutura submersível ao longo da direção da superfície da água; em que o objeto, a conexão e a estrutura submersível são dispostos de modo que, ao liberar o objeto da embarcação, o objeto fica submerso e executa um movimento pendular até que o objeto seja suspenso da estrutura submersível; em que a estrutura compreende um mecanismo de guincho para mover o objeto para o local desejado.

11. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma outra embarcação disposta para rebocar a estrutura submersível.

12. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a estrutura submersível é conectada à embarcação adicional por uma linha de reboque, uma linha de energia ou uma linha de comunicação.

13. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende uma ou mais das seguintes características: i) em que a estrutura submersível compreende um sistema de flutuação variável; ii) em que o conjunto compreende ainda uma boia conectada à estrutura submersível para indicar a localização da estrutura submersível; iii) em que a boia é conectada à estrutura submersível com um cabo ajustável; iv) em que o cabo é ajustado de modo que a flutuabilidade da boia forneça uma força de flutuação à estrutura submersível; v) um ou mais objetos de arrasto anexados à conexão entre o objeto e a estrutura submersível; e vi) em que os objetos de arrasto têm flutuabilidade positiva ou aumentam a extensão espacial da conexão pela forma dos objetos de arrasto.