BRPI0502113B1 - Estrutura auxiliar de içamento e transporte e método pendular de instalação de equipamentos submarinos utilizando dita estrutura - Google Patents

Description

ESTRUTURA AUXILIAR DE IÇAMENTO E TRANSPORTE E MÉTODO

PENDULAR DE INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS SUBMARINOS UTILIZANDO DITA ESTRUTURA CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence ao campo dos equipamentos a serem utilizados durante a instalação de equipamentos submarinos, mais especificamente, a invenção trata de uma Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte a ser utilizada na execução do Método Pendular de Instalação de Equipamentos no Fundo do Mar em Operações Off Shore conforme o pedido brasileiro PI 0306058-6.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As operações de produção requerem o uso de equipamentos pesados como, por exemplo, estruturas com manifolds, PLETs (Pipe Une End Termination), PLEMs (Pipe Line End Manifold), ESDVs, (Emergence Shut Down Valve), estações de tratamento, bombas, sistemas de controle e tempiate, que têm por finalidade interligar poços e equipamentos de escoamento da produção e/ou injeção de fluidos nos reservatórios e colunas de produção, assim como otimizar o arranjo submarino e viabilizar a operação do campo em questão. A instalação de um equipamento submarino em grande profundidades de água, utilizando cabo de aço a partir de uma embarcação de superfície, é dificultada com freqüência pela ocorrência do fenômeno de amplificação dinâmica da força axial atuante no cabo de aço. Quando o equipamento estiver sendo descido ao longo da coluna de água, devido à combinação dos parâmetros do problema, como massa do equipamento, massa hidrodinâmica adicionada e massa de água confinada e comprimento do cabo de aço, que varia de zero até aproximadamente a profundidade de água de instalação, o período natural do sistema na direção vertical vai sendo modificado, a depender das características hidroelásticas do conjunto.

Ao mesmo tempo, na superfície, o movimento vertical do ponto de suspensão do cabo de aço dependerá do período das ondas que incidem no meio de instalação. Quando o período do movimento vertical do ponto de suspensão for coincidente com o período natural do sistema meio de instalação-cabo de aço- equipamento, acontece o fenômeno de ressonância, e a amplificação dinâmica da força axial atuante no cabo de aço principal pode tornar-se significativa, a ponto de exceder a capacidade de carga do cabo ou causar compressão no mesmo, causando o fenômeno indesejado de snap load, a depender das condições de amortecimento do sistema.

Para que o referido fenômeno não ocorra, é necessário que a embarcação de instalação possua um sistema de suspensão de carga dotado de compensação do movimento vertical (Active Heave Compensator). No entanto, a taxa diária dessas embarcações especiais, que possuem guindastes de grande porte é elevada, e a disponibilidade das mesmas no mercado é baixa, o que eleva os custos, com reflexos importantes no investimento global.

Um modo de instalação de sistemas de pequeno, médio e grande porte e em pequenas, médias e grandes profundidades, através de embarcações e guindastes e outras embarcações é o modo conhecido como Descida a Cabo. A descida a cabo convencional de um equipamento submarino como um manifold, template, sistema de bombeio, etc. é geralmente feita com embarcações concebidas para este fim, como balsa ou barco com guindaste, barco com guincho e A-frame ou plataforma semi-submersível com guindaste.

Para que a descida a cabo seja efetuada em condições otimizadas, é necessário que (i) o cabo de aço do guindaste tenha comprimento suficiente para levar o equipamento que se deseja instalar até o leito marinho, e (ii) os fenômenos de amplificação dinâmica da força axial no cabo de aço não sejam pronunciados. A amplificação dinâmica das forças no cabo de aço depende da rigidez do mesmo e da massa adicional (hidrodinâmica) na direção vertical do equipamento a ser descido. Na faixa de lâmina d'água de 2000 a 3000 metros e 200 ton de peso do equipamento, o atendimento aos requisitos (i) e (ii) acima é realizado somente por algumas embarcações especiais de grande porte, de custo elevado. Além disso é preciso considerar que a parcela de peso próprio do cabo de aço, na faixa de comprimento considerada, consome parcela considerável de sua capacidade de carga, diminuindo a carga passível de ser utilizada para suportação do equipamento.

Uma outra abordagem é descrita na publicação OTC 15142 “HCLS; A simple and Affordable Heave Compensated Landing System”, OTC de 5-8 de maio de 2003, onde o peso do equipamento é equilibrado pelo empuxo fornecido por flutuadores e um sistema de amarras em catenária confere o peso necessário para a descida suave do equipamento até o local de instalação. O pedido brasileiro PI 0306058-6, da Requerente e aqui integralmente incorporado como referência ensina um método, denominado Método Pendular, que apresenta a vantagem de, por instalar o equipamento com o comprimento do cabo um pouco menor do que a profundidade de água de instalação, ao se atingir a verticalização do cabo após o movimento pendular, o sistema dinâmico constituído pelo equipamento e cabo de aço se encontra em uma situação em que o fenômeno de ressonância não mais ocorre. O sistema pode inclusive apresentar desamplificação, ou seja, o fator de amplificação dinâmica do sistema pode ser inferior a 1.

Assim, o Método Pendular descrito no referido pedido brasileiro consiste do aproveitamento do movimento pendular do equipamento em queda amortecida e orientada, pelo arrasto provido pelo próprio cabo de instalação e outro dispositivo de amortecimento a ser definido nas análises de instalação, tais como flutuadores e hidrofólios, que venham a auxiliar na estabilidade hidrodinâmica do sistema de instalação.

Assim, uma modalidade do método objeto do dito pedido considera um meio de transporte que transporta um equipamento a ser instalado no fundo do mar, o meio de transporte se aproximando de um sistema flutuante com guindaste a fim de dar início ao movimento pendular amortecido e orientado do mesmo.

No entanto, o uso de guindastes onera sobremaneira o processo de instalação do equipamento submarino no fundo do mar em uma operação offshore.

Portanto, a técnica ainda necessita de uma Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte para ser utilizada no método pendular objeto do PI 0306058-6, tal estrutura, constituída de um pórtico removível e instalada no convés de uma embarcação de apoio para içar de um cais e transportar o equipamento submarino ao local de instalação, onde o mesmo será posicionado no fundo do mar, sendo descrita e reivindicada no presente pedido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De um modo amplo, a presente invenção trata de uma Estrutura Auxiliar de içamento e transporte ou pórtico removível a ser instalada no convés de uma embarcação de apoio para içar de um cais e transportar o equipamento submarino ao local de instalação, onde o mesmo será posicionado no fundo do mar utilizando o Método Pendular objeto do referido pedido PI 0306058-6.

Alternativamente, um guindaste situado no cais onde se encontra o equipamento submarino pode ser utilizado para posicionar dito equipamento na Estrutura Auxiliar.

Assim, a presente invenção provê uma Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte constituída de um pórtico removível, a ser instalada no convés de uma embarcação de apoio para içar de um cais e transportar o equipamento submarino ao local de instalação, tal Estrutura dispensando o uso de guindastes de alto custo. A invenção provê ainda um Método Pendular para Instalação de Equipamentos no Fundo do mar em Operações Offshore que utiliza a dita Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIGURA 1 anexa ilustra a aproximação do Barco de Transporte ao cais onde está posicionado o equipamento submarino a ser colocado no fundo do mar durante uma operação offshore. A FIGURA 2 anexa ilustra a transferência do equipamento do cais para a Estrutura Auxiliar instalada no convés do Barco de Transporte. A FIGURA 3 anexa ilustra uma alternativa em que o içamento é feito por um guindaste situado no cais. A FIGURA 4 anexa ilustra o transporte ao local de instalação e conexão do cabo de poliéster a uma tetra-plate localizada no topo do equipamento submarino. A FIGURA 5 anexa ilustra a conexão do trecho de amarra para suportação do equipamento pelo shark jaw do Barco de Transporte e início da descida do equipamento até a água. A FIGURA 6 anexa ilustra a descida do equipamento até a profundidade aproximada de 50 metros para transferência de carga do cabo de aço proveniente da Estrutura Auxiliar para a amarra no rolo de popa. A FIGURA 7 anexa ilustra a desconexão e retirada do cabo de aço proveniente da Estrutura Auxiliar. A FIGURA 8 anexa ilustra o acionamento do mecanismo de liberação de carga para dar início à trajetória pendular do equipamento e cabo de sustentação. A FIGURA 9 anexa ilustra a finalização da trajetória pendular. A FIGURA 10 anexa ilustra uma alternativa em que a própria Estrutura Auxiliar é utilizada para descer o equipamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS A invenção trata, pois, de uma Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte para utilização no Método Pendular de Instalação de equipamentos submarinos. A Estrutura Auxiliar é basicamente constituída de um pórtico removível a ser colocado no convés de uma embarcação de apoio, como um rebocador. Assim, a instalação temporária dessa estrutura no convés de uma embarcação convencional de baixo custo permite dispensar o uso de uma estrutura de guindaste, de custo bem mais elevado.

Sob um aspecto, a invenção trata da Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte para utilização no Método Pendular. A Estrutura Auxiliar, geralmente designada pelo numeral (20), compreende, no formato em A, um guincho (21), um cabo de aço (22), uma ou mais polias de desvio (23), um sistema de guias e batentes (24) para suportação temporária do equipamento (11), e um pórtico (25), de modo a efetuar as operações de içamento e transporte requeridas. Trata-se de uma estrutura aporticada (reticulada) similar a uma jaqueta (estrutura fixa para produção de petróleo utilizada em LDA rasas, geralmente até 200 metros). A Estrutura Auxiliar (20) é uma estrutura removível, de utilização temporária sobre o convés do Barco de Transporte, com a função de permitir a presente instalação, prescindindo de uma embarcação especializada de alta taxa diária e baixa disponibilidade no mercado. A fixação da dita Estrutura (20) no convés do Barco de Transporte (10) é feita através de conexão da mesma a pontos de capacidade de suporte adequados a seu peso e às cargas dinâmicas originadas dos movimentos do barco submetido às ações ambientais de onda e vento.

Após o uso, a Estrutura (20) é retirada do convés e armazenada em terra ou eventualmente depositada no leito marinho em lugar apropriado para tal, até o instante de reutilização para outra instalação. Nesta última opção é necessário prover a estrutura de um sistema especial de proteção contra corrosão. A Estrutura Auxiliar (20) compreende os seguintes componentes principais: (a) pórtico ou reticulado (25), estrutura espacial constituída por elementos tubulares ou perfis metálicos, destinada a prover resistência adequada para suportar o peso de um equipamento (11) a ser içado e transportado, e as cargas dinâmicas de instalação; (b) estrutura tipo guia e batente (24) para solidarizar temporariamente o equipamento (11) ao pórtico (25), e transferir a este as cargas dinâmicas de instalação, permitindo dispensar o acionamento de um guincho (21) durante o transporte; (c) polias de desvio (23) de um cabo de aço (22) do guincho (21) para direcionar dito cabo (22) ao ponto de suspensão do equipamento (11); e (d) guincho (21) para içamento no cais (12) e transferência do equipamento (11) no local de instalação para ser suportado por um shark jaw (35) instalado no convés de um Barco de Transporte (10) destinado a transportar dito equipamento.

Alternativamente, o guincho (21) pode pertencer ao Barco de Transporte (10). A invenção será descrita a seguir por referência às Figuras anexas. A Figura 1 ilustra a aproximação do Barco de Transporte (10) ao cais onde está posicionado o equipamento submarino (11) a ser instalado no fundo do mar. A Figura 2 mostra a transferência do equipamento do cais para a Estrutura Auxiliar (20) instalada no convés do Barco de Transporte (10). O içamento é feito por guincho (21) situado no próprio Barco (10). A Figura 3 mostra uma alternativa, em que a depender da altura do cais (12) em relação ao nível do mar, o içamento pode ser feito por um guindaste (G) situado no cais (12). A Figura 4 ilustra o transporte ao local de instalação e conexão do cabo de poliéster (31), proveniente do Barco de Instalação (30). O cabo de poliéster (31), tendo na extremidade do mesmo um determinado comprimento de flutuadores (32) , será conectado a uma tetra-plate (33) localizada no topo do equipamento submarino (11). A Figura 5 ilustra a conexão do trecho de amarra (34) para suportação do equipamento (11) pelo shark jaw (35) do Barco de Transporte (10) e início da descida do equipamento (11) até a água. A Figura 6 ilustra a descida do equipamento (11) até a profundidade aproximada de 50 metros para transferência de carga do cabo de aço (22) proveniente da Estrutura Auxiliar (20) para a amarra (34) no rolo de popa (13), que irá transferir a carga para o shark jaw (35) localizado no convés do Barco de Transporte (10). A transferência de carga é efetuada com auxílio da tetra-plate (33) que faz a interface com o mecanismo de liberação de carga (36). A Figura 7 mostra que a partir da transferência de carga o equipamento (11) está suportado pelo trecho de amarra (34) proveniente do rolo de popa (13) do Barco de Transporte (10) e o sistema está pronto para iniciar a descida utilizando o Método Pendular. A Figura 8 mostra o acionamento do mecanismo de liberação de carga para dar início à trajetória pendular do equipamento (11) e cabo de sustentação (31) de poliéster. A Figura 9 mostra a finalização da trajetória pendular. A Figura 10 mostra uma alternativa em que, a depender da lâmina d’água da locação de instalação, a Estrutura Auxiliar (20) poderá ser utilizada para descer o equipamento (11), prescindindo do uso do Barco de Instalação (30). Neste caso, a Estrutura Auxiliar (20) faria a função de um A-frame, estrutura comum em embarcações de instalação.

Sob um outro aspecto, a invenção trata do Método Pendular de Instalação de Equipamentos Submarinos com auxílio da referida Estrutura Auxiliar. O Método Pendular a ser executado com auxílio da referida Estrutura compreende as seguintes etapas: a) prover um Barco de Transporte (10) com uma Estrutura Auxiliar (20) removível, instalada no convés do dito barco (10); b) aproximar o dito Barco (10) do cais (12) onde está posicionado o equipamento submarino (11) a ser instalado no fundo do mar; c) transferir o equipamento (11) do cais (12) para a dita Estrutura (20) por içamento, com auxílio de guincho (21) instalado no barco (10); d) com o equipamento (11) sobre o Barco (10), dirigir o dito Barco para o locai de instalação do dito equipamento e com auxílio de uma tetra-plate (33) no topo do equipamento (11), conectar o equipamento (11) a um Barco de Instalação (30) através de cabo de poliéster (31) dotado de flutuadores (32); e) conectar o trecho de amarra (34) para suportação do equipamento (11) pelo shark jaw (35) situado no convés do Barco (10) e iniciar descida do equipamento (11) até a água; f) descer o equipamento (11) até a profundidade aproximada de 50 metros para transferência de carga do cabo de aço (22) para a amarra (34) no rolo de popa (13), de modo a transferir a carga para o shark jaw (35) do convés do Barco (10); g) desconectar e retirar o cabo de aço (22), pelo que o equipamento (11) é suportado pelo trecho de amarra (34) proveniente do rolo de popa (13) do Barco (10); h) iniciar a descida do equipamento (11) utilizando o Método Pendular conforme o pedido PI 0306058-8; i) acionar o mecanismo de liberação de carga (36) para dar início à trajetória pendular do equipamento (11) e cabo de de sustentação (31) de poliéster; j) finalizar a trajetória pendular; e k) posicionar e assentar o equipamento (11) no fundo do mar, Alternativamente, o içamento pode ser feito por um guindaste (G) instalado no cais (12).

Ainda alternativamente, conforme a profundidade da lâmina d’água no local de instalação, utilizar a Estrutura Auxiliar (20) para descer o equipamento (11) e dispensando o Barco de Instalação (30).

Claims (11)

1) Estrutura Auxiliar de Içamento e Transporte de equipamentos submarinos posicionados em um cais, destinada a ser usada no Método Pendular de Instalação de equipamentos submarinos em operações offshore, dita estrutura sendo caracterizada por que compreende: (a) pórtico ou reticulado (25), estrutura espacial constituída por elementos tubulares ou perfis metálicos, dito pórtico sendo destinado a prover resistência adequada para suportar o peso de um equipamento (11) a ser içado e transportado, e as cargas dinâmicas de instalação: (b) estrutura tipo guia e batente (24) para solidarizar temporariamente o equipamento (11) ao dito pórtico (25), e transferir a este as cargas dinâmicas de instalação, permitindo dispensar o acionamento de um guincho (21) durante o transporte; (c) polias de desvio (23) de um cabo de aço (22) do guincho (21) para direcionar dito cabo (22) ao ponto de suspensão do equipamento (11); e (d) guincho (21) para içamento no cais (12) e transferência do equipamento (11) no local de instalação para ser suportado por um shark jaw (35) instalado no convés do dito Barco de Transporte (10).

2) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por que altemativamente, o guincho (21) pertence ao Barco de Transporte (10).

3) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser uma estrutura removível, de utilização temporária sobre o convés do Barco de Transporte (10).

4) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por que a fixação da dita Estrutura (20) no convés do Barco de Transporte (10) é feita através de conexão da mesma a pontos de capacidade de suporte adequados ao peso da mesma e às cargas dinâmicas originadas dos movimentos do barco submetido às ações ambientais de onda e vento.

5) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por que, após o uso, a dita Estrutura (20) é retirada do convés do Barco (10) e armazenada em terra.

6) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por que, após o uso, a dita Estrutura (20) é depositada no leito marinho em lugar apropriado para tal, até o instante de reutilização para outra instalação.

7) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por que a dita Estrutura (20) depositada no leito marinho é protegida contra corrosão por qualquer técnica conhecida.

8) Estrutura Auxiliar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por que alternativamente, a depender da altura do cais (12) em relação ao nível do mar, o içamento é efetuado por um guindaste (G) situado no cais (12).

9) Método Pendular de instalação de equipamentos submarinos em operações offshore com auxílio da-Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que compreende as seguintes etapas: a) prover um Barco de Transporte (10) dotado de uma Estrutura Auxiliar (20) removível, instalada no convés do dito Barco (10); b) aproximar o dito Barco (10) do cais (12) onde está posicionado o equipamento submarino (11) a ser instalado no fundo do mar; c) transferir o equipamento (11) do cais (12) para a dita Estrutura (20) por içamento, com auxílio de guincho (21) instalado no Barco (10); d) com o equipamento (11) sobre o Barco (10), dirigir o dito Barco para o local de instalação do dito equipamento e com auxílio de uma tetra-plate (33) no topo do equipamento (11), conectar o mesmo a um Barco de Instalação (30) através de cabo de poliéster (31) dotado de flutuadores (32); e) conectar o trecho de amarra (34) para suportação do equipamento (11) pelo shark jaw (35) instalado no convés do Barco (10) e iniciar descida do equipamento (11) até a água; f) descer o equipamento (11) até a profundidade aproximada de 50 metros para transferência de carga do cabo de aço (22) para a amarra (34) no rolo de popa (13), de modo a transferir a carga para o shark jaw (35) do convés do Barco (10); g) desconectar e retirar o cabo de aço (22), pelo que o equipamento (11) é suportado pelo trecho de amarra (34) proveniente do rolo de popa (13) do Barco (10); h) iniciar a descida do equipamento (11) utilizando o Método Pendufar conforme o pedido PI 0306058-8; i) acionar o mecanismo de liberação de carga (36) para dar inicio à trajetória pendular do equipamento (11) e cabo de de sustentação (31) de poliéster; j) finalizar a trajetória pendular; e k) posicionar e assentar o equipamento (11) no fundo do mar.

10) Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por que alternativamente o içamento é efetuado por um guindaste (G) instalado no cais (12).

11) Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por que ainda alternativamente, conforme a profundidade da lâmina d’água no local de instalação, a Estrutura Auxiliar (20) é utilizada para descer o equipamento (11) de modo a dispensar o Barco de Instalação (30).