FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se ao campo de estruturas ao largo da costa flutuantes para a perfuração e produção de depósitos ao largo da costa de petróleo e gás natural. Em particular, refere-se a um sistema para fixar, juntas, duas estruturas de flutuação, uma das quais é uma instalação de produção flutuante mantida em posição por seu próprio sistema de amarração/estação de fixação, e a outra uma unidade de perfuração auxiliar anexa (TADU) ancorada parcialmente no leito do mar por, pelo menos, quatro cabos de ancoragem à ré, com sua parte dianteira estando acoplada à unidade de produção por um conjunto de linhas de amarração. O resultado é um sistema acoplado estação/fixação para as duas estruturas flutuantes.
[002] Em muitas instalações de perfuração e produção em águas profundas, uma unidade de perfuração auxiliar anexa (TADU) é amarrada a uma instalação de produção ao largo da costa adjacente, ou plataforma, para auxiliar nas operações de perfuração e produção. A TADU pode ser qualquer tipo de plataforma semi-submersível ou casco de barcaça. Ambas, TADU e plataforma são ancoradas tipicamente no leito do mar, e amarradas uma a outra de modo a restringir o movimento relativo entre as duas estruturas, e, deste modo, facilitar transferência de consumíveis e pessoal de uma estrutura para a outra e interligação de controle e linhas de fluidos entre as duas estruturas. No estado atual da técnica, uma TADU semi-submersível é ancorada com um mínimo de oito cabos de ancoragem além do sistema de amarração/fixação de estação da instalação de produção, que pode ser um Spar ou uma plataforma de perna tracionada (TLP). Sistemas de amarração
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 6/41 / 13 correntes são baseados em acoplar as duas estruturas flutuantes com um par de linhas de amarração para controlar a distância da separação e os movimentos de baixa e média freqüência, [003] Em um sistema de acoplamento típico, vários cabos de ancoragem se cruzarão, complicando o arranjo no leito do mar. Além disso, atingir os critérios de desempenho críticos, como explicados abaixo, provou ser, na prática, difícil.
[004] Em um sistema prático de acoplamento ou amarração de instalação TADU para produção, o mecanismo de amarração deve ser capaz de manter o movimento relativo dentro de limites predefinidos que permitam a operação normal através de todas as circunstâncias ambientais que possam ser esperadas durante o decorrer de um ano normal (condições sazonais em um ano), e que permitam operações limitadas, incluindo a manutenção da circulação e controle da perfuração, durante todas as piores condições a serem esperadas durante um período típico de dez anos (um ambiente de dez anos). Em uma condição meteorológica extrema de 100 anos, o sistema deve ser capaz de aumentar a separação entre as estruturas para uma distância segura em temporais, e ao mesmo tempo funcionar como um sistema acoplado de ancoragem seguro contra temporais por 100 anos.
[005] O sistema de amarração deve igualmente ser capaz de manter uma distância ótima entre as duas estruturas durante operações normais, quando movimentos relativos entre elas são absorvidos. Quando necessário, o sistema de amarração deve permitir que a distância entre as duas estruturas seja aumentada controladamente, embora mantendo a ligação entre elas. Por isto, é importante, que o sistema de amarração tenha uma rigidez relativamente baixa, de modo que haja relativamente pouco acoplamento dos movimentos entre a TADU e a plataforma. De maneira ótima, o sistema de amarração atuará como uma mola pré-tracionada entre as duas estruturas, onde a constante de mola seja tal que a combinação de uma carga de tração máxima e
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 7/41 / 13 limitação em relação ao movimento possa assegurar operabilidade de perfuração para um ambiente de um ano, e, pelo menos, uma operabilidade limitada para um ambiente de dez anos. Além disto, o sistema de amarração deveria minimizar a guinada.
[006] O documento US4200052A refere-se a sistemas para controlar a posição de uma embarcação flutuante que está ligada a um ancoradouro ou rebocador. Esse documento proporciona um sistema para controlar a posição de uma embarcação flutuante com um meio de detecção de tensão de tal modo que a tensão na linha de ancoragem ou amarração não exceda um valor predeterminado. O sistema inclui um meio de enrolamento, um reservatório de energia para receber e armazenar energia dos meios de enrolamento, e um meio de detecção de tensão para determinar a tensão na linha.
[007] O documento US4666127A refere-se a sistemas de guincho para controle de velocidade para transportar cargas úteis entre estações relativamente móveis, como dois navios. A carga útil pode ser suportada em um carrinho rodando sobre um cabo que se estende entre os navios e é transportado ao longo do cabo pelo sistema de guincho, que compreende um guincho para transportar em direção ao navio de abastecimento e um guincho de recondicionamento para o navio receptor. A US4666127A fornece um motor de guincho de recondicionamento, acionando um cano de guincho de recondicionamento através de um conversor de torque e um motor de guincho de transporte, acionando um tambor de guincho de transporte a uma velocidade para superar a tração do guincho de recondicionamento. Ao acionar o cano do guincho de recondicionamento através do conversor de torque, um leve puxão no cabo é mantido pelo conversor de torque, enquanto o barril de inspeção retira o cabo devido à tração do guincho de transporte. O controle de velocidade pode, portanto, ser definido com base na velocidade do motor do guincho de transporte e a tração mantida pelo barril do guincho de inspeção através do conversor de torque.
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 8/41 / 13 [008] A patente US4476801A refere-se a dispositivos de ancoragem para manusear uma linha de ancoragem compósita construída com um comprimento superior de cabo de aço e um cabo de comprimento inferior de corrente, particularmente para utilização na ancoragem de plataformas de perfuração offshore em águas profundas. O dispositivo de ancoragem inclui um guincho para transportar o cabo de aço e um molinete para transportar o cabo de corrente. O molinete tem uma roda de corrente posicionada sob o guincho de modo que a linha de ancoragem pode ser transportada substancialmente verticalmente entre os flanges da roda de corrente pelo guincho sem engatar ativamente a roda de corrente. O dispositivo de amarração pode incluir um meio de retração de linha de ancoragem para mover uma parte inferior do cabo de corrente de uma posição substancialmente vertical para uma posição de retração onde os elos da parte inferior são enrolados sobre a roda de corrente do molinete para permitir que o guincho cabo de corrente.
[009] O documento GB2139977A refere-se a uma plataforma ou plataforma marítima semi-submersível, que pode permanecer na estação durante o fluxo de óleo de um poço de petróleo para um navio-tanque. A plataforma pode fornecer uma bóia de ancoragem com uma linha de captura a ser capturada por um navio-tanque que se aproxima. A plataforma pode ter uma guia montada debaixo da água para executar uma linha de atracação entre um guincho na plataforma e a bóia de ancoragem, de tal modo que o petroleiro pode ser puxado para a plataforma para transferência de óleo.
[0010] O WO03062042A1 refere-se a equipamento e um método para abaixar equipamento para o fundo do mar a partir de uma embarcação usando corda de fibra e um guincho empregando cabo de aço. A invenção visa evitar dobrar a corda de fibra sob carga, ao desdobrar as cargas da embarcação, instalando a corda de fibra nas seções por operação repetida do guincho e corda de suporte suspendendo uma plataforma de elevação pela qual a corda
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 9/41 / 13 de fibra passa. O cabo de fibra passa através de garras de elevação montadas na plataforma de elevação, de tal modo que o peso da carga é suportado pela plataforma de elevação, removendo assim a tensão causada pelo peso da carga nas porções do cabo de fibra acima da plataforma de elevação.
[0011] O documento WO2002087959A2 refere-se a uma unidade polivalente semi-submersa (MPU), que pode ser adaptada para diferentes tipos de plataformas de produção de petróleo durante o mau tempo. O MPU pode ter um sistema de ancoragem usando pelo menos 6 linhas de ancoragem e âncoras no fundo do mar. O MPU também pode ser fixado em uma plataforma de produção de óleo por pelo menos duas amarras. Através das amarras e do sistema de ancoragem, pode haver um equilíbrio global entre o sistema de ancoragem da plataforma de produção de petróleo e o sistema de ancoragem de MPU, de modo que o MPU possa ser seguro durante o mau tempo.
[0012] Até hoje, há uma necessidade não preenchida, de um sistema para amarrar em conjunto duas estruturas flutuantes que atenda, satisfatoriamente, os critérios estabelecidos acima.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0013] De maneira ampla, a presente invenção é um sistema para amarrar uma primeira estrutura de flutuação, tal como uma TADU, a uma segunda estrutura de flutuação, tal como uma plataforma de produção, compreendendo um conjunto de linhas de amarração, cada um deles se estendendo de um guincho na primeira estrutura, através de uma roldana na porção superior da segunda estrutura, e, então, verticalmente para baixo do casco da segunda estrutura até um dispositivo de conexão, tal como um olhal de conexão, na porção mais baixa do casco da segunda estrutura. No contexto de uma aplicação em que a primeira estrutura é uma TADU e a segunda estrutura uma plataforma, o conjunto de linhas de amarração compreende preferivelmente um conjunto de quatro linhas de amarração, cada um deles se estendendo de
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 10/41 / 13 um guincho na parte fronteira da TADU, através de uma roldana livre na porção superior do casco da plataforma, e, então, verticalmente para abaixo pelo lado do casco da plataforma até um dispositivo de conexão na porção mais baixa do casco. Se a plataforma for uma plataforma tipo spar em treliça, a porção superior do casco é um tanque pesado flutuante, sobre o qual é suportado um ou mais conveses. A porção mais inferior do casco é uma estrutura em treliça, compreendendo membros verticais em treliça e braços cruzados em diagonal. Um tanque leve de flutuação variável é acoplado à parte inferior da estrutura em treliça. Na aplicação spar em treliça, cada uma das roldanas livre é fixada ao tanque pesado, quando as linhas de amarração se estendem verticalmente para baixo da estrutura em treliça até os dispositivos de conexão, cada um deles localizado em um membro vertical em treliça acima do tanque leve.
[0014] Em um modo de realização preferido, cada uma das linhas de amarração compreende uma espia flexível conectada a uma primeira, ou extremidade superior, de uma extremidade livre de um cabo de guincho que está enrolado em um guincho na primeira estrutura ou TADU. A espia flexível é preferivelmente de nylon ou de um polímero equivalente apropriado, enquanto o cabo do guincho é, de preferência, cabo de aço. A espia tem um ilhó inferior fixado a um olhal de conexão associado, e um ilhó superior acoplado a uma algema na extremidade livre do cabo do guincho. O cabo do guincho pode compreender primeiras e segundas seções, conectadas por meios de conexão apropriada, com a primeira seção terminando na extremidade livre à qual a espia é conectada, e a segunda seção estando enrolada em, e desenrolada de, um guincho na TADU.
[0015] Como será apreciado mais inteiramente na descrição detalhada a seguir, o sistema de amarração da presente invenção permite que seja mantida uma distância de operação ótima entre as duas estruturas flutuantes, devido à elasticidade da espia e da capacidade de ajustar individualmente o
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 11/41 / 13 comprimento de cada um dos conjuntos de espia, por meio dos guinchos na primeira estrutura (por exemplo, a TADU). Esta ajustabilidade é realçada fornecendo-se as espias com um comprimento substancial se estendendo verticalmente para baixo do casco da segunda estrutura, o que fornece comprimento suficiente para fazer ajustes significativos. Além disso, selecionando-se a rigidez e a elasticidade da espia, a constante de mola apropriada pode ser fornecida pelas espias, de modo que a combinação de carga de tração máxima e limitação de movimento relativo entre as duas estruturas pode assegurar operabilidade de perfuração normal para um ambiente de um ano, com guinada mínima, e, pelo menos, uma operabilidade limitada para um ambiente de dez anos. Além disto, a distância de separação entre as duas estruturas pode ser aumentada para uma distância segura em temporais em condições meteorológicas extremas de 100 anos, enquanto, ao mesmo tempo, o sistema opera como um sistema acoplado de ancoragem com distância segura em temporais de 100 anos. Este resultado é conseguido tendo-se as linhas de amarração conectadas aos guinchos dianteiros da TADU para controlar a separação durante condições de temporal, e para o retorno à distância de separação de operação normal durante condições meteorológicas menos severas ou normais.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [0016] Figura 1 é uma vista em perfil de uma unidade de perfuração auxiliar anexa (TADU) e uma plataforma flutuante do tipo spar em treliça ligadas em por um sistema de amarração de acordo com a presente invenção;
Figura 2 é uma vista no plano da TADU e da plataforma da Fig. 1, ligadas em conjunto pelo sistema de amarração da presente invenção;
Figura 3 é uma vista em perfil detalhada da TADU e da plataforma da Fig. 1, tomada ao longo da linha 3 - 3 da Fig. 2;
Figura 4 é uma vista em perfil detalhada da porção superior de um dos conjuntos de espia usado no sistema de amarração da presente invenção,
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 12/41 / 13 mostrando as três maiores partes do conjunto de espia e uma roldana através da qual a porção de roldana do conjunto de espia funciona; e
Figura 5 é uma vista em perfil detalhada da porção dos conjuntos de espia fechados dentro do contorno tracejado 5 na Figura 1, mostrando a conexão entre as espias e o casco por meio de um olhal de conexão.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0017] Referindo-nos agora os desenhos, uma primeira estrutura de flutuação 10 é mostrada, nas Figuras 1-3, ligada a uma segunda estrutura de flutuação 12 por um sistema de amarração de acordo com um modo de realização preferido da presente invenção. Neste modo de realização exemplificativo, a primeira estrutura de flutuação 10 é uma unidade de perfuração auxiliar anexa (TADU), e será referida deste modo na descrição seguinte. A segunda estrutura de flutuação 12 é uma plataforma da perfuração e produção ao largo da costa do tipo spar em treliça, e será referida como uma plataforma na descrição seguinte. Entretanto deve-se compreender, que a presente invenção não está limitada para uso com os tipos específicos de estruturas de flutuação descritos aqui. Por exemplo, a segunda estrutura de flutuação 12 pode ser uma plataforma spar clássica, uma plataforma spar em célula, ou qualquer outra plataforma ou estrutura tendo um casco com calado relativamente profundo sustentando uma estrutura de convés. Similarmente, a primeira estrutura de flutuação 10 pode ser qualquer tipo de estrutura de flutuação que precise ser ligada ou amarrada a outra estrutura de flutuação, como uma plataforma.
[0018] Como mostrado, a TADU 10 inclui um casco que tem uma porção submersa 14, a partir do qual se estende uma pluralidade de colunas 16 que sustentam um convés 18 no qual vários equipamentos e estruturas usados em operações de perfuração e produção são localizados. Igualmente fixado ao convés 18 há um passadiço central 20 tendo uma extremidade distal adaptada para ser fixada à plataforma quando as estruturas 10, 12 estão amarradas
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 13/41 / 13 juntas, pela presente invenção, como será descrito abaixo.
[0019] Supondo-se, visando esta descrição, que a plataforma 12 é uma plataforma spar em treliça, a plataforma 12 tem um casco compreendendo um tanque pesado flutuante 22, uma estrutura em treliça 24, se estendendo da parte inferior do tanque pesado 22, e de um tanque leve de flutuação variável 26 fixado no fundo da estrutura em treliça 24. Um convés 28 é fixado à parte superior do tanque pesado 22, sustentado acima da superfície da água, e adaptado para receber e fixar a extremidade distal do passadiço 20 quando as estruturas 10, 12 são amarradas juntas pela presente invenção. A estrutura em treliça 24 compreende uma pluralidade de membros verticais em treliça 30 e braços cruzados 32. A estrutura em treliça 24 inclui, vantajosamente, uma pluralidade de placas de alçamento horizontais 34 fixadas aos membros verticais 30, como conhecido da técnica.
[0020] Como melhor mostrado nas Figuras 1 e 2, a plataforma 12 é fixada ao leito do mar (não mostrado) por uma pluralidade de cabos de ancoragem de plataforma 36. Similarmente, a TADU 10 é fixada ao leito do mar, em uma posição aproximadamente adjacente à plataforma 12, por uma pluralidade de cabos de ancoragem de TADU 38 fixados à ré, após terem sido levados a esta posição, ou por força própria (se automotriz), ou por rebocadores (não mostrados).
[0021] Uma pluralidade de guinchos 40 é fornecida perto da extremidade dianteira da TADU 10, preferivelmente nas duas colunas mais avançadas do casco da TADU. Em um modo de realização preferido, cada uma das duas colunas mais avançada 16 porta dois guinchos 40, para um total de quatro guinchos 40. Montada nas colunas mais avançadas 16 sob cada um dos guinchos 40 está a roldana de guincho 41. Uma pluralidade igual de roldanas livres ou polias 42 é montada na parte superior do casco da plataforma, como no tanque pesado 22, no lado que deveria ser amarrado à TADU 10. Assim, como mostrado na Figura 2, no modo de realização exemplificativo aqui
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 14/41 / 13 apresentado, há quatro roldanas livres 42, duas aproximadamente na posição de 4h e duas aproximadamente na posição de 8h no tanque duro 22 (olhandose da TADU 10). Pode ser vantajoso fornecer, também, roldanas livres nas posições de 2h e 10h, para permitir que a TADU 10 seja amarrada em qualquer lado da plataforma 12. Para cada guincho 40 e roldana livre 42, há um olhal de conexão 44 montado na porção inferior do casco da plataforma, acima do tanque leve 26. No modo de realização exemplificativo aqui apresentado, cada olhal de conexão 44 é fixado a um membro vertical em treliça 30 um pouco acima de sua junção com o tanque leve 26.
[0022] Uma pluralidade de linhas de amarração 46 é empregada para amarrar a TADU 10 à plataforma 12 por meio dos guinchos 40, roldanas livres 42, e olhal de conexão 44. Como melhor mostrado nas Figuras 4 e 5, cada linha de amarração 46 compreende um comprimento longo de espia flexível 48 e de um cabo de guincho 50. A espia 48 é feita preferivelmente de nylon ou de um polímero equivalente que tenha um certo grau de elasticidade. Em um modo de realização exemplificativo, a espia 48 tem um diâmetro de aproximadamente 12.7cm, e tem uma primeira, ou extremidade superior, terminando em um primeiro, ou ilhó superior 52, que é conectado, por meio, como uma primeira algema 54, a um primeiro soquete 56 na extremidade livre do cabo de guincho 50. A espia 48 se estende verticalmente para baixo pelo lado da plataforma e termina em um segundo ilhó, ou o mais inferior. 58 que é fixado, por um meio como um conector de ancoragem submarino 60, a um dos olhais de conexão 44.
[0023] O cabo de guincho 50 é preferivelmente um cabo de aço, com diâmetro de aproximadamente 7.6cm, e, compreende vantajosamente uma primeira seção de cabo 50a e uma segunda seção de cabo 50b, conectado ponta a ponta. A primeira seção de cabo 50a inclui a extremidade livre que termina no primeiro soquete 56 ao qual a espia 48 é acoplada. A primeira seção de cabo 50a passa através da roldana livre 42 e termina em uma
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 15/41 / 13 segunda extremidade que é conectada a uma primeira extremidade da segunda seção de cabo 50b por meio como um segundo soquete 62, uma terceira algema 64, anel-pera 66, e um terceiro soquete 68 que termina uma primeira extremidade da segunda seção de cabo 50b. A segunda seção de cabo 50b se estende para um dos guinchos 40 na TADU 10, no qual é enrolada para ser bobinada e desenrolada quando for necessário trazer as duas estruturas 10, 12 à sua distância de separação desejada, manter esta distância durante operações, e aumentar a distância de separação em circunstâncias ambientais extremas.
[0024] Em operação, a TADU 10 é trazida à vizinhança da plataforma ancorada 12, como mencionado acima. Pelo menos um dos cabos de guincho 50 é montado conectando-se a primeira seção de cabo 50a à segunda seção de cabo 50b (que está instalada em um dos guinchos 40) por um mecanismo de conexão tal como aquele descrito acima. Isto pode ser feito em rebocador de manobra de âncora AHT (não mostrado). A TADU 10 é trazida à distância de separação desejada da plataforma 12 e ancorada por meio dos cabos de ancoragem de TADU 38. Cada cabo de guincho montado 50 é operado através de sua roldana livre 42 associada na plataforma 12, e, então, têm sua extremidade livre conectada ao ilhó superior 52 da espia 48, por um meio de conexão como o primeiro soquete 56 e a primeira algema 54 descritos acima. Os cabos de guincho 50 restantes podem ser montados, operados através de suas roldanas 42 respectivas, e acoplados às suas espias 48 respectivas também neste momento. Finalmente, cada uma das espias 48 é fixada em sua extremidade mais baixa ao seu olhal de conexão 44 por um meio como o ilhó 58 mais inferior e o conector de ancoragem submarino 60, como descrito acima.
[0025] Com as linhas de amarração 46 então montadas e fixadas entre a TADU 10 e a plataforma 12, os guinchos 40 podem ser empregados para ajustar e controlar a distância da separação entre as duas estruturas flutuantes
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 16/41 / 13 para manter a distância de separação ótima, que deveria ser, tipicamente, a distância ótima para fixar a extremidade distal de guinada 20 à sua ligação de fixação ou localização apropriada na plataforma 12. As espias 48, sendo feitas de um material, como o nylon, que é um tanto elástico, fornecem um grau de estiramento que absorve movimentos relativos entre as estruturas flutuantes 10, 12 causados pelo ambiente, enquanto mantêm as duas estruturas a uma distância de operação desejada ótima, tipicamente um mínimo de aproximadamente 10m em condições ambientais normais. Devido ao espaço limitado entre a TADU 10 e a plataforma 12, a extensão vertical das espias 48 para baixo ao longo da maior parte do comprimento submerso da plataforma 12 fornece a elas comprimento suficiente para obter a suavidade” exigida para esta aplicação de amarração.
[0026] O sistema de amarração da presente invenção atende vários dos critérios significativos do projeto. Por exemplo, operações completas de perfuração e produção podem ser conduzidas através de um ambiente de um ano, e operações limitadas podem ser conduzidas através de um ambiente de dez anos. Além disso, a conexão de guinada 20 pode ser mantida através de um ambiente de dez anos. Em condições ambientais mais extremas, tais como temporal de 100 anos, a guinada 20 pode ser desconectada da plataforma 12, e as linhas de amarração 46 arriados para aumentar substancialmente a distância de separação.
[0027] Embora um modo de realização exemplificativo preferido da invenção tenha sido aqui descrito, deve ser entendido que numerosas variações e modificações podem ser sugeridas por peritos na técnica pertinente. Por exemplo, mecanismos particulares de conexão para conectar as espias 48 aos olhais 44 e ao cabo de guincho 50, e para conectar a primeira seção 50a do cabo de guincho à segunda seção 50b do cabo de guincho, são apenas exemplificativos, e alternativas apropriadas sugerir-se-ão como equivalentes àqueles peritos na técnica pertinente. Também, o número de
Petição 870190010142, de 30/01/2019, pág. 17/41 / 13 linhas de amarração 46, bem como sua estrutura particular, em termos dos materiais e das dimensões das espias 48 e dos cabos de guincho 50, podem ser variados consideravelmente para aplicações diferentes, assim como os tipos de estruturas flutuantes a ser amarradas juntas e das condições ambientais a ser suportadas durante sua operação. Estas e outras variações e modificações que podem se sugerir deveriam ser consideradas dentro do espírito e escopo da invenção, como definido nas reivindicações a seguir.