BRPI0621811A2 - tensor e navio de instalação de tubulação submarina - Google Patents

Abstract

TENSOR E NAVIO DE INSTALAçãO DE TUBULAçãO SUBMARINA. Um tensor para instalação de tubulação submarina (40) compreendendo uma armação tensora (41) e múltiplas unidades de trilha (42) montadas na armação, na qual cada unidade de trilha sem fim (42b), um chassi (42a), rolos de apoio ou outros dispositivos de mancal montados no seu interior para trilha se fim, e um ou mais membros de acionamento/freio para efetuar a ação de acionamento e/ou frenagem do trilha, e no qual cada unidade de trilha é disposta de maneira móvel no interior da armação associada. Cada unidade de trilha é disposta de maneira móvel no interior da armação associada por um sistema de barras de articulação paralelas com as barras de articulação paralelas (53) entre o chassi da unidade de trilha e a armação do tensor.

Description

"TENSOR E NAVIO DE INSTALAÇÃO DE TUBULAÇÃO SUBMARINA"

A presente invenção refere-se a um tensor para instalação de uma tubulação submarina, principalmente para uso na instalação de tubulações submarinas, na qual uma tubulação para transporte de hidrocarbonetos (óleo, gás, etc.) é assentada sobre o leito do mar.

Tensores são bem conhecidos no campo do assentamento de tubulações submarinas, freqüentemente tendo a tarefa de suportar o peso da tubulação lançada. Tensores são usados para muitas técnicas de assentamento de tubulações, tais como assentamento em S, assentamento em carretei, assentamento em J. Tensores têm uma grande "capacidade de suportar carga" e no campo capacidades de dezenas de toneladas, ou mesmo bem acima de 100 toneladas, para um tensor não são infrequêntes. Um exemplo de um tensor é exposto na patente norte-americana US 6,394,445 (Itrec).

Em uma modalidade conhecida um tensor para instalação de uma tubulação submarina compreende uma armação de tensoras e múltiplas unidades de trilha montadas na dita armação. O número de unidades de trilha é normalmente adaptado à capacidade e/ou tipo de tubulação e construções de tensor comuns incluem duas, três ou quatro unidades de trilha para possivelmente um número de unidades de trilha). Cada unidade de trilha inclui um trilha sem fim, um chassi, roletes de suporte ou outros tipos de apoio montados sobre o chassi para suportar a trilha sem fim, e um ou mais membros de acionamento/freio de trilha para efetuar o movimento de acionamento e/ou frenagem do trilha. O trilha é adaptado para atuar sobre o exterior da tubulação, comumente a trilha apresenta sapatas de fricção atuando sobre o exterior da tubulação.

É conhecido dispor-se cada unidade de trilha móvel dentro da armação associada de forma que o "intervalo" entre os trilhas possa ser adaptado a diferentes diâmetros de tubulação e possível permitir uma posição "amplamente" aberta das unidades de trilha na qual um grande componente (e.g. um acessório instalado em ou sobre a tubulação, tal como um conector de tubulação) possa passar através do tensor.

Na patente norte-americana US 6,394,445 é apresentado o fornecimento de cilindros hidráulicos entre a armação do tensor e cada unidade de trilha para criar a "pressão de compressão" entre a trilha e o exterior da tubulação necessária para reter a tubulação na base de fricção e também permitir ao deslocamento da unidade de trilha se adaptar ao diâmetro da tubulação. Será entendido que a "pressão de compressão" necessária entre a tubulação e as trilhas é muito significante, pois, a força friccional resultante poderia necessitar ser de várias dezenas de toneladas, ou mesmo elevar-se bem acima de cem toneladas. A conveniência por uma capacidade de suporte de peso de tubulação muito grande do tensor resulta do desejo de desenvolver campos de óleo e gás em águas profundas, onde a profundidade de água (e assim a extensão da tubulação lançada suportada pelo tensor, ou múltiplos tensores em série) poderia ser de mais de 500 metros, o mesmo acima de 1000 metros.

A tubulação a ser lançada por um navio lançador de tubulações submarinos equipado com um sistema lançador de dutos submarinos incluindo um ou mais tensores pode variar significativamente, isto é, com respeito às propriedades da tubulação (tubulação rígida ou tubulação flexível, revestido ou não revestido, enrolado em tambor ou não enrolado, etc). Por conseguinte, existe a necessidade por tensores que sejam capazes de manusear uma extensa gama de diferentes tubulações (possivelmente equipadas com acessórios dotados de uma seção transversal maior que a tubulação propriamente dita).

Os tensores da técnica anterior comprovaram ser limitados com respeito à sua gama de aplicação.

A presente invenção visa propor um tensor para tubulação submarino aperfeiçoado para uso no campo de lançamento de tubulações submarinas.

De acordo com um seu primeiro aspecto a invenção realiza o objetivo acima apresentando um tensor para tubulação submarino no qual cada unidade de trilha é disposta de forma móvel no interior da armação associada por um sistema de múltiplas barras de união paralelas entre cada chassi de uma unidade de trilha e a armação do tensor. Um sistema dessa natureza é também conhecido como um sistema de tirantes paralelos ou mecanismo de tirantes paralelos.

De preferência barras de união paralelas são respectivamente conectadas com o chassi próximo a uma e outra extremidade do chassi.

Mais preferivelmente um ou mais outras barras de união paralelas são conectadas com o chassi em uma ou mais posições intermediárias, preferencialmente em uma área central, do chassi. Isto permite adicionalmente suportar o chassi no centro para prevenir curvamento indevido do chassi na umidade de trilha na área central. Isto apresenta a vantagem de prevenir pressão de aperto irregular ser exercida pela trilha sobre a tubulação sendo assentada. Isto é conveniente ao assentar tubulações flexíveis que são sensíveis à pressão excessiva ser exercida sobre as mesmas durante o assentamento de tubos. Verificou-se que sem uma ou mais barras de união paralelas adicionais entre aquelas posicionadas nas extremidades do chassi, o chassi necessitará ser construída extremamente rígida que indevidamente aumenta o peso do chassi e também não permite tornar o chassi mais flexível se esta se tornaria mais conveniente caso é aqui explanada.

De preferência um acionador, preferivelmente um cilindro hidráulico, é disposto entre a armação e o chassi de uma unidade de trilha. Um acionador deste tipo poderia ser designado de um servo comando de aperto. Outras construções de acionador podem, por exemplo, ser acionadores de haste roscada que já foram empregados para tensores de tubulação.

Em uma modalidade preferencial, múltiplos servo comandos são previstos entre um chassi de unidade de trilha e a armação em sítios espaçados ao longo da extensão do chassi, na qual dispositivos de controle são associados com os servo comandos que permitem controlar independentemente a força exercida pelos servo comandos sobre o chassi. Em uma modalidade preferencial pelo menos três servo comandos são previstos entre um chassi de unidade de trilha e a armação em posições espaçadas ao longo da extensão do chassi. Isto permite controle mais ou menos independentemente da pressão de aperto exercida pela trilha tensora sobre a tubulação para cada região do chassi sobre a qual um servo comando atua. Quando três servo comandos são usados isto permite e.g. estabelecer a pressão de aperto na região central do chassi em um nível diferente daquele em ambas as regiões de extremidade (que também podem ser estabelecidas em diferentes níveis). Tal controle da pressão de aperto exercida sobre a extensão da tubulação mantida entre as trilhas é altamente vantajoso em vista da "capacidade de aperto" desejada ou requerida por um lado e os efeitos da pressão de aperto sobre a tubulação (ou sobre seu revestimento, etc.) por outro lado.

E ainda preferido que referidos atuadores sejam cilindros hidráulicos e nos quais os dispositivos de controle são dispositivos de controle hidráulico que permitem regular a pressão no interior de cada cilindro independentemente.

Pode ser contemplado que para cada barra de junção paralela que suporte o chassi de unidade de trilha seja previsto um servo comando. De preferência o dito servo comando atua sobre o chassi na vizinhança do ponto de conexão da barra de junção paralela.

Para um controle exato da pressão sobre a tubulação de preferência são previstas que, uma ou mais, de preferência cada uma das conexões de uma barra de junção paralela com o chassi (e/ou com a armação) ou de um servo comando de aperto com o chassi (e/ou a armação) é munido de uma célula de carga para medir a força efetiva exercida em cada posição, e no qual um sinal de força obtido desse modo seja alimentado a um sistema de controle que permite controlar a pressão de aperto em uma região associada do tensor sobre a tubulação.

De preferência o tensor tem uma armação anular compreendendo múltiplos membros de armação em anel espaçados ao longo do eixo geométrico do tensor e interligados por membros de armação adicionais, de preferência se estendendo axialmente.

Preferivelmente a armação do tensor é projetada de modo que o tensor pode ser aberto.

Numa realização preferencial, a armação tensora inclui uma parte base, e.g. essencialmente em forma de U em seção transversal, sobre a qual uma ou mais unidades de trilha foram montadas, e duas partes de armação pivotantes, que são individualmente girantes em torno de um eixo geométrico de articulação, e.g. uma série de articulações alinhadas dispostas em membros de armação em anel, onde as extremidades livres das partes de armação pivotante são suscetíveis de interligação/amovível via membros de conexão, e.g. pinos que podem ser montados através de aberturas alinhadas nas extremidades livres.

De acordo com um segundo aspecto da invenção um tensor de instalação de tubulação submarina é previsto, no qual pelo menos três servo comandos são previstos entre um chassi de uma unidade de trilha e a armação em sítios espaçados ao longo da extensão do chassi, e no qual dispositivos de controle são associados com os ditos servo comandos que permitem controlar independentemente a força exercida pelos servo comandos sobre o chassi. A vantagem do conjunto já foi elucidada para uma modalidade na qual barras de junção paralelas são usadas entre o chassi da unidade de trilha e armação. Outras construções do suporte do chassi com respeito à armação, tais como estruturas corrediças ou telescópicas dispostas — e.g. em ângulos retos — com o chassi e a trajetória da tubulação também são possíveis. De preferência, todavia, é conferida às barras de junção paralelas, e.g. pela sua robustez e confiabilidade.

Uma modalidade preferencial do tensor inventivo, inclusive ambos os aspectos da invenção, passa ser explanada a seguir em conjunção com o desenho.

De acordo com o desenho: A figura 1 mostra em uma vista lateral uma modalidade preferencial do tensor de acordo com a invenção;

As figs. 2a, b, c mostram em uma vista lateral e em seção transversal da figura 1 ao efetuar o manejo de tubulação de menor diâmetro.

As figs. 3a, b, c mostram em seção transversal o tensor da figura 1 ao efetuar o manejo de tubulação de maior diâmetro.

As figs. 4a, b, c mostram em seção transversal o tensor da figura 1 ao efetuar a ação tensora sobre tensores inteiramente multi espaçados; e

As figs. 5a, b mostra o tensor da figura 1 em estado aberto para permitir a introdução/remoção de tubulação, passagem de grandes itens, respectivamente.

Nas figuras 1-5, uma modalidade preferencial do tensor 40 de acordo com a invenção é ilustrada. O tensor é mostrado em orientação vertical porém também pode ser usado em outras orientações, tal como inclinada e horizontal conforme bem conhecida da técnica, ou em um estrutura inclinável.

O tensor 40 inclui uma armação tensora 41 e múltiplos, aqui quatro, trilhas 42 suportadas pela armação tensora 41. A dimensão do tensor típica 40 pode ser apreciada através da figura 4a mostrando um operador situado sobre a armação do tensor.

A armação 41 na construção ilustrada aqui é do tipo de armação anular, aqui genericamente compreendendo múltiplos membros de armação anular 41a espaçados ao longo do eixo geométrico do tensor 40 e interligados por membros estruturais adicionais (genericamente axialmente dispostos) 41b.

O contorno externo da armação 41 aqui é aproximadamente quadrado, porém outros perfis, e.g. retangulares (e. g., para dois tensores) ou triangulares (quando três trilhas são usadas) são também possíveis.

Na construção ilustrada aqui, a armação de tensor 41 é projetada para que o tensor possa ser aberto (ver a figura 5a,b) para introdução lateral e/ou remoção de um duto em/ou do tensor. Na presente construção a armação 41 inclui uma parte base 41c, aqui essencialmente em forma de U em seção transversal, sobre a qual aqui duas unidades de trilha foram montadas, e duas partes de armação pivotavelmente montadas 41d,e. Cada uma daquelas partes é girante em torno de uma série de articulações alinhadas 47a,b, dispostas nos membros de armação anulares. As extremidades livres das partes de armação pivotáveis 41b, c são suscetíveis de interligação/amovível através de membros de conexão 48, e.g. pinos que podem ser montados através de aberturas alinhadas nas extremidades livres.

Nesta construção cada parte de armação pivotável 41d,e, pode ser pivotavelmente montada de tal maneira que as partes de armação pivotantes sejam deslocadas por completo de sua posição ativa de modo a criar um espaço aberto ou invólucro desimpedido 49 "em fronte" da parte base da armação 41. Conforme é preferido as partes da armação 41d,e podem pivotar ou girar em mais de 90 graus para o exterior.

As trilhas 42b (cada uma aqui basicamente uma cadeia sem fim de sapatas de fricção interligadas portando elementos de cadeia guiadas em torno dos roletes extremos portadores de cadeia em cada extremidade do chassi) aqui cada um forma parte da unidade de trilha 42. Uma unidade de trilha deste tipo 42 inclui um chassi robusto 42a, roletes de apoio ou outros dispositivos de apoio montados sobre a mesma para cadeia sem fim, e um ou mais membros de controle do curso da trilha 43 para efetuar o curso controlado da trilha associada (isto é, normalmente uma ação de acionamento e/ou frenagem e/ou um curso inverso da trilha). No presente exemplo, um ou mais motores hidráulicos 43 são empregados que controlam o curso de um rolo de pista em uma extremidade do tensor, cujo rolo de pista se entrosa com a trilha.

Cada unidade de trilha 42 é prevista de maneira móvel no interior da armação associada 41, aqui por um sistema de barras de enlace paralelas, com barras de enlace paralelas 53 entre o chassi 42a e a armação 41 do tensor. As barras 53 suportando um chassi de unidade de trilha apresentam pivôs afixados à armação e ao chassi e um comprimento uniforme entre os pivôs. Também as barras 53 são dispostas de modo a serem paralelas para cada posição das barras.

Na presente modalidade preferencial o chassi 42a de uma unidade de trilha 42 é suportado por barras de engate paralelas 53 na armação 41 não somente nas suas extremidades axiais (nesta orientação as extremidades superior e inferior) orem também em uma ou mais posições intermediárias, aqui em uma posição central do chassi 42a. Este apoio adicional por uma ou mais barras de engate paralelas intermediárias do chassi 42a permitem prevenir um curvamento indevido ao chassi da unidade de trilha 42a na área central e assim previne que pressão irregular seja exercida pela trilha 42b sobre a tubulação sendo assentada. Isto é, e.g. desejável ao assentar tubulações flexíveis que são suscetíveis a dano exercendo demasiada pressão localmente.

É até contemplado que as tais uma ou mais barras de engate paralelas intermediárias sejam projetadas para serem destacadas (e.g. por uma extremidade das mesmas) de maneira a permitir maior flexibilidade do chassi 42a do tensor. Por exemplo, isto é favorável ao assentar tubulações rígidas, e.g para acomodação para tolerâncias no diâmetro das tubulações rígidas. Conforme explanado abaixo, também é possível decrescer ou eliminar qualquer força hidráulica na região central do chassi 42a através do controle/remoção apropriada do(s) servo comando(s) hidráulico(s) associado(s).

De preferência, cada barra de engate é conectada pelas suas extremidades através de um pino conector com a armação e o chassi respectivamente, de preferência um pino amovível para permitir desconectar a barra de engate (pelo menos para as barras de engate centralmente dispostas).

De preferência, como no presente exemplo, em cada posição de suporte do chassi 42a duas barras de engate paralelas adjacentes 53 se estendem entre a armação 41 e o chassi 42a.

Um conjunto de um ou mais servo comandos 44, pode efetuar o deslocamento da unidade de trilha e assim permitir a variação do intervalo entre as pistas 42b e o exercício de pressão sobre a tubulação para realizar a força de fricção desejada.

De preferência um cilindro 44 foi aplicado em cada locação onde o chassi 42a é conectado com a chassi através de uma barra de ligação paralela 53.

Isto permite estabelecer com a qual as pistas 42b se engatam com a tubulação (aqui duas regiões extremas e uma região central). Também permite controlar o comportamento de curvamento de cada unidade de trilha.

De preferência dispor as barras de ligação paralelas 53 voltadas para cima (ou contrária à tração exercida pela tubulação lançada), no sentido da linha central do tensor ao se engatar com uma tubulação. Isto ocasiona determinado grau de auto-fixação das trilhas 42b sobre a tubulação. Contempla-se que na prática a maior parte da força de sujeição é obtido pelos cilindros hidráulicos 44, de forma que o controle exato da pressão hidráulica exercida resultante resulta em controle da pressão de sujeição.

Pode ser contemplado que cada conexão de uma barra de ligação paralela 53 com o chassi 42a (e/ou com a armação) ou de um atuador (cilindro hidráulico) com o chassi (e/ou com a armação) é provida uma com uma célula de carga para medir a força efetiva exercida na tal locação. Este sinal de força pode então ser usada para controlar a pressão de aperto na região associada do tensor (isto é, regiões extremas), no presente exemplo ajustando a pressão em cada um dos cilindros independentemente.

De preferência cada cilindro hidráulico é munido de um sensor de pressão detectar a pressão efetiva no interior do cilindro, o sensor sendo integrado em um sistema de controle hidráulico do tensor.

De preferência um conjunto de válvula é associado com cada cilindro para controlar a pressão no interior do cilindro.

É contemplado que cada cilindro hidráulico associado com uma região específica do chassi, e.g. as extremidades e/ou região central, pode ser controlado independentemente por um sistema de controle hidráulico apropriado de maneira a controlar a pressão exercida na região do tensor sobre o conduto.

Pode-se também contemplar uma modalidade na qual, e.g. o cilindro ou cilindros hidráulicos associados com a região central do tensor são desabilitados/removidos de forma que nenhuma força hidráulica é exercida na dita região quando maior flexibilidade do chassi é preferida para manipular uma tubulação, e.g., que ao assentar tubos rígidos e/ou revestidos tendo variações de diâmetro devido às tolerâncias na fabricação do chassi permite a passagem da parte mais espessa da tubulação sem exercer tensão indevida sobre a tubulação.

É também preferido proporcionar dispositivos sensores de pressão no tensor para detectar a posição de pelo menos uma das unidades de trilha. É contemplado que em um conjunto de unidades de trila opostas, sensores de posição sejam usados para manter uma trilha em uma posição estacionaria, na qual uma trilha oposta opera para ser móvel e ser controlada na base da pressão exercida sobre a tubulação. E evidente que ao aumento da pressão, a "posição controlada da unidade de trilha do tensor" tenderá a se mover para trás, a qual é corrigida na base do controle de posição. Isto permite manter o duto na trajetória de tubulação contemplada e evitar carga não uniforme indesejável na tubulação.

Claims (15)

1. Tensor de instalação de tubulação submarina compreendendo uma armação tensora e múltiplas unidades de pista montadas na dita armação, no qual cada unidade de pista inclui uma pista sem-fim, um chassi, dispositivos de mancai, roletes ou semelhantes, montados sobre o chassi para suportar a pista sem-fim, e um ou mais membros de controle de movimento de pista para efetuar o movimento controlado da pista, e no qual cada unidade de pista é disposta móvel no interior da armação controlada, caracterizado pelo fato de que cada unidade de pista é disposta de maneira móvel no interior da armação associada por um sistema de barras de união paralelas entre o chassi ou a unidade de pista e a armação do tensor.

2. Tensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as barras de união paralelas são respectivamente ligadas com o chassi de uma umidade de pista próxima a uma e outra extremidade do chassi.

3. Tensor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma ou mais barras de articulação paralelas são ligadas com o chassi em posições intermediárias do chassi, de tal modo que o chassi da unidade de trilha é suportado pelo menos em ambas as suas regiões extremas assim como em uma seção central por cada uma das barras de junção paralelas.

4. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um atuador, de preferência um cilindro hidráulico, é disposto entre a armação e o chassi de uma unidade de pista.

5. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os múltiplos atuadores são propostos entre um chassi de unidade de pista e a armação em posições espaçadas ao longo da extensão do chassi, e no qual dispositivos de controle são associados com os atuadores que permite controlar independentemente a força exercida pelos servo motores sobre o chassi.

6. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que: uma ou mais, preferencialmente cada, das conexões de uma barra de junção paralela com o chassi (e/ou com a armação) ou de um servo motor para o chassi e/ou de um servo motor com o chassi (e/ou a armação) é prevista com uma célula de carga para medir a força efetiva exercida no local; e, um sinal de força obtido desse modo é alimentado a um sistema de controle que permite controlar a pressão de aperto em uma região associada do tensor sobre a tubulação.

7. Tensor de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que os servo motores são cilindros hidráulicos e nos quais os dispositivos de controle são dispositivos de controle hidráulicos que permitem controlar a pressão no interior de cada cilindro independentemente.

8. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que um atuador é associado com cada barra de junção paralela suportando o chassi.

9. Tensor de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o atuador atua sobre o chassi na vizinhança do ponto de conexão da barra de junção paralela.

10. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o tensor tem uma armação anular compreendendo múltiplos membros de armação em anel espaçados ao longo da extensão do tensor e interligados por membros de armação adicionais, de preferência axialmente dispostos.

11. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a armação tensora é construída de forma que a armação tensora possa ser aberta para entrada e/ou remoção lateral de uma tubulação para dentro e/ou para fora do tensor.

12. Tensor de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a armação tensora inclui uma parte de base, e.g. essencialmente em forma de U em seção transversal sobre a qual uma ou mais unidades de pista foram montadas, e duas partes de armação pivotáveis, que são giráveis em torno de um eixo geométrico de articulação, e.g. uma série de articulações alinhadas dispostas em forma de armação de anel, no qual as partes de armação pivotavelmente armadas são interligáveis/destacáveis através de membros de conexão, e.g. pinos que podem ser montados através de aberturas alinhadas nas extremidades livres.

13. Tensor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que os dispositivos sensores de posição são previstos para detectar a posição de pelo menos uma das unidades de trilha dentro da armação.

14. Tensor de instalação de tubulação submarina compreendendo uma armação de sensor e múltiplas unidades de trilha montadas no armação, na qual cada unidade de trilha incluir uma trilha sem fim, um chassi, um dispositivo de mancai, e.g. rolos de suporte ou semelhantes, montadas sobre o chassi para suportar uma trilha sem fim, e um ou mais membros de controle de rilha para afetar a ação controlada da trilha, e no qual cada unidade de trilha é disposta de maneira móvel no interior da armação associada, caracterizado pelo fato de que pelo menos três atuadores são previstos entre um chassi de unidade de trilha e a armação em posições espaçadas ao longo da extensão do chassi, e no qual dispositivos de controle são associados com os atuadores que permitem controlar independentemente a força exercida pelos atuadores sobre o chassi.

15. Navio de instalação de tubulação submarina caracterizado pelo fato de que inclui um tensor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.