BRPI0808832A2 - Sistema e método de supressão de vibração induzida por vórtice - Google Patents
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Description
“SISTEMA E MÉTODO DE SUPRESSÃO DE VIBRAÇÃO INDUZIDA POR VÓRTICE”
Pedidos Correlacionados
Este pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisional US co-pendente 60/894.748, depositado em 14 de março de 2007, e tendo número de registro de agente TH3214. O Pedido provisional US 60/894.748 é aqui incorporado em sua totalidade para referência.
Campo da Invenção
Esta invenção é relacionada com dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, e um sistemas e métodos para fixar os dispositivos a estruturas para reduzir arraste e/ou vibração induzida por vórtice (VIV).
Fundamentos da invenção
Quando um corpo não fuselado em um ambiente fluido, tal como um cilindro, é sujeito a uma corrente no fluido, é possível que o corpo sofra vibrações induzidas por vórtice (VIV). A estas vibrações podem ser causadas por forças hidrodinâmicas de oscilação sobre a superfície, que podem causar vibrações substanciais da estrutura, especialmente se a frequência forçada está na ou próxima a uma frequência natural estrutural.
A perfuração para e/ou a produção de hidrocarbonetos ou similares a partir de depósitos subterrâneos que existem sob um corpo de água expõe a perfuração submarina e equipamento de produção a correntes de água e à possibilidade de VIV. Equipamento exposto a VIV podem incluir estruturas que variam de tubos de um sistema de tubos ascendentes, tendões de ancoragem, mangueiras, umbilicais, e outros membros submarinos.
Existem geralmente dois tipos de tensões induzidas por corrente d’água, às quais elementos de um sistema podem ser expostos. O primeiro tipo de tensão, como mencionado acima, é causado por forças alternativas induzidas por vórtice que vibram a estrutura submarina em uma direção perpendicular à direção da corrente. Essas são referidas como vibrações induzidas por vórtice (VIV). Quando água flui para depois da estrutura, vórtices são alternadamente desprendidos a partir de cada lado da estrutura. Isto produz uma força de flutuação sobre a estrutura, transversal à 5 corrente. Essas vibrações podem, dependendo da rigidez e da resistência da estrutura e de quaisquer soidas, conduzir a vidas úteis inaceitavelmente curtas devido à fadiga. O segundo tipo de tensão é causado por forças de arraste que empurram a estrutura na direção da corrente, devido à resistência da estrutura ao fluxo de fluido. As forças de arraste podem ser amplificadas por vibrações 10 induzidas por vórtices da estrutura. Por exemplo, a estrutura que está vibrando devido à formação de turbilhões irá romper o fluxo de água em tomo da estrutura mais que um umbilical estacionário. Isto resulta em maior transferência de energia da corrente para a estrutura, e, em conseqüência, maior arraste.
Muitos métodos foram desenvolvidos para reduzir vibrações
de estruturas submarinas. Alguns desses métodos para reduzir vibrações causadas por vórtice, que são causadas por turbilhões nas estruturas submarinas, operam por meio da estabilização da esteira. Esses métodos incluem carenagens aerodinâmicas, defletores e bandeiras de esteira. 20 Carenagens aerodinâmicas ou em forma de gota, carenagens que pivotam em tomo da estrutura, foram desenvolvidas, as quais quase eliminam o desprendimento ou formação de turbilhões ou vórtices. Outros métodos convencionais para reduzir vibrações causadas por desprendimento ou formação de vórtices de estruturas submarinhas operam pela modificação da 25 camada limite do fluxo em tomo da estrutura para prevenir a correlação do desprendimento ou formação de vórtices ao longo da estrutura. Exemplos de tais métodos incluem o uso de cintas de defensa helicoidais em tomo da estrutura, ou anteparos de barras axiais e anteparos perfurados.
A Patente US 6.695.539 revela um aparelho e métodos para instalar remotamente dispositivos de redução de vibração induzida por vórtice (VIV) e dispositivos de redução de arraste sobre estruturas alongadas em ambientes de fluido em movimento. O aparelho é uma ferramenta para transportar e instalar os dispositivos. Os dispositivos instalados podem incluir 5 cintas de defensa em forma de conchas de mexilhão, anteparos, carenagens, luvas e módulos de flutuação. A Patente US 6.695.539 é aqui incorporada em sua totalidade para referência.
Com referência agora à figura 1, a estrutura de superfície 102 está no corpo de água 100. A estrutura de superfície 102 é conectada com a 10 subestrutura de superfície 103 no leito do mar 108 pelo membro conector 104, tal como uma torre, tubo ascendente, cabo, ou tendão. Corrente 110 encontra o membro conector 104. Para proteger o membro conector 104 contra vibração causada por corrente 110, carenagens 114 foram instaladas. Um ou mais colares (não mostrados) podem ser instalados entre carenagens 15 adjacentes.
Quando os dispositivos de supressão de VIV são instalados sobre estruturas submarinas, cada dispositivo de supressão precisa ser transportado de uma embarcação de superfície para o desejado local de instalação sobre a estrutura. Um método para atingir isto é fazer uma viagem 20 de ROV para a superfície e instalar um dispositivo por vez. Outras ferramentas foram propostas, as quais podem transportar mais que um dispositivo por vez sobre a ferramenta. Cada viagem para a superfície para apanhar um dispositivo aumenta o tempo e complexidade da instalação.
Existe uma necessidade na técnica por sistemas e métodos aperfeiçoados para suprimir VIV.
Existe uma necessidade na técnica por sistemas e métodos para suprimir VIV que não apresentam as desvantagens da técnica anterior.
Existe uma necessidade na técnica por sistemas e métodos para prover dispositivos de supressão de VIV para estruturas, e por sistemas e método de instalação aperfeiçoados para os dispositivos de supressão de VIV.
Existe uma necessidade na técnica por sistemas e métodos de instalação de dispositivos de supressão de VIV que requerem menos viagens para a superfície.
Estas e outras necessidades ficarão aparentes para aqueles
versados na técnica na leitura deste pedido, incluindo seus desenhos e reivindicações.
Sumário da Invenção
Em um aspecto, a invenção provê um sistema compreendendo 10 uma estrutura submarina embaixo de um corpo de água, sujeita a uma corrente de água; uma embarcação de instalação flutuando sobre o corpo de água; uma linha conectada com a estrutura submarina e a embarcação de instalação; e um ou mais dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, conectados com a linha, que foram abaixados a partir da embarcação 15 para ser instalados sobre a estrutura submarina.
Em outro aspecto, a invenção provê um método, compreendendo instalar uma estrutura submarina em um corpo de água, em que a estrutura submarina é sujeita a uma ou mais correntes de água; cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina; 20 conectar pelo menos uma linha à estrutura submarina e a uma embarcação de superfície; abaixar pelo menos um dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice a partir da embarcação sobre a linha; e instalar o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice da linha para o exterior da estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma 25 superfície externa da estrutura submarina.
Vantagens da invenção podem incluir uma ou mais das seguintes: sistemas e métodos aperfeiçoados para suprimir VIV; sistemas e métodos para suprimir VIV que não apresentem as desvantagens da técnica anterior; Sistemas e métodos para prover dispositivos de supressão de VIV a estruturas, e sistemas de instalações e métodos aperfeiçoados para os dispositivos de supressão de VIV; e/ou
Sistemas e métodos de instalação de dispositivos de supressão de VIV que requerem menos viagens para a superfície.
Breve Descrição das Figuras
A figura 1 ilustra uma estrutura sujeita a uma corrente.
As figuras 2a-2e ilustram um sistema para instalar dispositivos de supressão sobre uma estrutura submarina.
As figuras 3a-3b ilustram um sistema de carenagem sendo
instalado em tomo da estrutura.
Descrição Detalhada
Com referência agora à figura 2a, o sistema 200 é ilustrado. O sistema 200 inclui estrutura de superfície 202 próxima à superfície da água, 15 que é fixada ao membro conector 204. O membro conector 204 é também conectado com a subestrutura de superfície 203 próxima ao fundo do mar 208. Exteriormente ao membro conector 204, próximo ao fundo do mar 208, o colar 220 foi instalado. A embarcação 222 está também próxima à superfície da água, que é conectada com um colar 220 por uma ou mais linhas 20 224. Em lugar do colar 220, linhas 224 podem ser conectadas à estrutura 202 por qualquer método apropriado, tal como ligação da linha 224 próxima a uma junta da estrutura 202, próxima a um flange da estrutura 202, soldagem ou linha de fixação 224 à estrutura, ou outros meios apropriados como são conhecidos na técnica.
Com referência agora à figura 2b, carenagens 214 foram
abaixadas a partir da embarcação 222 em direção ao colar 220 ao longo da linha 224. As carenagens 214 atuam para reduzir arraste e/ou vibração induzida por vórtice que atua sobre o membro conector 204, devido à corrente 210. As carenagens 214 podem ser mais pesadas que a água de forma que elas afundam em direção ao colar 220. As carenagens podem ser fixadas uma na outra por conectores 216.
Com referência agora à figura 2c, a embarcação 222 é movida em direção à estrutura de superfície 202 de forma que carenagens 214 e linha 224 se movem para mais próximo ao membro conector 204.
Com referência agora à figura 2d, embarcação de subsupefície 230 com mecanismo de fixação 232, por exemplo, braços, para apreender carenagens 214. A embarcação de subsupefície 230 é usada para instalar carenagens 214 em tomo do membro conector 204.
Com referência agora à figura 2e, a linha 224, embarcação de
subsupefície 230 e embarcação 222 foram removidas depois da finalização de colocação das carenagens 214 em tomo do membro conector 204. As carenagens 214 podem ser mais pesadas que a água de forma que elas afundam em direção ao colar 220. Alternativamente, as carenagens 214 15 podem ser mais leves que água de forma que elas flutuam em direção a outro colar (não mostrados).
Com referência agora à figura 3 a, uma carenagem 314 é ilustrada. A carenagem 314 pode ser instalada em tomo da estrutura 304. A carenagem 314 é solicitada para uma posição fechada, por exemplo por meio 20 de uma mola ou por meio de um material elástico. A carenagem 314 inclui o membro 316, que mantém a carenagem 314 protegida contra fechamento. A carenagem 314 inclui mecanismo de conexão, por exemplo um membro macho 318a que pode ser recebido e travado dentro de um membro fêmea 318b. A carenagem 314 inclui duas guias de linha 320a e 320b. Guias de linha 25 320a e 320b, cada, podem receber uma linha para abaixar a carenagem 314 até um local desejado ao longo da estrutura 304, e para manter a orientação desejada da carenagem 314 em relação à estrutura 304, por exemplo a abertura da carenagem 314 em direção à estrutura 304.
Na operação, a carenagem 314 move-se em direção à estrutura 304, como mostrado pela seta, de forma que estrutura 304 desarma o membro 316, e a carenagem 314 se fecha devido à força de solicitação.
Quando a carenagem 314 se fecha, o membro macho 318a é travado dentro do membro fêmea 318b, como mostrado na figura 3b.
Um espaço pode ser definido entre o exterior da estrutura 304
e o interior da carenagem 314, o qual permite que a carenagem 314 indique a direção da corrente, quando de direções de corrente variáveis.
Uma ou mais porções do sistema podem ser ou conter cobre para retardar a incrustação marinha.
As carenagens podem ser substituídas por cintas de defensa,
anteparos, defletores de esteira, carenagens de cauda, módulos de flutuação, ou outros dispositivos, como são conhecidos na técnica. Luvas apropriadas, colares apropriados, e dispositivos apropriados para a instalação no exterior das estruturas, e métodos de sua instalação são revelados no Pedido de 15 Patente US Número 10/839.781, tendo número de registro de agente TH1433; Pedido de Patente US Número 11/400.365, tendo número de registro de agente TH0541; Pedido de Patente US Número 1 1/419,964, tendo número de registro de agente TH2508; Pedido de Patente US Número 1 1/420,838, tendo número de registro de agente TH2876; Pedido de Patente US Número 20 60/781,846 tendo número de registro de agente TH2969; Pedido de Patente US Número 60/805,136, tendo número de registro de agente TH1500; Pedido de Patente US Número 60/866,968, tendo número de registro de agente TH31 12; Pedido de Patente US Número 60/866,972, tendo número de registro de agente TH3190; Patente US Número 5.410.979; Patente US Número 25 5.410.979; Patente US Número 5.421.413; Patente US Número 6.179.524; Patente US Número 6.223.672; Patente US Número 6.561.734; Patente US Número 6.565.287; Patente US Número 6.571.878; Patente US Número 6.685.394; Patente US Número 6.702.026; Patente US Número 7.017.666; e Patente US Número 7.070.361, que são aqui incorporados em sua totalidade para referência..
Métodos apropriados para instalar carenagens, colares, e outros dispositivos para instalar ao exterior de estruturas, são revelados no Pedido de Patente US Número 10/784.536, tendo número de registro de 5 agente TH 1853.04; Pedido de Patente US Número 10/848,547, tendo número de registro de agente TH2463; Pedido de Patente US Número 1 1/596,437, tendo número de registro de agente TH2900; Pedido de Patente US Número 1 1/468,690, tendo número de registro de agente TH2926; Pedido de Patente US Número 1 1/612.203, tendo número de registro de agente TH2875; Pedido 10 de Patente US Número 60/806,882, tendo número de registro de agente TH2879; Pedido de Patente US Número 60/826,553, tendo número de registro de agente TH2842; Patente US Número 6,695,539; Patente US Número 6,928,709; e Patente US Número 6,994,492; que são aqui incorporados em sua totalidade para referência.
Os colares e/ou carenagens podem ser instalados sobre o
membro conector antes ou depois de o membro conector ser colocado em um corpo de água. Os colares, carenagens e/ou outros dispositivos exteriores à estrutura podem ter uma configuração de conchas de mexilhão, e podem ser articulados com um mecanismo de fecho oposto à articulação, por exemplo um mecanismo que pode ser operado com um ROV.
Colares podem ser colocados entre carenagens adjacentes, ou entre cada 2 a 10 carenagens. O colar pode ser um anel de cobre.
As carenagens podem ser providas com placas de cobre sobre suas extremidades para permitir que elas indiquem a direção de corrente com carenagens adjacentes ou colares.
As carenagens podem ser parcialmente fabricadas de cobre.
Um espaçador biodegradável pode ser pode ser colocado entre carenagens adjacentes para mantê-las afastadas contra ligação e permitir que as mesmas indiquem a direção de corrente depois do espaçador ter se degradado.
Formas de Realização Ilustrativas
Em uma forma de realização, é exposto um sistema compreendendo uma estrutura submarina embaixo de um corpo de água, 5 sujeita a uma corrente de água; um colar exterior à estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina; uma embarcação de instalação flutuando sobre o corpo de água; uma linha conectada com o colar e a embarcação de instalação; e um ou mais dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, conectados com a 10 linha, que foram abaixados a partir da embarcação para ser instalados sobre a estrutura submarina. Em algumas formas de realização, a estrutura submarina é selecionada de um umbilical, uma tubulação, um tubo ascendente, e um tendão. Em algumas formas de realização, o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice compreende uma carenagem ou uma cinta de 15 defensa helicoidal. Em algumas formas de realização, a linha compreende pelo menos duas linhas, os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, conectados às pelo menos duas linhas. Em algumas formas de realização, os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice são negativamente flutuantes na água. Em algumas formas de realização, os dispositivos de 20 supressão de vibração induzida por vórtice compreendem um ou mais ressaltos adaptados para formar uma interface com o colar e/ou outros dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice. Em algumas formas de realização, o sistema também inclui um colar entre dois dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, adjacentes, o colar conectado com a linha.
Em uma forma de realização, é exposto um método
compreendendo instalar uma estrutura submarina em um corpo de água, em que a estrutura submarina é sujeita a uma ou mais correntes de água; instalar um colar exterior à estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina; conectar pelo menos uma linha ao colar e a uma embarcação de superfície; abaixar pelo menos um dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice a partir da embarcação em direção ao colar sobre a linha; e instalar o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice da linha para o exterior da 5 estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina. Em algumas formas de realização, o método também inclui instalar colares exteriores adicionais na estrutura submarina, os colares adaptados para reter os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice em um local axial ao longo da estrutura submarina. Em algumas formas 10 de realização, o colar é instalado sobre a estrutura submarina antes de a estrutura submarina ser instalada no corpo de água. Em algumas formas de realização, o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice é instalado sobre a estrutura submarina com um veículo operado remotamente (ROV). Em algumas formas de realização, o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice 15 compreende um mecanismo de fecho automático. Em algumas formas de realização, o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice é instalado por mover o dispositivo para ficar adjacente à estrutura submarina para ativar o mecanismo de fecho automático. Em algumas formas de realização, conectar pelo menos uma linha ao colar e uma embarcação de superfície 20 compreende conectar pelo menos duas linhas; e abaixar pelo menos um dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice a partir da embarcação em direção ao colar compreende abaixar sobre as pelo menos duas linhas.
Aqueles especializados na técnica apreciarão que muitas modificações e variações são possíveis em termos das formas de realização, 25 configurações, materiais e métodos expostos, sem fugir de seu espírito e escopo. Por conseguinte, o escopo das reivindicações anexadas a seguir e seus equivalentes funcionais não deve ser limitado por formas de realização particulares, descritas e ilustradas aqui, pois essas são meramente de natureza exemplificativa.
Claims (16)
1. Sistema de supressão de vibração induzida por vórtice, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estrutura submarina embaixo de um corpo de água, sujeita a uma corrente de água; uma embarcação de instalação flutuando sobre o corpo de água; uma linha conectada com a estrutura submarina e a embarcação de instalação; e um ou mais dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, conectados com a linha, que foram abaixados a partir da embarcação para ser instalados sobre a estrutura submarina.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura submarina é selecionada de um umbilical, uma tubulação, um tubo ascendente, e um tendão.
3. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 -2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice compreende uma carenagem ou uma cinta de defensa helicoidal.
4. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 -3, caracterizado pelo fato de que a linha compreende pelo menos duas linhas, os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice conectados com as pelo menos duas linhas.
5. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 -4, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice são negativamente flutuantes na água.
6. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 -5, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice compreendem um ou mais ressaltos adaptados para formar uma interface com um colar e/ou outros dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice.
7. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 - 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um espaçador entre dois dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice, adjacentes, o espaçador conectado com a linha.
8. Sistema de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 - 7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um colar exterior à estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a linha é conectada com o colar e a embarcação de instalação.
10. Método de supressão de vibração induzida por vórtice, caracterizado pelo fato de que compreende: instalar uma estrutura submarina em um corpo de água, em que a estrutura submarina é sujeita a uma ou mais correntes de água; conectar pelo menos uma linha à estrutura submarina e a uma embarcação de superfície; abaixar pelo menos um dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice a partir da embarcação sobre a linha; e instalar o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice da linha para o exterior da estrutura submarina, cobrindo pelo menos uma porção de uma superfície externa da estrutura submarina.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: instalar um ou mais colares exteriormente à estrutura submarina, os colares adaptados para reter os dispositivos de supressão de vibração induzida por vórtice em um local axial ao longo da estrutura submarina.
12. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 10- 11, caracterizado pelo fato de que um colar é instalado sobre a estrutura submarina antes da estrutura submarina ser instalada no corpo de água.
13. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 10- 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice é instalado sobre a estrutura submarina com um veículo operado remotamente (ROV).
14. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 10- 13, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice compreende um mecanismo de fecho automático.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice é instalado pelo movimento do dispositivo para adjacente à estrutura submarina para ativar o mecanismo de fecho automático.
16. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 10- 15, caracterizado pelo fato de que conectar pelo menos uma linha ao colar e a uma embarcação de superfície compreende conectar pelo menos duas linhas; e abaixar pelo menos um dispositivo de supressão de vibração induzida por vórtice a partir da embarcação compreende abaixar sobre as pelo menos duas linhas.
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