BRPI0817891B1

BRPI0817891B1 - sistema de cápsula de flutuação e método para tensionar um tubo ascendente de tensão no topo

Info

Publication number: BRPI0817891B1
Application number: BRPI0817891-7A
Authority: BR
Inventors: Muehlner Edmund; David Finn Lyle
Original assignee: Horton Deepwater Dev Systems Inc; Horton Wison Deepwater Inc
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2019-11-12
Also published as: US8387703B2; CN101821158A; BRPI0817891A8; US20090095485A1; BRPI0817891A2; CN101821158B; WO2009049286A1

Abstract

sistema de cápsula de flutuação e :método para tracionar um tubo ascendente de tração no topo. um sistema de cápsula de flutuação tubular para tracionar um tubo ascendente de tração no topo. em algumas modalidades, o sistema inclui uma cápsula tubular acoplada ao tubo ascendente de tração no topo, e um sistema de gás pressurizado configurado para seletivamente injetar gás pressurizado na cápsula tubular. a cápsula tubular inclui uma extremidade superior encerrada tendo pelo menos uma abertura fechável através da mesma, uma extremidade inferior aberta configurada para permitir que água do mar escoe livremente para dentro e para fora da cápsula tubular, e uma superficie interna estendendo-se através da mesma. a superficie interna é desprovida de obstruções estruturais que inibam o livre escoamento de água do mar através da extremidade inferior. quando a abertura é aberta, a cápsula tubular é lastrada de água do mar. quando a abertura é fechada e gás pressurizado é injetado na cápsula tubular, a cápsula tubular é deslastrada de água do mar.

Description

SISTEMA DE CÁPSULA DE FLUTUAÇÃO E MÉTODO PARA TENSIONAR UM TUBO ASCENDENTE DE TENSÃO NO TOPO DECLARAÇÃO SOBRE PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADO PELO GOVERNO FEDERAL

Não Aplicável FUNDAMENTO [001] As modalidades da invenção referem-se, em geral, a cápsulas de flutuação para tensionar tubos ascendentes. Mais particularmente, as modalidades da invenção referem-se a um sistema de cápsula de flutuação tubular para prover de uma carga de tensão ajustável um tubo ascendente tensionado no topo.

[002] Os tubos ascendentes marinhos são empregados tipicamente em plataformas fora da costa para prover ligações entre a plataforma e o leito do mar. Os tubos ascendentes de perfuração marinhos são usados para guiar uma coluna de perfuração e transportar fluidos usados durante várias operações de perfuração fora da costa. Os tubos ascendentes de produção marinhos estabelecem uma via de escoamento para hidrocarbonetos produzidos de um reservatório submarino para uma instalação de produção localizada na superfície da água. Existem outros tipos de tubos ascendentes marinhos. Ainda assim, as funções dos tubos ascendentes marinhos, em geral, podem ser resumidas como a transferência de substância, energia ou sinais entre o leito do mar e a superfície da água.

[003] O que é comum a todos os tipos de tubos ascendentes marinhos é que devido a sua altura, é necessária certa quantidade de força vertical para manter o tubo ascendente na vertical e impedi-lo de cair no fundo do mar. Ademais, verticalmente disposto, os tubos ascendentes marinhos precisam ser sobretensionados além de seu próprio peso, a fim de limitar as deflexões e trações no tubo ascendente devido à exposição ao ambiente oceânico dinâmico. Estes tubos as

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2/17 cendentes dispostos e tensionados verticalmente são comumente conhecidos como tubos ascendentes de tensão no topo. Além da exigência de tensão, os tubos ascendentes conectados a uma embarcação de perfuração flutuante ou de produção precisam ser desacoplados do movimento de arfagem da embarcação, que é induzido por ação das ondas.

[004] Os dois tipos comumente usados de dispositivos de tensionamento de tubo ascendente são atuadores hidráulicos e cápsula de flutuação. Para um tensionador de tubo ascendente hidráulico, atuadores hidráulicos são conectados entre a embarcação e o topo do tubo ascendente. A arfagem da embarcação é compensada por curso do atuador, enquanto a tensão do tubo ascendente é mantida a um nível substancialmente constante, controlando ativamente a pressão hidráulica. Os tensionadores de cápsula de flutuação, por outro lado, são dispositivos passivos conectados à porção superior de tubos ascendentes abaixo da linha d'água. A tensão do tubo ascendente é provida pela flutuação, enquanto a arfagem da embarcação é compensada permitindo que a cápsula de flutuação possa deslizar para cima e para baixo em relação à embarcação matriz em guias do tipo camisa. Convencionalmente, tanto os tensionadores hidráulicos como a cápsula de flutuação são aplicados a um único tubo ascendente. Quando uma pluralidade de tubos ascendentes tiver que ser suportada, cada tubo ascendente é tensionado individualmente por um tensionador independente.

[005] Independente do tipo de tensionador de tubo ascendente, as exigências funcionais para operação em águas profundas e ambientes oceânicos extremos proporcionam desafios tecnológicos significativos para projeção do mesmo. O peso do tubo ascendente e consequentemente a exigência de capacidade do tensionador aumentam com a profundidade de água. As exigências de curso de tensionador

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3/17 aumentam com movimentos crescentes da embarcação matriz, que, por sua vez, são resultantes da severidade do ambiente de onda. Algumas cápsulas de flutuação, tais como aquelas divulgadas na Patente U.S. No. 6.884.003, permitem o suporte de múltiplos tubos ascendentes. Quando estas cápsulas de flutuação de múltiplos tubos ascendentes operam com menos que o complemento total de tubos ascendentes, a cápsula de flutuação precisa ser lastrada para impedir sobretensionamento dos tubos ascendentes. Devido ao lastro adicional, períodos de arfagem das cápsulas de flutuação podem mudar em uma faixa onde exista energia de onda considerável, resultando em cargas dinâmicas aumentadas para os tubos ascendentes. Devido a estas restrições de desenho, os tensionadores usados para a última geração de embarcações de perfuração e produção são grandes, complexos, e dispendiosos. Para algumas aplicações, as exigências de carga e curso alcançaram os limites de tecnologia de tensionador existente.

[006] A exploração e produção em águas ainda mais profundas e ambientes mais severos exigem novas tecnologias que superem as limitações atuais. Ademais, flexibilidade operacional e redução de custo em sistemas de tubo ascendente marinho têm se tornado cada vez mais importante para a indústria de gás & petróleo, à medida que esta indústria é confrontada com reservatórios mais economicamente desafiantes em águas profundas. Consequentemente, as modalidades da invenção são direcionadas a sistemas de cápsula de flutuação e métodos associados que buscam superar estas e outras limitações da arte anterior.

SUMÁRIO DAS MODALIDADES PREFERIDAS [007] Um sistema de cápsula de flutuação tubular e métodos associados para tensionar um tubo ascendente de tensão no topo são divulgados. Em algumas modalidades, o sistema inclui uma ou mais cápsulas tubulares acoplada ao tubo ascendente de tensão no topo e

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4/17 um sistema de gás pressurizado configurado para seletivamente injetar gás pressurizado na cápsula tubular. Cada cápsula tubular inclui uma extremidade superior encerrada tendo pelo menos uma abertura fechável através da mesma, uma extremidade inferior aberta configurada para permitir que água do mar escoe livremente para dentro e para fora da cápsula tubular, e uma superfície interna estendendo-se entre a mesma. A superfície interna é desprovida de obstruções estruturais que inibam o livre escoamento de água do mar através da extremidade inferior. Quando a abertura é aberta, a cápsula tubular é lastrada de água do mar. Quando a abertura é fechada e gás pressurizado é injetado na cápsula tubular, a cápsula tubular é deslastrada de água do mar.

[008] Alguns métodos para tensionar ajustavelmente o tubo ascendente de tensão no topo incluem acoplar a cápsula tubular ao tubo ascendente de tensão no topo, abrir a abertura fechável, por meio do qual a cápsula tubular lastrada com água do mar, por meio do qual uma carga de tensão aplicada ao tubo ascendente de tensão no topo pela cápsula tubular é reduzida. Os métodos incluem ainda fechar a abertura fechável e injetar gás pressurizado na cápsula tubular, por meio do qual a cápsula tubular deslastrada de água do mar, por meio do qual a carga de tensão aumenta.

[009] Algumas modalidades de um sistema de cápsula de flutuação tubular para tensionar um tubo ascendente de tensão no topo incluem uma ou mais cápsulas tubulares, cada cápsula tubular configurável entre uma configuração deslastrada e uma configurada lastrada. Na configuração deslastrada, cada cápsula tubular tem um primeiro período de arfagem natural. Na configuração lastrada, cada cápsula tubular tem um segundo período de arfagem natural. O primeiro período de arfagem natural e o segundo período de arfagem natural são substancialmente os mesmos.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0010] Para uma descrição mais detalhada das modalidades, será feita agora referência aos seguintes desenhos anexos.

[0011] A fig. 1 é uma representação esquemática de um sistema de cápsula de flutuação de tubos ascendentes múltiplos convencional.

[0012] A fig. 2 é uma representação esquemática de análogo mecânico do sistema de cápsula de flutuação convencional da fig. 1.

[0013] A fig. 3 é uma representação esquemática do sistema de cápsula de flutuação convencional da fig. 1 com apenas um tubo ascendente instalado.

[0014] A fig. 4 é uma representação esquemática de um análogo mecânico do sistema de cápsula de flutuação convencional da fig. 3.

[0015] A fig. 5 é uma representação esquemática de uma embarcação flutuante com um sistema de cápsula de flutuação tubular de acordo com os princípios divulgados neste documento.

[0016] A fig. 6 é uma representação esquemática de uma seção transversal através do sistema de cápsula de flutuação tubular e tubos ascendentes da fig. 5.

[0017] A fig. 7 é uma representação esquemática da embarcação flutuante e sistema de cápsula de flutuação tubular da fig. 5 dentro de apenas um tubo ascendente instalado.

[0018] A fig. 8 é uma representação esquemática da embarcação flutuante e sistema de cápsula de flutuação tubular da fig. 5 dentro de um segundo tubo ascendente instalado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [0019] Várias modalidades da invenção serão descritas agora, fazendo-se referência aos desenhos anexos, em que números de referências iguais são usados para partes iguais por todas as diversas vistas. As figuras não estão necessariamente em escala. Certas características da invenção podem ser mostradas em escala exagerada ou de

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6/17 forma um pouco esquemática, e alguns detalhes dos elementos convencionais podem não ser mostrados por razões de clareza e concisão.

[0020] Na discussão a seguir e nas reivindicações, os termos incluindo e compreendendo são usados de uma maneira não limitada, e, assim, devem ser interpretados significando incluindo, mas não limitado a .... Igualmente, os termos acoplam, acopla, e acoplado usados para descrever quaisquer conexões se destinam cada um a significar e referir-se a ou uma conexão indireta ou direta.

[0021] As modalidades preferidas da invenção referem-se a sistemas de cápsula de flutuação usados em plataformas flutuantes. A invenção é suscetível a modalidades de diferentes formas. São mostrados nos desenhos, e neste documento serão descritas detalhadamente, modalidades específicas da invenção com o entendimento de que a presente divulgação deve ser considerada como uma exemplificação dos princípios da invenção, e não se destina a limitar a invenção àquela ilustrada e descrita neste documento. É importante plenamente reconhecer que os diferentes ensinamentos das modalidades discutidas abaixo podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação adequada de modo a produzir resultados desejados.

[0022] Para compreender e apreciar a novidade da invenção, são apresentados uma breve discussão dos sistemas de cápsula de flutuação convencionais, sua operação e comportamento associado. Referindo-se a fig.1, é retratado um sistema de cápsula de flutuação convencional de exemplo 10. O sistema de cápsula de flutuação 10 suspende quarto tubos ascendentes de tensão no topo 15 acoplados abaixo do leito do mar 20. Por questão de conveniência, os tubos ascendentes 15 são idênticos no que diz respeito a estrutura e peso. A carga de tensão aplicada aos tubos ascendentes 15 pelo sistema de cápsula de flutuação 10 é igual à capacidade de flutuação do sistema

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10, simbolicamente representada por Bi nesta figura. Assim, o sistema de cápsula de flutuação 10 é configurado ou dimensionado para ter capacidade de flutuação suficiente Bi para aplicar a carga de tensão requerida aos tubos ascendentes 15, de modo que os tubos ascendentes 15 permaneçam suspensos acima do leito do mar 20.

[0023] Passando agora para fig. 2, é retratado um análogo mecânico simples do sistema de cápsula de flutuação 10 e tubos ascendentes 15 da fig. 1. Neste análogo, o sistema de cápsula de flutuação 10 é representado por uma massa 25 tendo uma massa Mi igual à massa do sistema de cápsula de flutuação 10. Cada um dos tubos ascendentes 15 é representado por uma mola simples 30 tendo uma rigidez c. O período natural de arfagem Ti do período de flutuação Ti do sistema de cápsula de flutuação 10 pode ser determinado em função da massa do sistema de cápsula de flutuação 10, ou Mi, a rigidez c de cada tubo ascendente 15, e o número N de tubos ascendentes instalados 15 de acordo com a seguinte equação:

T = 2π.

[0024] Como visto da equação acima, o período de arfagem natural Ti do sistema de cápsula de flutuação 10 aumenta com a massa crescente Mi do sistema de cápsula de flutuação 10.

[0025] Para suspender os tubos ascendentes 15 do sistema de cápsula de flutuação 10, como mostrado na fig. 1, cada tubo ascendente 15 é tipicamente instalado um de cada vez. Porque o sistema de cápsula de flutuação 10 é dimensionado para tensionar adequadamente quatro tubos ascendentes 15, a capacidade de flutuação do sistema 10 provê uma carga de tensão que ultrapassa aquela requerida para apoiar menos que quatro tubos ascendentes 15. Para evitar sobretensionamento do primeiro tubo ascendente(s) instalado 15, lastro 35, tipicamente de água do mar, é introduzido no sistema de cápsula de flutuação 10, como ilustrado na fig. 3. A quantidade de lastro 35 adicio

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8/17 nado ao sistema de cápsula de flutuação 10 é determinada em função da carga de tensão máxima admissível B2 para o tubo ascendente individual instalado 15. Desse modo, o lastro 35 é adicionado ao sistema de cápsula de flutuação 10 até a capacidade de flutuação do sistema 10 estar no máximo em B2.

[0026] Passando agora para fig. 4, é retratado um análogo mecânico simples do sistema de cápsula de flutuação 10 e o tubo ascendente individual instalado 15 da fig. 3. Neste análogo, o sistema de cápsula de flutuação 10 é representado por uma massa 40 tendo uma massa M2 igual à massa do sistema de cápsula de flutuação 10, enquanto o tubo ascendente individual instalado 15 é novamente representado por uma mola simples 30 tendo rigidez c. Como antes, o período de arfagem natural T2 do sistema de cápsula de flutuação 10 é uma função da massa do sistema de cápsula de flutuação 10, ou M2, a rigidez c do tubo ascendente 15, e o número N dos tubos ascendentes instalados 15, de acordo com a seguinte equação:

[0027] Porque os sistemas de cápsula de flutuação convencionais, como o sistema 10, são fechados, particularmente na base dos mesmos 45 (fig. 3), água do mar adicionada como lastro 35, fica contida dentro do sistema 10. Devido a sua contenção, o lastro de água do mar 35 move-se com o sistema 10 em resposta a movimentos circundantes de onda. Como tal, o lastro 35 efetivamente aumenta a massa do sistema 10 a um nível igual à massa do lastro 35, que, por sua vez, aumenta o período de arfagem natural T2 do sistema 10. Ondas tendo períodos naturais na faixa de 5 a 15 segundos têm energia apreciável. Quando lastro suficiente 35 é adicionado ao sistema de cápsula de flutuação 10, de tal modo que o período de arfagem natural T2 do sistema 10 cai dentro desta faixa, o tubo ascendente individual instalado 15 pode experimentar trações de carga que ultrapassam seu desenho auPetição 870190052606, de 04/06/2019, pág. 11/29

9/17 torizado.

[0028] As modalidades da invenção são dirigidas a sistemas de cápsula de flutuação tubular e métodos associados que possibilitam ajuste da capacidade de flutuação do sistema, e, assim, da carga de tensão, para um ou mais tubos ascendentes de tensão no topo suspensos a partir dos mesmos, sem sensível impacto ao período natural do sistema de cápsula de flutuação. Passando agora para fig. 5, uma embarcação flutuante 100 é retratada com um sistema de cápsula de flutuação tubular 105, de acordo com os princípios divulgados neste documento, acoplado a mesma. A embarcação flutuante 100 constituise de qualquer tipo de estrutura flutuante a qual um ou mais tubos ascendentes de tensão no topo 110 pode ser acoplado, tal como, por exemplo, a uma plataforma de longarina ou de pernas tensionadas. A embarcação flutuante 100 suporta um lado superior 115 e inclui uma armação 120 para centralizar o sistema de cápsula de flutuação tubular 105. A embarcação flutuante 100 inclui ainda uma pluralidade de suportes laterais 125 dispostos entre o sistema de cápsula de flutuação tubular 105 e a embarcação 100 para possibilitar ao sistema de cápsula de flutuação tubular 105 subir e descer com movimentos de onda circundantes em relação à embarcação 100 com mínima resistência. Em algumas modalidades, os suportes laterais 125 são roletes.

[0029] O sistema de cápsula de flutuação tubular 105 é configurado para suspender um ou mais tubos ascendentes de tensão no topo 110 acoplado abaixo do leito do mar 20. Desse modo, a capacidade de flutuação do sistema 105 é suficiente para suspender todos os um ou mais tubos ascendentes 110 uma vez instalados. A carga de tensão aplicada aos tubos ascendentes 110 pelo sistema de cápsula de flutuação tubular 105 é igual à capacidade de flutuação do sistema 105, que, como descrito abaixo, é seletivamente ajustável para garantir que o um ou mais tubos ascendentes 110 sejam tensionados a níveis de

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10/17 sejados. A capacidade de flutuação do sistema 105, e, assim, a carga de tensão aplicada aos tubos ascendentes 110, é limitada pela capacidade de flutuação do sistema 105.

[0030] O sistema de cápsula de flutuação tubular 105 inclui uma ou mais cápsulas de flutuação 130 acopladas juntas, de tal modo que as cápsulas 105 movem-se coletivamente como uma única unidade em resposta a movimentos. Em algumas modalidades, as cápsulas 130 são acopladas respectivamente por uma pluralidade de placas verticais e horizontais 135, 140, a última ilustrada na fig. 6. Ainda referindo-se a fig. 5, cada cápsula de flutuação 130 é em formato tubular, tendo uma extremidade superior 145 e uma extremidade inferior 150. Em algumas modalidades, os tubos ascendentes 110 são posicionados dentro dos espaços intersticiais 225 entre as cápsulas 130 (fig. 6), enquanto em outras modalidades, um ou mais tubos ascendentes 110 estende-se através da cápsula 130. Na extremidade superior 145, a cápsula 130 inclui uma tampa 155 com um ou mais dispositivos de fechamento removíveis 160 acoplado a mesma. A tampa 155 impede que ar circule para dentro ou para fora da cápsula 130 através da extremidade superior 145 quando o dispositivo 160 está instalado na tampa 155. Quando o dispositivo de fechamento 160 é desacoplado ou removido da tampa 155, ar pode escoar livremente para dentro e para fora da cápsula 105 através da extremidade superior 145. O tamanho e configuração do dispositivo de fechamento 160 possibilitam a livre circulação de ar desta maneira, sem obstrução apreciável. Em algumas modalidades, o dispositivo de fechamento 160 é uma tampa de porta de inspeção. Uma pessoa versada na arte prontamente observará que cada tampa 155, em algumas modalidades, incluirá um ou mais dispositivos de fechamento 160 que são 160 cada um seletivamente acionável, eletronicamente ou de outro modo, entre uma posição aberta e uma posição fechada para, respectivamente, permitir ou impedir a

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11/17 livre circulação de ar para dentro ou para fora da cápsula 130 através da extremidade superior 145.

[0031] Na extremidade inferior 150, a cápsula 130 é aberta para permitir o livre escoamento de água do mar 165 para dentro e para fora do interior da cápsula 130, como indicado pelo nível do mar 170 identificado dentro de cada cápsula 130. Adicionalmente, a superfície interna 175 de cada cápsula 105 é desprovida de rigidez ou outras características estruturais que possam inibir o livre escoamento de água do mar 165 desta maneira. Daí, a água do mar 165 fica livre para escoar para dentro ou para fora da cápsula 130 através da extremidade inferior 150 em resposta aos movimentos de onda circundantes, obstruída apenas pela pressão do gás 220 contido na cápsula 130 acima do nível de água 170. Quando o dispositivo(s) de fechamento 160 é removido, ar a pressão atmosférica é contido dentro da cápsula 130 acima do nível de água 170. Este ar atmosférico constitui-se em uma obstrução desprezível ao livre escoamento de água do mar 165 para a cápsula 130. À medida que a água do mar 165 sobe para a cápsula 130, o ar atmosférico é forçado da cápsula 130 através da extremidade superior 145 à medida que o nível 170 de água do mar 165 na cápsula 130 sobe. Entretanto, quando o dispositivo de fechamento 160 é acoplado à cápsula 130, de modo que seja impedida livre circulação de ar através da extremidade superior 145, o ar aprisionado dentro da cápsula 130 acima do nível de água 170 é comprimido à medida que o nível de água 170 sobe devido ao influxo de água do mar 165 para a cápsula 130 através da extremidade inferior 150. Desse modo, o ar confinado resiste ou obstrui o livre escoamento de água do mar 165 para a cápsula 130, e impede mais influxo quando a pressão do ar confinado ultrapassa a pressão de água do mar 165 entrando na cápsula 130.

[0032] O sistema de cápsula de flutuação tubular 105 inclui ainda

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12/17 um sistema de gás pressurizado 180 que tem uma fonte de gás pressurizado 185 e uma pluralidade de linhas de escoamento 190 estendendo-se a partir da mesma. A fonte de gás pressurizado 185 pode ser posicionada no lado superior 115 da embarcação 100, como mostrado, ou em outro local da embarcação 100, ou no sistema de cápsula de flutuação 105, e é configurada para injetar gás pressurizado, tal como, por exemplo, ar ou nitrogênio, nas linhas de escoamento 190. Em algumas modalidades, a fonte de gás pressurizado 185 pode ser um compressor ou tanque de armazenagem contendo gás pressurizado. As linhas de escoamento 190 estendem-se entre a fonte 180 e cada tampa 155 das cápsulas 130, e são configuradas para prover o gás pressurizado da fonte 185 para os interiores 160 das cápsulas 105. O sistema de gás pressurizado 180 inclui ainda uma ou mais válvulas 195 posicionada ao longo de cada linha de escoamento 190. As válvulas 195 são acionáveis, manualmente ou de outro modo, para abrir e fechar a linha de escoamento 190 de modo a, respectivamente, permitir ou impedir escoamento de gás através das mesmas. Adicionalmente, o sistema de gás pressurizado 180 é configurado para seletivamente injetar gás pressurizado da fonte 180 para o interior das cápsulas 130, de tal modo que cada cápsula 130 possa ser pressurizada independentemente das outras cápsulas 130. Como será descrito, as cápsulas 130 são pressurizadas desta maneira para deslastrarem água do mar 165 contido nas mesmas, de modo a aumentar a capacidade de flutuação do sistema de cápsula de flutuação 105 e aumentar o aumento da capacidade de flutuação do sistema de cápsula de flutuação 105 e aumentar a carga de tensão aos tubos ascendentes 110 suspensos pelo sistema 105.

[0033] Como mencionado previamente, a instalação dos tubos ascendentes 110 ocorre uma de cada vez. Referindo-se agora à fig. 7, o sistema de cápsula de flutuação 105 é retratado com um tubo ascen

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13/17 dente individual instalado 110. A capacidade de flutuação do sistema 105 provê uma carga de tensão que ultrapassa a capacidade estrutural deste tubo ascendente individual 110. Portanto, é necessário reduzir a capacidade de flutuação do sistema 105 abaixo de sua capacidade, e assim, a carga de tensão sobre o tubo ascendente 110. Para reduzir a capacidade de flutuação do sistema 105 a níveis aceitáveis, um ou mais dispositivos de fechamento 155 são removidos, a fim de permitir que ar contido dentro de uma ou mais cápsulas 130 escape livremente através de suas extremidades superiores respectivas 145 e, em resposta, que a água do mar 165 escoe livremente para as cápsulas afetadas 105 através de suas extremidades inferiores respectivas 150. À medida que a água do mar 165 escoa para o sistema de cápsula de flutuação 105 desta maneira, a capacidade de flutuação do sistema 105 diminui a um nível que resulta em subida de uma carga de tensão 110 não acima de seu desenho autorizado.

[0034] Adicionalmente, ao contrário dos sistemas de cápsula de flutuação convencionais, como o sistema 10 das figs. 1 e 3, a água do mar 165 que entrou nas cápsulas 130 das quais os dispositivos de fechamento 155 foram removidos, ou lastro de água do mar 200, não fica confinada ou contida dentro das cápsulas 130. Como resultado, o lastro de água do mar 200 não se desloca na direção vertical 205 com as cápsulas 130 à medida que as cápsulas 130 sobem e descem em resposta a movimentos de onda circundantes. Portanto, o lastro de água do mar 200 não aumenta efetivamente a massa do sistema 105, e, por sua vez, o período de arfagem natural do sistema 105. Vale a pena ressaltar que o lastro de água do mar 200, entretanto, fica contido pelas cápsulas 130, de tal modo que o lastro de água do mar 200 se desloca com as cápsulas 130 na direção lateral 210 em resposta a movimentos de onda. Entretanto, nem movimento de lastro de água do mar 200 nem das cápsulas 130 na direção lateral 210 afeta o movi

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14/17 mento de arfagem do sistema de cápsula de flutuação 105 ou seu período de arfagem natural.

[0035] Neste ponto, um segundo tubo ascendente 110 pode ser instalado. Para prover tensão adequada aos dois novos tubos ascendentes instalados 110, como mostrado na fig. 8, o sistema de cápsula de flutuação 105 é descarregado de lastro purgando pelo menos uma porção do lastro de água do mar 200 de uma ou mais cápsulas 130. O dispositivo de fechamento 155 de uma ou mais cápsulas 130 é reacoplado ou reinstalado às tampas 160, selando, dessa maneira, as extremidades superiores 145 das cápsulas afetadas 130 para impedir a livre circulação de ar através das mesmas. A fonte de gás pressurizado 185 subsequentemente é acionada para injetar gás pressurizado 215 nos interiores das novas cápsulas seladas 130 contendo lastro de água do mar 200. À medida que a pressão de gás dentro das cápsulas 130 aumenta, o lastro de água do mar 200 é forçado das cápsulas 130 através das extremidades inferiores 150 e substituído por gás pressurizado 215. Quando as cápsulas 130 deslastram a um grau em que a carga de tensão sobre os tubos ascendentes 110 alcança o nível desejado, é interrompida injeção de gás 215 para as cápsulas 130.

[0036] Tubos ascendentes subsequentes 110 podem ser instalados e tensionados a níveis desejados deslastrando sistema de cápsula de flutuação tubular 105 usando o sistema de gás pressurizado 180 da mesma maneira. Inversamente, em algumas circunstâncias, pode ser desejável remover um ou mais dos tubos ascendentes instalados 110 e lastrar o sistema de cápsula de flutuação 105 para reduzir a capacidade de flutuação do sistema 105, e, assim, a carga de tensão aos tubos ascendentes restantes 110, seguindo os mesmos métodos descritos acima, mas em ordem essencialmente inversa. Como descrito, o sistema de cápsula de flutuação tubular 105 possibilita ajuste de sua capacidade de flutuação para acomodar trações de carga aos tubos

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15/17 ascendentes 110 suspensos a partir do mesmo sem significantemente alterar o período de arfagem natural do sistema 105 em direção ou para uma faixa onde exista energia de onda apreciável. Os benefícios práticos disto pode ser mais bem observado mediante comparação das tabelas 1 e 2 a seguir.

[0037] A tabela 1 inclui períodos de arfagem para um sistema de cápsula de flutuação convencional 300 em função de profundidade de água e o número de tubos ascendentes suspensos a partir do sistema 300. Como mostrado, o período de arfagem para o sistema de cápsula de flutuação convencional 300 ultrapassa 5 segundos para todas as profundidades de água ilustradas até que pelo menos um terceiro tubo ascendente seja instalado. Se o sistema 300 fosse usado para suspender um tubo ascendente de perfuração para uso em uma operação de perfuração a 6,000 pés de profundidade de água, por exemplo, três tubos ascendentes simulados adicionais precisariam ser instalados, a fim de reduzir o período de arfagem do sistema 300 abaixo de 5 segundos. A adição de três destes tubos ascendentes simulados à operação de perfuração adiciona gastos significativos a uma operação já de alto custo.

Tabela 1

Profundidade de Água - ft (1 ft = 30,5 cm)	4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000
No. de Tubos ascendentes	Período de Arfagem do Sistema de Cápsula de Flutuação Convencional 300, em segundos
0 1 2 3 4	7,39 8,17 8,86 9,46 10,00 10,48 10,92 6,11 6,73 7,25 7,71 8,10 8,45 8,74 5,28 5,79 6,21 6,56 6,85 7,09 7,28 4,69 5,10 5,44 5,71 5,92 6,07 6,18 4,23 4,58 4,84 5,04 5,18 5,27 5,30

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5	3,86	4,15	4,36	4,50	4,57	4,59	4,54
6	3,55	3,79	3,95	4,03	4,04	3,99	3,86
7	3,28	3,48	3,59	3,62	3,57	3,45	3,23
8	3,06	3,21	3,27	3,25	3,14	2,94	2,62

[0038] Passando agora para tabela 2, são mostrados períodos de arfagem para um sistema de cápsula de flutuação tubular 400 tendo a mesma capacidade de flutuação do sistema de cápsula de flutuação convencional 300 discutido acima. Igualmente, como o sistema 300, assume-se que o sistema 400 suspende os mesmos tubos ascendentes, tanto em número como em desenho, na mesma faixa de profundidade de água. Como mostrado, os períodos de arfagem para o sistema de cápsula de flutuação tubular 400 são significantemente menores que períodos de arfagem correspondentes para o sistema de cápsula de flutuação convencional 300 incluídos na tabela 1. De fato, se, acompanhando o exemplo apresentado acima, o sistema 400 fosse usado para suspender o mesmo tubo ascendente de perfuração para uso em uma operação de perfuração em 6,000 pés de profundidade de água, nenhum tubo ascendente simulado adicional seria requerido, porque o período de arfagem do sistema 400 com um único tubo ascendente instalado é menor do que 5 segundos. Portanto, usando um sistema de cápsula de flutuação tubular 400, em vez do sistema de cápsula de flutuação convencional 300, nesta operação de perfuração hipotética, os custos da operação de perfuração são significantemente menores devido à falta de necessidade de três tubos ascendentes simulados adicionais. Ademais, os níveis de economia de custo aumentam à medida que a profundidade de água aumenta, tornando o sistema de cápsula de flutuação tubular 400 particularmente atrativo, levando-se em consideração o desejo de explorar e perfurar em águas mais profundas.

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Tabela 2

Profundidade de Água - ft (1 ft = 30,5 cm)	4.000	5.000	6.000	7.000	8.000	9.000	10.000
No. de Tubos ascendentes	Período de Arfagem do Sistema de Cápsula de Flutuação Tubular 400, em segundos
0	4,19	4,69	5,14	5,55	5,93	6,29	6,63
1	3,53	3,95	4,32	4,67	4,99	5,29	5,58
2	3,10	3,47	3,80	4,11	4,39	4,66	4,91
3	2,80	3,13	3,43	3,71	3,96	4,20	4,43
4	2,58	2,88	3,15	3,41	3,64	3,86	4,07
5	2,40	2,68	2,93	3,17	3,39	3,59	3,79
6	2,25	2,51	2,75	2,98	3,18	3,37	3,56
7	2,13	2,38	2,60	2,81	3,01	3,19	3,36
8	2,02	2,26	2,48	2,67	2,86	3,03	3,20

[0039] Embora modalidades preferidas tenham sido mostradas e descritas, podem ser feitas modificações as mesmas por uma pessoa versada na arte, sem se afastar do escopo ou ensinamentos constantes neste documento. As modalidades descritas neste documento são apenas de exemplo e não são limitativas. Muitas variações e modificações dos sistemas são possíveis e encontram-se dentro do escopo da invenção. Por exemplo, as dimensões relativas de várias partes, os materiais dos quais as várias partes são feitas, e outros parâmetros podem ser alterados. Em particular, a cápsula de flutuação tubular 130 não se limita às formas circulares mostradas na fig. 6, mas podem assumir outras formas físicas. Consequentemente, o escopo de proteção não se limita às modalidades descritas neste documento, mas se limita somente pelas reivindicações abaixo, cujo escopo incluirá todos os equivalentes da matéria das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de cápsula de flutuação (105) para tensionar uma pluralidade de tubos ascendentes de tensão no topo (110), o sistema de cápsula de flutuação (105) caracterizado pelo fato de compreender:

uma pluralidade de cápsulas tubulares (130) acopladas juntas e configuradas para se moverem coletivamente como uma unidade única;

em que a pluralidade de cápsulas tubulares (130) é acoplada aos tubos ascendentes de tensão no topo (110), em que cada cápsula tubular (130) compreende:

uma extremidade superior (145) fechada por uma tampa (155) tendo uma abertura na mesma;

um dispositivo de fechamento (160) acoplado à tampa (155) e configurado para fechar a abertura e então abrir a abertura para aumentar o nível de água do mar na cápsula tubular (130) e diminuir a carga de tensão aplicada à pluralidade de tubos ascendentes de tensão de topo (110); e uma extremidade inferior aberta (150) configurada para permitir que água do mar circule livremente para dentro e para fora da cápsula tubular (130); e uma superfície interna estendendo-se entre a extremidade superior (145) e a extremidade inferior (150), a superfície interna desprovida de obstruções estruturais que inibam o livre escoamento de água do mar através da extremidade inferior (150); e um sistema de gás pressurizado (180) configurado para seletivamente injetar gás pressurizado em uma ou mais cápsulas tubulares (130);

em que, quando a abertura está aberta, a cápsula tubular (130) é lastrada por água do mar; e

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2/5 em que, quando a abertura está fechada e gás pressurizado é injetado na cápsula tubular (130), a cápsula tubular (130) é deslastrada de água do mar.

2. Sistema de cápsula de flutuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada abertura é configurada para permitir o livre escoamento de gás através da mesma.
3. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o gás é ar.
4. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as obstruções estruturais são pelo menos um de divisores separando a cápsula tubular (130) em dois ou mais compartimentos e reforços.
5. Sistema de cápsula de flutuação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de gás pressurizado (180) compreende:

uma fonte de gás pressurizado (185); e uma pluralidade de linhas de escoamento (190), cada linha de escoamento acoplada entre a fonte de gás pressurizado (185) e uma da pluralidade de cápsulas tubulares (130).
6. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de gás pressurizado (180) é configurado para injetar gás pressurizado em cada cápsula tubular (130) independentemente das cápsulas tubulares restantes (130).
7. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o gás pressurizado é um de um grupo consistindo de ar e nitrogênio.
8. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de cápsulas tubulares (130) tem um período de arfagem natural que é substan

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3/5 cialmente não afetado por lastramento e delastramento da pluralidade de cápsulas tubulares (130).
9. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma cobertura removível acoplada à abertura fechável.
10. Sistema de cápsula de flutuação (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de tubos ascendentes de tensão de topo (110) é disposta dentro da pluralidade de espaços intersticiais (225) entre a pluralidade de cápsulas tubulares (130).
11. Método para tensionar um tubo ascendente de tensão no topo (110) ajustavelmente, caracterizado pelo fato de compreender:

(a) acoplar uma pluralidade de cápsulas de flutuação tubular (130) juntas para formar um sistema de cápsula de flutuação (105) que se move como uma unidade única, em que cada cápsula de flutuação tubular (130) do sistema de cápsulas de flutuação (105) compreende:

uma extremidade superior encerrada (145) tendo uma abertura fechável na mesma;

uma extremidade inferior aberta (150) configurada para permitir livre escoamento de água do mar através da mesma; e uma superfície interna estendendo-se entre a mesma, a superfície interna desprovida de obstruções estruturais que inibam o livre escoamento de água do mar através da extremidade inferior (150);

(b) acoplar o sistema de cápsula de flutuação (105) a um primeiro tubo ascendente de tensão de topo (110);

(c) aplicar uma carga de tensão ao primeiro tubo ascendente de tensão de topo (105);

(d) abrir a abertura fechável de uma primeira cápsula de flu

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4/5 tuação tubular (130) após (c), para lastrar a primeira a cápsula de flutuação tubular (130) com água do mar (e) diminuir a carga de tensão aplicada ao primeiro tubo ascendente de tração de topo (110) pelo sistema de cápsula de flutuação durante (d);

(f) acoplar um segundo tubo ascendente de tração de topo (110) ao sistema de cápsula de flutuação (105) após (b);

(g) aplicar uma carga de tensão ao segundo tubo ascendente de tração de topo (110) com a pluralidade de cápsulas de flutuação tubulares (130) após (b) e (c);

(h) fechar a abertura fechável de uma segunda cápsula de flutuação tubular (130);

(i) injetar gás pressurizado na segunda cápsula de flutuação tubular (130) após (f), (g) e (h) para delastrar a segunda cápsula de flutuação tubular (130)de água do mar; e (j) aumentar a carga de tensão aplicada ao primeiro tubo ascendente de tensão de topo (110) e a carga de tensão aplicada ao segundo tubo ascendente de tensão de topo (110) pelo sistema de cápsula de flutuação (105) durante (i).
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a abertura compreende remover uma cobertura acoplada sobre a abertura fechável.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o fechamento compreende acoplar uma cobertura sobre a abertura fechável.
14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de cápsula de flutuação (105) compreende uma capacidade de flutuação e um período de arfagem natural;

e em que lastrar a primeira cápsula de flutuação tubular (130) de água do mar diminui a capacidade de flutuação com efeito

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5/5 não substancial ao período de arfagem natural, e deslastrar a segunda cápsula de flutuação tubular (130) de água do mar aumenta a capacidade de flutuação com não substancial efeito ao período de arfagem natural do sistema de cápsula de flutuação (105).
15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de tubos ascendentes de tensão de topo (110) está disposta dentro de uma pluralidade de espaços intersticiais (225) entre a pluralidade de cápsulas tubulares (130).
16. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a primeira cápsula de flutuação tubular (130) é uma da pluralidade de cápsulas de flutuação tubulares (130) diferente da segunda cápsula de flutuação tubular (130).