BRPI1103072A2 - mÉtodo e arranjo de flutuaÇço - Google Patents

Abstract

MÉTODO E ARRANJO DE FLUTUAÇçO. Um arranjo e método para refrear oscilação e balancejo da barcaça durante flutuação de um lado superior sobre uma subestrutura. Traves de rolamento fornecidas na subestrutura guiam a barcaça durante entrada e saída da abertura sem o uso de cabos de amarração secundária e refreiam balanceio na posição de flutuação. Superfícies de apoio verticais dedicadas são fornecidas na subestrutura na entrada para a abertura. Traves resilientes são fornecidas na barcaça. As traves resilientes engatam as superfícies de apoio verticais dedicadas na subestrutura e posicionam a barcaça na posição de flutuação na direção longitudinal. Um rebocador reboca a barcaça para dentro da abertura até que as traves resilientes engatem as superfícies de apoio verticais dedicadas. O rebocador continua a puxar durante toda a operação de flutuação para reter a barcaça na posição de flutuação.

Description

"MÉTODO E ARRANJO DE FLUTUAÇÃO"

Campo e antecedentes da invenção

A invenção é genericamente relacionada à instalação de estruturas offshore e mais particularmente à instalação de uma estrutura de lado superior em uma subestrutura.

Uma flutuação é uma operação para colocar uma estrutura de lado superior sobre uma subestrutura em um ambiente offshore. A subestrutura pode ser uma de base no fundo ou uma estrutura flutuante. A estrutura de lado superior é carregada sobre uma embarcação de transporte (a seguir denominada uma barcaça) no pátio de fabricação e rebocada até o local de instalação. No local a barcaça é posicionada entre as pernas da subestrutura e o lado superior é abaixado até que as pernas do lado superior choquem nas pernas da subes- trutura. O lado superior é abaixado por uma combinação de lastrar a barcaça para baixo e ceder arranjos mecânicos ou hidráulicos que sustentam o lado superior acima do convés da barcaça.

Na maioria das flutuações até a presente data o casco de uma barcaça única flutua entre duas fileiras paralelas de pernas da subestrutura. A região entre as duas fileiras de pernas é denominada a "abertura". A subestrutura deve ser projetada de modo que a abertu- ra seja isenta de quaisquer elementos de armação e a abertura deve ser mais profunda do que o calado máximo da barcaça. Quando a barcaça é movida para dentro da abertura a barcaça flutua sobre grande parte da subestrutura, conseqüentemente o termo de flutuação. A posição final da barcaça na abertura, onde o lado superior pode ser abaixado e casado com a subestrutura é denominada a posição de flutuação. As figuras 1 e 2 fornecem uma visão geral de uma flutuação utilizando uma abertura. A figura 1B é uma vista lateral da figu- ra 1 A. A figura 2 é uma vista plana.

Em alguns casos o desenho básico da subestrutura torna impossível fornecer uma abertura para a entrada da barcaça. Por exemplo, a subestrutura de uma plataforma de bali- za é um cilindro vertical de diâmetro grande, único. Como uma abertura não é possível, o lado superior é levado até o local de instalação em duas barcaças paralelas. Durante a flu- tuação, a subestrutura encaixa no espaço entre as duas barcaças com o lado superior co- brindo entre as duas barcaças. Os dois cascos de barcaças paralelos com o lado superior cobrindo entre os dois cascos formam um catamarã. Conseqüentemente, esse tipo de ope- ração é chamado uma flutuação "catamarã". As figuras 3-5 fornecem uma visão geral de uma flutuação catamarã para uma baliza (figura 4) e uma torre deformável (figura 5). A figu- ra 3A é uma vista plana e as figuras 3B - 5 são vistas laterais.

A barcaça com o lado superior a bordo se move em seis graus de liberdade em resposta ao estado do mar no local de instalação. Portanto, as pernas do lado superior es- tão se movendo em relação às pernas correspondentes da subestrutura. Se houver movi- mento relativo em demasia entre as pernas correspondentes do lado superior e subestrutu- ra, então a flutuação deve esperar por estados mais baixos do mar. Para reduzir o tempo de espera, movimento relativo entre as pernas correspondentes no plano horizontal foi refreado por vários dispositivos. Outros dispositivos foram empregados para reduzir cargas de impac- to vertical entre as pernas correspondentes.

A posição horizontal da barcaça quando entra e sai da abertura deve ser cuidado- samente controlada de modo que a barcaça não impacte na subestrutura e cause dano. O controle da posição da barcaça durante entrada na abertura e saída na abertura é crítico para o sucesso da flutuação. As características que controlam a posição horizontal da bar- caça de transporte durante entrada e saída na abertura devem ser compatíveis com as ca- racterísticas que limitam o movimento relativo das pernas correspondentes na posição de flutuação.

Os dispositivos e métodos que controlam a posição da barcaça de transporte no plano horizontal durante entrada na abertura e saída da abertura, e os dispositivos e méto- dos que controlam o movimento relativo das pernas correspondentes no plano horizontal, enquanto a barcaça está na posição de flutuação, é a técnica anterior de interesse aqui.

Arranjos de amarração primária e secundária foram utilizados individualmente para controlar a posição horizontal da barcaça de transporte durante entrada na abertura, na po- sição de flutuação, e durante saída da abertura. O arranjo de amarração primária é um con- junto de amarração de expansão com cabos que estendem entre guinchos na barcaça e âncoras no fundo do mar. O arranjo de amarração secundária é um conjunto de cabos de amarração que estende entre guinchos ou cabrestantes na barcaça e pontos de fixação na subestrutura. As figuras 6-10 ilustram uma seqüência que mostra como se obtém a entra- da na abertura e como a barcaça é refreada na posição de flutuação. Genericamente, o comprimento dos cabos de amarração primário é ajustado e os cabos de amarração secun- dária (fixados às pernas da subestrutura) são fixados à barcaça em seqüência à medida que a barcaça e lado superior são movidos para dentro da abertura. A saída da abertura é obtida por inverter o procedimento de entrada na abertura. O rebocador puxa a barcaça para den- tro da abertura. Em algumas flutuações, os cabos dianteiros do sistema de amarração pri- mário passam através da abertura e são utilizados para puxar a barcaça para dentro da a- bertura. Como as figuras 6-10 sugerem, manter a barcaça adequadamente refreada pelos sistemas de amarração primária e secundária em todas as posições durante uma operação de flutuação é difícil e demorado. Além disso, os muitos cabos de amarração tensionados que se estendem acima do convés são um risco em potencial para o pessoal que deve tra- balhar no convés.

Movimentos cíclicos da barcaça de transporte causados por forças das ondas são somente levemente afetados pelas ações dos arranjos de amarração primária e secundária.

O conjunto de amarração de expansão é um arranjo macio que é utilizado para resistir a forças de variação lenta ou estado constante que são produzidas por correntes do oceano ou vento de velocidade constante. A ação das ondas faz com que a posição da barcaça ci- cle em torno de uma posição média. O arranjo de amarração primário mantém a posição média da barcaça. O arranjo de amarração secundário é utilizado para refrear movimentos causados pela força de derivação lenta, rajadas de vento, ou uma virada causada por um cabo de amarração primária quebrado. As características de interface que casam com as pernas do lado superior e as pernas de subestrutura devem permitir os movimentos cíclicos induzidos por onda, entre outras coisas. As figuras 11 e 12 ilustram como as características de interface são normalmente projetadas para permitir esses movimentos relativos. O deslo- camento permissível máximo L mostrado na figura 11 deve ser maior do que o movimento cíclico causado pelas ondas mais deslocamento causado por rajadas de vento e derivação lenta. Se o deslocamento efetivo for menor do que o deslocamento permissível máximo L mostrado na figura 11, então o ponto de choque na parte inferior da perna de estrutura do lado superior será capturado pela extremidade aberta da perna de subestrutura à medida que a estrutura do lado superior desce. O resultado será o casamento das pernas como mostrado na figura 12.

Em vez de se basear totalmente nos arranjos de amarração primário e secundário, algumas flutuações do tipo abertura empregaram traves para controlar a posição transversal da barcaça e refrear balanceio e guinada. Traves podem ser rígidas ou flexíveis. Tipicamen- te, uma trave rígida é uma estrutura de aço conectada diretamente à subestrutura (figura 13). Para minimizar cargas de impacto entre a barcaça e as traves rígidas, a abertura deve ser apertada. Isto é, não pode haver folga em demasia entre os lados da barcaça e a trave rígida. Mais folga permite que a barcaça desenvolva mais velocidade transversal à medida que balança de lado a lado durante entrada e saída da abertura. A guinada é uma preocu- pação específica em uma flutuação de abertura apertada, que pode produzir uma ação de descravar da barcaça contra a subestrutura (figura 14). A vantagem de uma flutuação de abertura apertada é o movimento pequeno que a trave rígida permite na direção transversal. A desvantagem são as forças de impacto grandes e ação de descravar que podem desen- volver entre a barcaça e a subestrutura. Essas forças são grandes o bastante que uma flu- tuação de abertura apertada é somente tentada em um ambiente benigno com uma subes- trutura que seja forte na direção transversal.

Uma flutuação de abertura que utiliza somente arranjos de amarração primário e secundário poderia ser denominada uma flutuação de abertura "frouxa" porque os movimen- tos transversais que devem ser acomodados pelas características de interface são maiores do que aqueles permitidos pela flutuação de abertura "apertada". Inversamente, as forças transversais entre a barcaça e a subestrutura são mais elevadas para a flutuação de abertu- ra apertada do que as forças transversais são para a flutuação de abertura frouxa. Um resul- tado intermediário é obtido quando traves flexíveis são utilizadas. Tipicamente, traves são tornadas flexíveis com um material resiliente, como borracha. As traves flexíveis são mais rígidas do que o arranjo de amarração secundário na direção transversal, porém bem menos rígidos do que as traves rígidas. Normalmente, as traves flexíveis substituem o sistema de amarração secundária durante entrada e saída na abertura, e cabos de amarração secundá- ria (cabos flexíveis) são colocados para controlar a posição longitudinal média após a barca- ça ter atingido a posição de flutuação (figura 15).

A subestrutura mais comum é um tubo de reforço, como mostrado na figura 1, e em outra parte. Uma abertura em um tubo de reforço típica produz uma estrutura com pernas que são estaiadas na abertura, ou direção longitudinal, porém as pernas não são estaiadas na direção transversal. Desse modo, as pernas são fortes na direção longitudinal e fracas na direção transversal. Portanto, um método de abertura frouxa, ou um método de abertura frouxa modificada são preferidos para tubos de reforço, se o ambiente não for benigno. Se a subestrutura for inerentemente forte na direção transversal, então um método de abertura apertada pode ser utilizado.

Em ambientes que são hostis para flutuações, características especiais foram utili- zadas para aumentar a taxa de utilização do equipamento de instalação, isto é, o número de dias na época de instalação na qual a flutuação pode ser tentada. As características especi- ais aumentam a taxa de utilização por reduzir a oscilação e balanceio da barcaça de trans- porte na posição de flutuação. Essas características especiais foram utilizadas em ares on- de o estado do mar é dominado por marulhos na maior parte do ano. As aberturas são ori- entadas na direção prevalecente dos marulhos para minimizar balanceio tanto quanto possí- vel, porém os marulhos produzem oscilação significativa. Durante entrada e saída da abertu- ra a posição transversal média da barcaça é controlada por alguma combinação de sistemas de amarração primária e secundária e traves flexíveis. Durante entrada e saída da abertura a oscilação da barcaça não é refreada.

A patente US número 5.527.132 descreve um arranjo de dispositivos mecânicos e hidráulicos que foi utilizado com sucesso para limitar balanceio e oscilação na posição de flutuação. Entretanto, é um arranjo complicado e caro para construir e manter em uma con- dição operacional. O arranjo funciona na posição de flutuação, porém não ajuda durante entrada e saída da abertura.

Em alguns sistemas de canal e entradas em alguns diques secos uma variedade de traves de Rolamento é utilizada para controlar o movimento e posição de navios e barcaças. A figura 16 mostra três aplicações para traves de Rolamento, a saber para um poste de a- marra em oposição, para proteção de canto onde uma embarcação é manobrada em um canto, e para guiar uma embarcação para dentro da entrada para uma eclusa em um canal. Há uma variedade de tipos de traves de Rolamento, porém cada tipo emprega um donut resiliente montado em um eixo vertical. Para cargas mais elevadas o donut resiliente poderia ser um pneumático montado em uma roda que é montada no eixo vertical. Para cargas mais baixas o donut resiliente poderia ser feito de espuma com o donut montado diretamente em um eixo de diâmetro grande sem utilizar uma roda.

Sumário da invenção

A presente invenção trata das desvantagens na técnica conhecida. A invenção é um aparelho e método para refrear oscilação e balanceio da barcaça durante flutuação de um lado superior sobre uma subestrutura. Traves de rolamento fornecidas na subestrutura guiam a barcaça durante entrada e saída da abertura sem o uso de cabos de amarração secundária e refreiam balanceio na posição de flutuação. Superfícies de apoio vertical dedi- cadas são fornecidas na subestrutura na entrada na abertura. Traves resilientes são forne- cidas na barcaça. As traves resilientes engatam com as superfícies de apoio vertical dedica- das na subestrutura e posicionam a barcaça na posição de flutuação na direção longitudinal. Um rebocador reboca a barcaça para dentro da abertura até que as traves resilientes mon- tados na barcaça contatam a superfície de apoio dedicada na entrada da abertura. O rebo- cador continua a puxar para manter a barcaça na posição de flutuação até que o lado supe- rior seja colocado na subestrutura. Então outro rebocador reboca a barcaça para fora da abertura.

As várias características de novidade que caracterizam a invenção são indicadas com particularidade nas reivindicações anexadas a e que fazem parte dessa revelação. Pa- ra melhor entendimento da presente invenção, e as vantagens operacionais obtidas por seu uso, faz-se referência aos desenhos em anexo e matéria descritiva, que fazem parte dessa revelação, nos quais uma modalidade preferida da invenção é ilustrada.

Breve descrição dos desenhos

Nos desenhos em anexo, que fazem parte desse relatório descritivo, e nos quais numerais de referência mostrados nos desenhos designam partes similares ou correspon- dentes do início ao fim dos mesmos:

As figuras 1-16 ilustram a técnica anterior.

As figuras 17 e 17A ilustram o aparelho necessário na subestrutura.

As figuras 18 e 18A ilustram o aparelho exigido na barcaça.

As figuras 19-21 ilustram uma seqüência de posições de barcaça na abertura da subestrutura.

A figura 22 ilustra uma modalidade alternativa para uso com uma flutuação de ca- tamarã.

Descrição das modalidades preferidas

A vista plana da figura 17 ilustra o aparelho da invenção que é necessário na sub- estrutura sobre a qual um convés ou lado superior devè ser colocado. Os esteios horizontais superiores centrais 10 da subestrutura são mostrados inteiras entre as pernas de subestru- tura 12 e os esteios horizontais superiores de subestrutura 10 são mostrados em vista par- cial nas seções adjacentes para ser capaz de mostrar as traves de rolamento 14 na área central. Como visto na figura 17, traves de rolamento 14 são também fornecidas em cada extremidade da subestrutura. A figura 17A ilustra melhor a superfície de apoio vertical 16 que é fornecida nas pernas de subestrutura.

As figuras 18 e 18A ilustram o aparelho da invenção que é necessário na barcaça 18 utilizado para instalar o convés ou lado superior. Caixas de trave 20 são fornecidas nos lados da barcaça 18 e estendem além dos lados da barcaça 18. Uma trave resiliente 22 é fornecida em um lado de cada caixa de trave 20. As caixas de trave 20 e traves resilientes 22 são posicionadas na barcaça 18 para atuar como um batente longitudinal para localizar a barcaça e lado superior na posição de flutuação. Embora se faça referência específica a uma barcaça para sustentar o lado superior, deve ser entendido que qualquer tipo de estru- tura de flutuação que seja adequadamente dimensionada para a operação pode ser utilizada para sustentar e instalar o lado superior.

Com o uso do aparelho da invenção, a instalação de flutuação é realizada como a seguir. Como visto na figura 19, a barcaça 18 é rebocada em direção à subestrutura até que a barcaça seja centrada na abertura da subestrutura e o primeiro conjunto de traves de ro- lamento 14 esteja em contato com a barcaça 18. Um rebocador, não mostrado e cabo de amarração de reboque 24 são utilizados para rebocar a barcaça 18. A figura 20 ilustra a barcaça 18 em parte do caminho para dentro da abertura e a figura 21 ilustra a barcaça to- talmente dentro da abertura na posição de flutuação. As traves de rolamento 14 estão em contato com os lados da barcaça 18 e controlam a posição transversal da barcaça 18 na abertura. Como visto na figura 21, as traves resilientes 22 são retidos em contato com as superfícies de apoio verticais 16 na subestrutura. O rebocador mantém esse contato por puxar o cabo de amarração de reboque 24. À medida que a barcaça 18 vira as traves 22 deslizam para cima e para baixo nas superfícies de apoio verticais 16. As traves de rolamen- to 14 mais próximas das caixas de trave 20 não são mostrados na figura 21, para facilidade de ilustração em mostrar a interação com as superfícies de apoio 16.

Embora o arranjo reduza grandemente a oscilação, a mesma não é totalmente eli- minada. As traves resilientes 22 comprimem e estendem por toda a operação de flutuação. Às vezes, uma pequena folga pode abrir entre as traves 22 e as superfícies de apoio vertical 16. Porém o puxão de amarração do rebocador e a rigidez das traves 22 são tais que o des- locamento das pernas correspondentes não excede o deslocamento máximo permissível como ilustrado na figura 11.

Balanceio é grandemente reduzido pela limitação oferecida pelas traves de rola- mento 14. A rigidez das traves de rolamento 14 é tal que o deslocamento das pernas cor- respondentes não excede o deslocamento máximo permissível como ilustrado na figura 11.

A invenção elimina os cabos de amarração secundária da técnica anterior. São também eliminados os guinchos e cabrestantes acionados associados aos cabos de amar- ração secundária. Se cabos flexíveis tivessem sido utilizados, como mostrado na figura 15, esses são também eliminados pela invenção. Devido a sua ação de rolamento, as traves de rolamento 14 fornecem orientação transversal automática durante movimentos longitudinais na abertura. As traves resilientes montadas nas caixas de barcaça que contatam as superfí- cies de apoio verticais na subestrutura constituem um batente longitudinal que localiza au- tomaticamente a barcaça na posição de flutuação. A simplicidade da operação reduz gran- demente o tempo necessário para executar a flutuação em comparação com a técnica ante- rior. A segurança do pessoal é aumentada porque os cabos de amarração secundária tensi- onados que se estendem acima do convés da barcaça são eliminados. Além disso, o apare- lho exigido é muito mais simples e mais econômico do que aquele exigido pela técnica ante- rior.

A figura 22 ilustra uma modalidade alternativa da invenção como aplicada a uma flutuação de catamarã para uma estrutura cilíndrica como uma longarina. Embora a aparên- cia seja diferente, o conceito e método são idênticos àqueles descritos para flutuações do tipo abertura. Traves de rolamento 14 são fornecidas na estrutura cilíndrica 26 de modo a estenderem radialmente para fora a uma distância apropriada para contatar e orientar as barcaças de catamarã 28. Caixas de trave 20 com traves resilientes são também fornecidas nas barcaças de catamarã 28. Superfícies de apoio verticais 30 são fornecidas em exten- sões a partir da estrutura cilíndrica 26 para interagir com as traves resilientes como descrito acima para reter as barcaças de catamarã 28 e lado superior no lugar durante a operação de flutuação e instalação do lado superior na estrutura cilíndrica 26.

Os desenhos que ilustram o arranjo e método da invenção não mostram nenhum dos cabos de amarração primária indicados na técnica anterior porque não são pertinentes à invenção. Dependendo do desenho de flutuação específico, alguns, todos ou nenhum dos cabos de amarração primária mostrados na técnica anterior podem ser utilizados.

Embora modalidades específicas e/ou detalhes da invenção tenham sido mostrados e descritos acima para ilustrar a aplicação dos princípios da invenção, entende-se que essa invenção pode ser incorporada como descrita mais completamente nas reivindicações, ou como sabido de outro modo por aqueles versados na técnica (incluindo todos e quaisquer equivalentes), sem se afastar dos princípios.

Claims (3)

1. Arranjo para uma operação de flutuação offshore em que uma estrutura de lado superior sustentada por uma estrutura de flutuação é flutuada sobre uma subestrutura e o lado superior é então instalado sobre a subestrutura, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. uma pluralidade de traves de rolamento fixada à subestrutura e estendendo a partir da subestrutura de modo a contatar a estrutura de flutuação durante a operação de flutuação; b. uma superfície de apoio vertical fixada à subestrutura; e c. pelo menos duas traves resilientes fixadas à estrutura de flutuação e posiciona- dos de modo a contatar a superfície de apoio vertical na subestrutura durante a operação de flutuação.

2. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as traves resilientes são posicionadas na estrutura de flutuação de modo a atuar como um ba- tente longitudinal para posicionar a estrutura de flutuação e lado superior no alinhamento apropriado para instalação na subestrutura.

3. Método de flutuação para instalar um lado superior sustentado em uma estrutura de flutuação sobre uma subestrutura offshore, CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende as etapas de: a. fornecer uma pluralidade de traves de rolamento na subestrutura de tal modo que as traves de rolamento estendem a partir da subestrutura e contatam e guiam a estrutura de flutuação durante a operação de flutuação; b. fornecer pelo menos duas superfícies de apoio verticais na subestrutura; c. fornecer pelo menos duas traves resilientes na estrutura de flutuação que susten- tam o lado superior de tal modo que as traves resilientes contatam as superfícies de apoio verticais na subestrutura durante a operação de flutuação; d. mover a estrutura de flutuação que sustenta o lado superior para a posição adja- cente à subestrutura e para contato com as traves de rolamento de tal modo que as traves de rolamento auxiliem no posicionamento adequado da estrutura de flutuação; e. continuar o movimento da estrutura de flutuação para a posição de tal modo que as traves resilientes contatem as superfícies de apoio verticais, cuja posição alinha o lado superior e subestrutura para instalação do lado superior sobre a subestrutura; f. lastrar a estrutura de flutuação para baixo e instalar o lado superior sobre a subestrutura; e g. remover a estrutura de flutuação.