BRPI1105772B1

BRPI1105772B1 - Torre em alto mar para perfuração e/ou produção

Info

Publication number: BRPI1105772B1
Application number: BRPI1105772-6A
Authority: BR
Inventors: Lyle David Finn; Edward E. Horton, Iii; James V. Maher
Original assignee: Horton Wison Deepwater, Inc
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2020-08-11
Also published as: CN103270221B; BRPI1105772A2; US20120107052A1; US8899881B2; CN103270221A; WO2012061562A3; WO2012061562A2; MX2013004866A; MY166641A; PE20121166A1; MX344699B

Abstract

torre em alto mar para perfuração e/ou produção. a presente invenção refere-se a uma estrutura em alto mar que compreende um invólucro com um eixo longitudinal e que inclui uma primeira coluna e uma segunda coluna acoplada de modo móvel à primeira coluna. cada coluna tem um eixo longitudinal, uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade. além disso, a estrutura em alto mar compreende uma âncora acoplada à segunda extremidade da segunda coluna e está configurada para fixar o invólucro no fundo do mar. a primeira coluna inclui uma câmara de lastro variável e um câmara flutuante, posicionada entre câmara de lastro variável e a primeira extremidade da primeira coluna. a primeira câmara flutuante está cheia de um gás e vedada em relação ao ambiente circundante. a segunda coluna inclui uma câmara de lastro variável. além disso, a estrutura em alto mar compreende uma parte superior acima da linha d'água montada no invólucro.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisória dos U.S. N° de Série 61/409,676, depositado em 3 de novembro de 2010, e intitulado "Perfuradora de Torre Flutuante", que está incorporado ao presente por referência em sua totalidade.

Antecedentes da Área da invenção

[0002] A presente invenção refere-se, em geral, a estruturas em alto mar para facilitar operações de perfuração e produção em alto mar de petróleo e gás. Mais particularmente, a invenção refere-se a torres em alto mar ajustáveis à profundidade, que estão fixadas de modo desprendível no fundo do mar e estão configuradas para inclinar-se em resposta a cargas do ambiente.

Antecedentes da Tecnologia

[0003] Diversos tipos de estruturas em alto mar podem ser usados para perfurar poços submarinos e/ou produzir hidrocarbonetos (por exemplo, petróleo e gás) de poços submarinos. Normalmente, o tipo de estrutura em alto mar selecionado para uma aplicação específica depende da profundidade da água no local do poço. Por exemplo, em profundidades de menos do que cerca de 76,20 m (250 pés), geralmente são usadas plataformas de elevação convencionais; em profundidades de água entre cerca de 76,20m (250 pés) e 137,16m (450 pés), normalmente são usadas plataformas de elevação "high spec"construídas especialmente; em profundidades de água de menos do que cerca de 182,88m (600 pés), normalmente são usadas plataformas fixas e torres flexíveis; e em profundidades de água de mais do que cerca de 600 pés 182,88 m (600 pés), normalmente são usados sistemas flutuantes, tais como plataformas semissubmersíveis e plataformas de mastreação.

[0004] Plataformas de elevação pode ser movidas entre diferentes poços e campos e são ajustáveis em altura. Porém, plataformas de elevação convencionais geralmente estão limitadas a profundidades de água de menos do que cerca de 76,20 m (250 pés)e plataformas de elevação de alta especificação geralmente estão limitadas a profundidades de água de menos do que cerca de 137,16m (450 pés). Embora plataformas de elevação convencionais tenham custos diários baixos e, portanto, oferecem uma opção de baixo custo em águas rasas, plataformas de elevação de alta especificação têm custos diários relativamente altos e podem ter custos proibitivos. Além disso, a disposição e instalação de plataformas de elevação, que tipicamente necessitam tanto de uma barcaça de transporte como uma barcaça de instalação, podem ser desafiadoras, especialmente em águas mais profundas. Plataformas de elevação também podem ser menos desejáveis para uso em zonas de terremotos, um vez que plataformas de elevação rígidas, alicerçadas no fundo, apresentam muito pouca flexibilidade.

[0005] Plataformas fixas incluem um invólucro de concreto e/ou aço ancorado diretamente no fundo do mar, e uma coberta posicionada acima da superfície do mar e montada na extremidade superior do invólucro. A fabricação e a instalação de uma plataforma fixa necessitam de uma infraestrutura especial e mão de obra especializada. Por exemplo, barcaças de transporte são necessárias para transportar os componentes do invólucro e da coberta para o local de instalação em alto mar, barcaças de instalação são necessárias para posicionar e levantar a parte superior do invólucro, e barcaças de instalação são necessárias para levantar e posicionar a coberta por cima do invólucro. Além disso, a instalação de uma plataforma fixa frequentemente necessita da instalação de colunas, que são cravadas no fundo do mar para ancorar o invólucro ao mesmo. Em aplicações de maior profundidade, colunas de aba adicionais também precisam ser cravadas no fundo do mar. Em localizações geográficas selecionadas, tal como o Golfo do México, plataformas de invólucro fixas são fabricadas, dispostas e instaladas regularmente. Consequentemente, essas regiões tipicamente têm a experiência, infraestrutura e mão de obra especializada para habilitar plataformas de invólucro fixas, para oferecer uma opção viável, competitiva para perfuração e/ou produção em alto mar. Em outras regiões, com pouca ou nenhuma experiência em plataformas de invólucro fixas, as instalações, equipamento, infraestrutura e mão de obra podem ser insuficientes para construir, dispor e instalar eficientemente uma plataforma de invólucro fixa. Além disso, mesmo em algumas regiões, tais como Brasil e Peru, que têm alguma experiência na fabricação e instalação de plataformas de invólucro fixas, a gama de aplicações para plataformas de invólucro fixas esperada nos próximos anos pode exceder as capacidades atuais.

[0006] Plataformas de invólucro fixas estão construídas, tipicamente, para ter um período natural que é menor do que qualquer energia de onda calculável, esperada no local de instalação em alto mar. Isso é relativamente fácil de realizar em águas rasas. Mas, à medida que as profundidades da água aumentam, a flexibilidade inerente e, portanto, o período natural, do invólucro aumenta. Para reduzir o período natural do invólucro abaixo da energia de onda esperada à medida que a profundidade da água aumenta, o invólucro é fortalecido aumentando o tamanho e a resistência das pernas e colunas do invólucro. Essas mudanças podem aumentar adicionalmente as exigências de infraestrutura e mão de obra para fabricação e instalação do invólucro. De modo similar as plataformas de elevação, como as plataformas fixas são estruturas rígidas alicerçadas no fundo, elas tendem a ser menos desejáveis para uso em zonas de terremotos.

[0007] Sistemas flutuantes podem ser usados em águas profundas e são apropriados para uso em zonas de terremotos, uma vez que eles não estão conectados rigidamente ao fundo do mar. Porém, estruturas flutuantes são relativamente caras e difíceis de mover entre locais diferentes, uma vez que elas estão projetadas para ser amarradas (por meio de múltiplas linhas de amarração) em um local específico por um período de tempo prolongado. Além disso, as extremidades inferiores das linhas de amarração estão tipicamente ancoradas no fundo do mar com estacas relativamente grandes cravadas no fundo do mar. Essas estacas são difíceis de manusear, transportar e instalar em profundidades de água substanciais.

[0008] Consequentemente, continua a existir uma necessidade na técnica de estruturas alicerçadas no fundo para perfuração e/ou produção em alto mar, ancoradas no fundo do mar, que possam ser instaladas facilmente (por exemplo, exigências mais baixas de infraestrutura e mão de obra especializada) e movidas entre locais em alto mar diferentes. Esses sistemas de produção em alto mar seriam particularmente bem-vindos se fossem econômicos, apropriados para uso em zonas de terremotos e pudessem ser usados em profundidades de água diferentes.

Descrição Resumida da Invenção

[0009] Essas e outras necessidades na técnica são abordadas em uma modalidade por uma estrutura em alto mar para perfuração e/ou produção de um pouco submarino. Em uma modalidade, a estrutura em alto mar compreende um invólucro com um eixo longitudinal e que inclui uma primeira coluna e uma segunda coluna acoplada de modo móvel à primeira coluna. Cada coluna tem um eixo longitudinal, uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade. Além disso, a estrutura em alto mar compreende uma âncora acoplada à segunda extremidade da segunda coluna e configurada para fixar o invólucro no fundo do mar. A primeira coluna inclui uma câmara de lastro variável posicionada axialmente entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da primeira coluna e uma primeira câmara flutuante posicionada entre a câmara de lastro variável e a primeira extremidade da primeira coluna. A primeira câmara flutuante está preenchida com um gás e veda contra o ambiente circundante. A segunda coluna inclui uma câmara de lastro variável posicionada axialmente entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da segunda coluna. Além disso, a estrutura em alto mar compreende uma parte superior acima da linha d'água montada no invólucro.

[00010] Essas e outras necessidades na técnica são abordadas em outra modalidade por um método para perfuração e/ou produção de um ou mais poços em alto mar. Em uma modalidade, o método compreende (a) posicionar uma torre flutuante em um local de instalação em alto mar. A torre inclui um invólucro com um eixo longitudinal, uma parte superior acima da linha d'água montada em uma primeira extremidade do invólucro, e uma âncora acoplada a uma segunda extremidade do invólucro. O invólucro inclui uma coluna central e uma pluralidade de colunas externas espaçadas circunferencialmente em torno da coluna central. A coluna central está acoplada de modo móvel às colunas externas. Além disso, o método compreende (b) lastrear a coluna central. Além disso, o método compreende (c) mover a coluna central axialmente para baixo em relação às colunas externas. Além disso, o método compreende (d) lastrear as colunas externas. Além disso, o método compreende (e) penetrar no fundo do mar com a âncora. O método também compreende (f) possibilitar à torre inclinar-se em torno da extremidade inferior do invólucro, depois de (e).

[00011] Essas e outras necessidades na técnica são abordadas em outra modalidade por um método para perfuração e/ou produção de um poço submarino. Em uma modalidade, a estrutura em alto mar compreende um invólucro com um eixo longitudinal e que inclui uma pluralidade de colunas radialmente externas e uma coluna central posicionada radialmente entre as colunas externas. Cada coluna está orientada paralelamente ao eixo longitudinal. Cada coluna tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade. A coluna central está configurada para mover-se axialmente em relação às colunas externas. Além disso, a estrutura em alto mar compreende uma âncora conectada à segunda extremidade da coluna central, sendo que a âncora tem uma relação de aspecto de menos de 3:1 e está configurada para encaixar-se de modo desprendível no fundo do mar. Cada coluna externa inclui uma câmara de lastro variável posicionada axialmente entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da coluna externa e uma primeira câmara flutuante posicionada axialmente entre a câmara de lastro variável e a primeira extremidade da coluna externa. A primeira câmara flutuante está preenchida com um gás e vedada contra o ambiente circundante. A coluna central inclui uma câmara de lastro posicionada axialmente entre a primeira extremidade e a segunda extremidade da coluna central. Além disso, a estrutura em alto mar compreende uma parte superior acima da linha d'água montada no invólucro.

[00012] As modalidades descritas no presente compreendem uma combinação de características e vantagens destinadas a solucionar diversas deficiências associadas a determinados dispositivo, sistemas e métodos anteriores. As diversas características descritas acima, bem como outros aspectos ficam facilmente evidentes para os que são versados na técnica ao ler a descrição detalhada abaixo e por referência aos desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos

[00013] Para uma descrição detalhada das modalidades descritas, faz-se referência, agora, aos desenhos anexos, nos quais:

[00014] figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma torre em alto mar de acordo com os princípios descritos no presente;

[00015] figura 2 é uma vista frontal da torre da figura 1, com a coluna central do invólucro em uma posição estendida e ancorada no fundo do mar;

[00016] figura 3 é uma vista frontal da torre da figura 1, com a coluna central do invólucro em uma posição retraída e desacoplada do fundo do mar;

[00017] figura 4 é uma vista em corte transversal de uma das colunas externas do invólucro da figura 2;

[00018] figura 5 é uma vista esquemática ampliada da câmara de lastro ajustável da coluna externa da figura 4;

[00019] figura 6 é uma vista em corte transversal da coluna central do invólucro da figura 2;

[00020] figura 7 é uma vista em corte transversal ampliada da âncora da figura 6;

[00021] figura 8 é uma vista em corte transversal ampliada da âncora da figura 6, parcialmente penetrada no fundo do mar, durante a instalação ou remoção da âncora;

[00022] figura 9 é uma vista em perspectiva parcial do invólucro da figura 2;

[00023] figura 10 é uma vista em perspectiva de dois conjuntos de travamento dispostos entre uma guia e um trilho da figura 9;

[00024] figuras 11-25 são vistas sequenciais esquemáticas da disposição em alto mar, transporte e instalação da torre da figura 1; e

[00025] figura 26 é uma vista frontal da torre da figura 1, fixada no fundo do mar e giratória em relação ao fundo do mar.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

[00026] A exposição abaixo está voltada para diversas modalidades ilustrativas. Mas, alguém versado na técnica entende que os exemplos descritos no presente têm uma ampla aplicação, e que a exposição de qualquer modalidade destina-se apenas a ser ilustrativa dessa modalidade, e não pretende sugerir que o objeto da invenção, incluindo as reivindicações, esteja limitada a essa modalidade.

[00027] Determinados termos são usado ao longo da descrição e das reivindicações abaixo para referir-se a características ou componentes específicos. Tal como sabe alguém versado na técnica, pessoas diferentes podem referir-se a uma mesma características ou componente por nomes diferentes. Este documento não pretende distinguir entre componentes ou características que diferem em nome mas não em função. As figuras do desenho não estão necessariamente em escala. Determinadas características e componentes no presente podem ser mostradas em escala exagerada ou em uma forma um tanto esquemática e alguns detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados, no interesse de clareza e concisão.

[00028] Na exposição abaixo e nas reivindicações, os termos são usados com final em aberto e, portanto, devem ser interpretados como significando "incluindo, mas não limitado a...". Também, o termo "acoplam-se " ou "acopla-se" pretende significar uma conexão indireta ou direta. Portanto, quando um primeiro dispositivo acopla-se a um segundo dispositivo, essa conexão pode ser através de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta, por meio de outros dispositivos, componentes e conexões. Além disso, tais como usados no presente, os termos "axial" e "axialmente" geralmente significam ao longo de ou paralelamente a um eixo central (por exemplo, eixo central de um corpo ou abertura), enquanto os termos "radial" e radialmente" geralmente significam perpendicularmente ao eixo central. Por exemplo, uma distância axial refere-se a uma distância medida ao longo do ou paralelamente ao eixo central, e uma distância radial significa uma distância medida perpendicularmente ao eixo central.

[00029] Com referência, agora, às figuras 1 e 2, é mostrada uma modalidade de uma torre em alto mar 100 extensível de acordo com os princípios descritos no presente. A torre 100 é mostrada disposta em um corpo de água 101 e acoplada de modo desprendível ao fundo do mar 102 em um local em alto mar. Consequentemente, a torre 100 pode ser referida como uma estrutura "alicerçada no fundo", entendendo-se que estruturas em alto mar alicerçadas no fundo estão ancoradas diretamente no fundo do mar e não dependem de sistemas de amarração para conservar sua posição no local da instalação. Em geral, a torre 100 pode ser disposta em alto mar para perfurar um poço submarino e/ou produzir hidrocarbonetos de um poço submarino. Nessa modalidade, a torre 100 inclui um invólucro 110 alongado e uma parte superior acima da linha d'água ou cobertura 150 montada no invólucro 110 acima da superfície do mar 103.

[00030] O invólucro 110 tem um eixo central ou longitudinal 115, uma primeira extremidade ou extremidade superior 110a, que se estende acima da superfície do mar 103, e uma segunda extremidade ou extremidade inferior 110b, oposta à extremidade 110a. O invólucro 110 está fixado de modo desprendível ao fundo do mar 102 com uma âncora 140 acoplada à extremidade inferior 110b. O invólucro 110 tem um comprimento Lno medido axialmente da extremidade 110a à extremidade 110b. Tal como é descrito mais detalhadamente abaixo, o comprimento Lno do invólucro 110 pode ser ajustado (isto é, aumentado ou diminuído) para instalação em diversas profundidades de água. Mas, as modalidades de torre 100 descritas no presente são particularmente apropriadas para disposição e instalação em profundidades de água que variam de cerca de 60,96 m a 182,88 m (200 pés a 600 pés).

[00031] Tal como mai bem mostrado nas figuras 2 e 3, o invólucro 110 compreende uma pluralidade de colunas 120 radialmente externas e uma coluna 130 radialmente interna ou central, disposta entre as colunas 120. Colunas cilíndricas 120, 130 alongadas estão orientadas paralelamente uma à outra. Nessa modalidade, o invólucro 110 inclui quatro colunas 120, dispostas, em geral, em uma configuração quadrada e espaçadas circunferencialmente de modo uniforme em torno do eixo 115, e uma coluna central 130 disposta no centro das colunas 120 coaxialmente alinhada com o eixo 115. As colunas 120 estão acopladas uma à outra por uma pluralidade de membros de treliça 121, que se estendem entre colunas adjacentes 120 e, portanto, as colunas 120 não se movem rotativamente translacionalmente uma em relação à outra. Mas, a coluna central 130 está acoplada de modo móvel às colunas 120. Particularmente, a coluna central 130 pode ser axialmente estendida e retraída em relação às colunas 120. Na figura 2, a coluna central 130 é mostrada estendida axialmente das colunas 120 e, na figura 3, a coluna central 130 é mostrada axialmente retraída dentro das colunas 120.

[00032] Ainda com referência às figuras 2 e 3, cada coluna externa 120 tem um eixo central ou longitudinal 125 orientado paralelamente ao eixo 115, uma primeira extremidade ou extremidade superior 120a, que se estende acima da superfície do mar 103, e uma segunda extremidade ou extremidade inferior 120b oposta à extremidade 120a. As extremidades superiores 120a definem a extremidade superior 110 de um invólucro 110. A cobertura 150 está fixada na extremidade superior 120a de cada coluna 120.

[00033] Cada coluna 120 tem um comprimento L120 medido axialmente entre as extremidades 120a, b. Além disso, cada coluna 120 tem um diâmetro D120 medido perpendicularmente ao seu eixo 125 correspondente em vista lateral (figura 2). Nessa modalidade, cada coluna 120 é idêntica. Portanto, 0 comprimento L120 e 0 diâmetro D120 de cada coluna 120 é 0 mesmo. Em geral, 0 comprimento L120 e 0 diâmetro D120 de cada coluna 120 podem ser ajustados ao local de instalação específico e profundidade de água associada. Para a maioria dos locais de instalação com uma profundidade de água de 60,96 a 182,88 m (200 a 600 pés), 0 comprimento L120 de cada coluna 120 é, de preferência entre 45,72 e 152,4 m (150 e 500 pés); e 0 diâmetro D120 é, de preferência, entre 4,57 m e 7,62 m (15 pés e 25 pés). Mas, dependendo do local da instalação específico e comportamento dinâmico desejado d torre 100 sob cargas do ambiente, o comprimento L120 e 0 diâmetro D120 podem ser variados e ajustados, conforme oportuno.

[00034] Com referência, agora, à figura 4, uma coluna externa 120 é mostrada esquematicamente, sendo entendido que cada coluna 120 do invólucro 110 está configurada de modo igual. Nessa modalidade, a coluna 120 compreende uma parte tubular 122 radialmente externa, que se estende entre as extremidades 120a, b, paredes ou tampas 123 de extremidade superior e inferior, em cada caso, nas extremidades 120a, b, e uma pluralidade de anteparos 124 espaçados axialmente, posicionados dentro da parte tubular 122 entre as extremidades 120a, b. Tampas terminais 123 e anteparos 124 estão orientados, em cada caso, perpendicularmente ao eixo 125. Juntos, a parte tubular 122, as paredes terminais 123 e os anteparos 124 definem uma pluralidade de compartimentos ou células axialmente empilhados dentro da coluna 120 - uma câmara de lastro 126 fixa na extremidade inferior 120b, uma câmara de lastro variável ou ajustável de lastro 127, axialmente adjacente à câmara 126, e um par de câmaras flutuantes 128, 129, dispostas axialmente entre a extremidade superior 120a e a câmara ajustável de lastro 127. Cada câmara 126, 127, 128, 129 tem, em cada caso, um comprimento L126, L127, L128, L129, medido axialmente entre suas extremidades axiais. O comprimento L126, L127, L128, L129 de cada câmara 126, 127, 128, 129 é, em cada caso, de preferência entre 3,05 e 24,38 m (10 e 80 pés). Particularmente, o comprimento L126 é, de preferência, entre 10 e 30 pés 3,05 e 9,14 m (10 e 30 pés), 0 comprimento L127 é, de preferência, entre 6,10 e 18,30 m (20 e 60 pés), e cada comprimento L128 L129 é, de preferência, entre 4,57 e 12,19 m (15 e 40 pés). Mas, dependendo do local de instalação específico e comportamento dinâmico desejado da torre sob cargas do ambiente, cada comprimento L126, L127, L128, L129 pode ser variado e ajustado conforme oportuno.

[00035] As tampas 123 terminais fecham as extremidades 120a, b da coluna 120, desse modo, impedindo corrente de fluido através das extremidades 120a, b, em cada caso, para dentro das câmaras 126, 129. Os anteparos 124 fecham as extremidades restantes das câmaras 126,127,128,129, desse modo impedindo comunicação de fluido entre câmaras adjacentes 126, 127, 128, 129. Portanto, cada câmara 126, 127, 128, 129 está isolada das outras câmaras 126, 127, 128, 129 na coluna 120.

[00036] As câmaras 128, 129 estão preenchidas com um gás 106 e vedados contra 0 ambiente circundante (por exemplo, água 101) e, portanto, proporcionam flutuabilidade à coluna 120 durante 0 transporte e instalação em alto mar do invólucro 110, bem como durante a operação da torre 100. Consequentemente, as câmaras 128, 129 também podem ser designadas como câmaras flutuantes. Nessa modalidade, 0 gás 106 é ar e, portanto, também pode ser referido como ar 106. Tal como é descrito mais detalhadamente abaixo, durante 0 transporte em alto mar do invólucro 110, a câmara de lastro fixo 126 e a câmara de lastro variável 127 também estão preenchidas com ar 106, desse modo contribuindo para a flutuabilidade da coluna 120. Mas, durante a instalação do invólucro 110, a câmara 126 está preenchida com lastro fixo 107 (por exemplo, água, minério de ferro etc.), para aumentar 0 peso da coluna 120 e orientar a coluna 120 e 0 invólucro 110 verticalmente. Durante as operações de perfuração e/ou produção com a torre 100, o lastro fixo 107 na câmara 126 geralmente é permanente (isto é, permanece no lugar). Durante a instalação do invólucro 110 no local de operação em alto mar, lastro 108 é adicionado de modo controlado à câmara ajustável de lastro 127, para diminuir a flutuabilidade da coluna 120 e orientar a coluna 120 e o invólucro 110 verticalmente. Mas, diversamente da câmara de lastro fixo 126, durante as operações de perfuração e/ou produção em alto mar com a torre 100, o lastro 108 na câmara 127 pode ser variado de modo controlado (isto é, aumentado ou diminuído), tal como desejado, para variar a flutuabilidade da coluna 120 e do invólucro 110. Duas câmaras flutuantes 128, 129 estão incluídas na coluna 120 para possibilitar redundância e flutuabilidade no caso de haver dano ou um rompimento de uma câmara flutuante 128,129, inundação descontrolada da câmara ajustável de lastro 127, ou combinações dos mesmos. Nessa modalidade, o lastro variável 108 é água 101 e, portanto, também pode ser referido como água 108.

[00037] Tal como mais bem mostrado na figura 2, quando a torre 100 é instalada em alto mar, cada câmara 126, 127, 128 é disposta abaixo da superfície de mar 103, e a câmara 129 estende-se através da superfície do mar 103 para a parte superior acima da linha d'água 150. Embora a coluna 120 inclua quatro câmaras 126, 127, 128, 129 nessa modalidade, em geral, cada coluna (por exemplo, cada coluna 120) pode incluir qualquer número apropriado de câmaras. De preferência, pelo menos uma câmara é uma câmara ajustável de lastro e uma câmara é uma câmara flutuante vazia (por exemplo, preenchida com ar). Tal como é descrito mais detalhadamente abaixo, em outras modalidades, a câmara ajustável de lastro e a câmara de lastro fixo podem ser combinadas em uma única câmara que contém lastro fixo, água, ar ou combinações dos mesmos. Além disso, embora tampas terminais 123 e anteparos 124 sejam descritos como proporcionando vedações herméticas para fluido nas extremidades das câmaras 126, 127, 128, 129, deve ser entendido que uma ou mais tampas terminais 123 e/ou anteparos 124 podem incluir uma abertura de acesso, que pode ser fechada e vedada (por exemplo, cobertura da entrada de inspeção), que possibilita o acesso controlado a uma ou mais câmaras 126, 127, 128, 129, para manutenção, reparo e/ou assistência.

[00038] Com referência agora, à figura 5, uma câmara ajustável de lastro 127 é mostrada esquematicamente, entendendo-se que cada câmara ajustável de lastro 127 de cada coluna 120 está configurada de modo igual. Diversamente das câmaras flutuantes vedadas 128, 129, descritas previamente, a câmara 127 é ajustável no lastro. Nessa modalidade, um sistema de controle de lastro 160 e uma abertura 161 possibilitam ajuste do volume de lastro 108 na câmara 127. Mais especificamente, a abertura 161 é uma abertura ou furo na parte tubular 122, disposta axialmente entre a extremidade axial superior e inferior da câmara 127. Tal como descrito previamente, quando a torre 100 é instalada em alto mar, a câmara 127 é submersa na água 101, e, portanto, a abertura 161 possibilita que a água 101, 108 se mova para dentro e para fora da câmara 127. Deve se entendido que a corrente através da abertura 161 não é controlada por uma válvula ou outro dispositivo de controle de corrente. Portanto, a abertura 161 permite a corrente livre de água 101, 108 para dentro e para fora da câmara 127.

[00039] O sistema de controle de lastro 160 inclui um conduto de ar 162, uma linha de abastecimento de ar 163, um compressor de ar ou bomba 164 conectado à linha de abastecimento 163, uma primeira válvula 165 ao longo da linha 163 e uma segunda válvula 166 ao longo do conduto 162. O conduto 162 estende-se por baixo do mar para dentro da câmara 127, e tem uma extremidade de escape 162a acima da superfície do mar 103 na câmara externa 127 e uma extremidade aberta 162b disposta dentro da câmara 127. A válvula 166 controla a corrente de ar 106 através do conduto 162 entre as extremidades 162a, b, e a válvula 165 controla a corrente de ar 106 do compressor 164 para a câmara 127. O sistema de controle 160 possibilita que os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 na câmara 127 sejam controlados e variados, desse modo possibilitando que a flutuabilidade da câmara 127 e da coluna 120 associada seja controlada e variada. Particularmente, com a válvula 166 aberta e a válvula 165 fechada, ar 106 é descarregado da câmara 127, e com a válvula 165 aberta e a válvula 166 fechada, o ar 106 é bombeado do compressor 164 para dentro da câmara 127. Portanto, a extremidade 162a funciona como uma saída de ar, enquanto a extremidade 162b funciona tanto como entrada como saída de ar. Com a válvula 165 fechada, ar 106 não pode ser bombeado para dentro da câmara 127, e com as válvulas 165, 166 fechadas, ar 106 não pode ser descarregado da câmara 127.

[00040] Nessa modalidade, a extremidade aberta 162b está disposta próxima à extremidade superior da câmara 127 e a abertura 161 está posicionada próxima à extremidade inferior da câmara 127. Esse posicionamento de extremidade aberta 162b possibilita que o ar 106 seja descarregado da câmara 127 quando a coluna está em uma posição, em geral, vertical, ereta (por exemplo, após a instalação). Particularmente, como o ar de controle de flutuabilidade 106 (por exemplo, ar) é menos denso do que água 101, qualquer ar de controle de flutuabilidade 106 na câmara 127 naturalmente sobe para a parte superior da câmara 127, acima de qualquer água 101, 108 na câmara 127, quando a coluna 120 está ereta. Por conseguinte, a extremidade de posicionamento 162b na ou próxima à extremidade superior da câmara 127 possibilita acesso direto a qualquer ar 106 dentro da mesma. Além disso, como a água 101,108 na câmara 127 está disposta abaixo de qualquer ar 106 dentro da mesma, a abertura de posicionamento 161 próxima à extremidade inferior da câmara 127 possibilita entrada e saída de água 101, 108, enquanto limita e/ou impede a perda de qualquer ar 106 através da abertura 161. Em geral, o ar 106 só sai da câmara 127 através da abertura 161 quando a câmara 127 está preenchida com ar 106 da extremidade superior da câmara 127 para a abertura 161. O posicionamento da abertura 161 próxima à extremidade inferior da câmara 127 também possibilita que um volume suficiente de ar 106 seja bombeado na câmara 127. Particularmente, à medida que o volume de ar 106 na câmara 127 é aumentado, a superfície de contato entre água 101,108 e o ar 106 move-se para baixo dentro da câmara 127, uma vez que o volume aumentado de ar 106 na câmara 127 desloca água 101, 108 na câmara 127, que é deixada sair da câmara através da abertura 161. Mas, uma vez que a superfície de contato de água 101, 108 e o ar 106 chega à abertura 161, o volume de ar 106 na câmara 127 não pode ser aumentado adicionalmente, uma vez que qualquer ar adicional 106 simplesmente sai da câmara 127 através da abertura 161. Portanto, quanto mais próxima a abertura 161 estiver da extremidade inferior da câmara 127, tanto maior o volume de ar 106 que pode ser bombeado na câmara 127, e quanto mais longe a abertura 161 estiver da extremidade inferior da câmara 127, tanto menor o volume de ar 106 que pode ser bombeado para a câmara 127. Portanto, a posição axial da abertura 161 ao longo da câmara 127 é, de preferência, selecionada para possibilitar a flutuabilidade máxima desejada para a câmara 127.

[00041] Nessa modalidade, o conduto 162 estende-se através da parte tubular 122. Mas, em geral o conduto (por exemplo, conduto 162) e a abertura (por exemplo, abertura 161) podem estender-se através de outras partes da coluna (por exemplo, coluna 120). Por exemplo, o conduto pode estender-se axialmente através da coluna (por exemplo, através da tampa 123 na extremidade superior 120a e dos anteparos 124), em direção à câmara ajustável de lastro (por exemplo, câmara 127). Quaisquer passagens (por exemplo, aberturas etc.), que se estendem através de um anteparo ou tampa estão, de preferência completamente vedadas.

[00042] Sem estar limitado por esta ou qualquer teoria específica, a corrente de água 101, 108 através da abertura 161 depende da profundidade da câmara 127 e pressão hidrostática da água associada 101 naquela profundidade, e da pressão de ar 106 na câmara 127 (se houver). Se a pressão de ar 106 for menor do que a pressão de água 101, 108 na câmara 127, então o ar 106 é comprimido e água adicional 101,108 corre para dentro da câmara 127 através da abertura 161. Mas, se a pressão do ar 106 na câmara 127 for maior do que a pressão de água 101, 108 na câmara 127, então o ar 106 se expande e empurra a água 101, 108 para fora da câmara 127 através da abertura 161. Portanto, o ar 106 dentro da câmara 127 é comprimido ou expandido com base em qualquer diferencial de pressão entre o ar 106 e a água 101, 108 na câmara 127.

[00043] Nessa modalidade, o conduto 162 foi descrito como fornecendo ar 106 à câmara 127 e descarregando ar 106 da câmara 127. Mas, se o conduto 162 estiver preenchido exclusivamente com ar 106 o tempo todo, uma rachadura submarina ou perfuração no conduto 162 pode resultar no fato de que o ar comprimido 106 na câmara 127 é descarregado sem controle através da rachadura ou perfuração no conduto 162, desse modo reduzindo a flutuabilidade da coluna 120 e afetando, potencialmente, a estabilidade total da estrutura 100. Consequentemente, quando o ar 106 não está sendo propositalmente bombeado para dentro da câmara 127 ou descarregado da câmara 127 através da válvula 166 e da extremidade 162b, o conduto 162 pode ser preenchido com água até a extremidade 162b. Essa coluna de água no conduto 162 está equilibrada em pressão com o ar comprimido 106 na câmara 127. Sem estar limitado por essa ou qualquer teoria específica, a pressão hidrostática da coluna de água no conduto 162 é igual ou substancialmente igual à pressão hidrostática da água 101, 108 na abertura 161 e na câmara 127. Tal como descrito previamente, a pressão hidrostática da água 101,108 na câmara 127 está equilibrada pela pressão de ar 106 na câmara 127. Portanto, a pressão hidrostática da coluna de água no condutor 162 também está equilibrada pela pressão de ar 106 na câmara 127. Se a pressão de ar 106 na câmara 127 for menor do que a pressão hidrostática da água no conduto 162 e, portanto, menor do que a pressão hidrostática da água 101 na abertura 161, então o ar 106 é comprimido, a altura da coluna de água no conduto 162 é alongada e a água 101 corre para dentro da câmara 127 através da abertura 161. Mas, se a pressão de ar 106 na câmara 127 for maior do que a pressão hidrostática da água no conduto 162 e, portanto, maior do que a pressão hidrostática da água 101 na abertura 161, então a água 106 se expande e empurra a água 101, 108 para fora da câmara 127 através da abertura 161 e empurra a coluna de água no conduto 162 para cima. Portanto, quando há água no conduto 162, o mesmo funciona de modo similar a um manómetro de tubo em ll. Além disso, a pressão hidrostática da coluna de água no conduto 162 é a mesma ou substancialmente a mesma da água 101 que circunda o conduto 162, em uma determinada profundidade. Portanto, uma rachadura ou perfuração no conduto 162, pondo a água dentro do conduto 162 em comunicação de fluido com a água 101 fora do conduto 162, não resulta em uma afluência ou em um escoamento de água dentro do conduto 162, e, portanto, não transtorna a altura da coluna de água no conduto 162. Como a altura da coluna de água no conduto 162 permanece a mesma, mesmo no caso de uma rachadura ou perfuração submarina no conduto 162, o equilíbrio da pressão hidrostática da coluna de água no conduto 162 com o ar 106 na câmara 127 é mantido, desse modo limitando e/ou evitando a descarga do ar 106 na câmara 127 através do conduto 162. Para remover a água do conduto 162, para fornecer ar 106 à câmara 127 ou descarregar ar 106 da câmara 127 de modo controlado por meio do conduto 162, a água no conduto 162 pode ser simplesmente soprada para a câmara 127 bombeando ar 106 para baixo no conduto 162 por meio da bomba 164 ou, alternativamente, uma bomba de água pode ser usada para bombear a água para fora do conduto 162.

[00044] Novamente com referência à figura 4, a câmara de lastro fixo 126 está disposta na extremidade inferior 120b da coluna 120. Nessa modalidade, o lastro fixo 107 (por exemplo, água, minério de ferro etc.) é bombeado na câmara 126 com uma bomba de lastro 180 e uma linha de corrente ou conduto de abastecimento de lastro 181, que se estende por baixo do mar para a câmara 126. Uma válvula 182 disposta ao longo do conduto 181 é aberta para bombear lastro fixo 107 na câmara 126. Ou então, a válvula 182 é fechada (por exemplo, antes e depois de encher a câmara 126 com lastro fixo 107). Em outra modalidade, a câmara de lastro fixo (por exemplo, a câmara 126) pode simplesmente incluir uma abertura, que possibilita que a água (por exemplo, água 101) inunde a câmara de lastro fixo, quando ela é submersa dentro do mar.

[00045] Embora a câmara ajustável de lastro 127 e a câmara de lastro fixo 126 sejam câmaras distintas e separadas na coluna 120 nessa modalidade, em outras modalidades, uma câmara de lastro fixo separada (por exemplo, a câmara 126) pode não estar incluída. Nessas modalidades, o lastro fixo (por exemplo, lastro fixo 107) pode simplesmente ser disposto na extremidade inferior da câmara ajustável de lastro (por exemplo, câmara 127). O sistema de controle de lastro (por exemplo, sistema 160) pode ser usado para fornecer ar (ar 106), descarregar ar e fornecer lastro fixo (por exemplo, péletes ou granulado de minério de ferro) à câmara ajustável de lastro ou, alternativamente, um sistema separado pode ser usado para abastecer o lastro fixo à câmara ajustável de lastro. Deve ser entendido que o lastro fixo de densidade mais alta deposita-se e permanece no fundo da câmara ajustável de lastro, enquanto água e ar são movidos para dentro e para fora da câmara ajustável de lastro durante operações de enchimento de lastro e descarga de lastro.

[00046] Novamente com referência às figuras 2 e 3, a coluna central 130 tem um eixo central ou longitudinal 135 alinhado coaxialmente com o eixo 115, uma primeira extremidade ou extremidade superior 130a, e uma segunda extremidade ou extremidade inferior 130b oposta à extremidade 130a. A extremidade inferior 130b define a extremidade inferior 110b do invólucro 110. Uma âncora 140 estende-se axialmente da extremidade inferior 130b da coluna 130. Tal como é descrito mais detalhadamente abaixo, a âncora 140 penetra no fundo do mar 102 e fixa a torre 100 no mesmo. A coluna 130 tem um comprimento Lno medido axialmente entre as extremidades 130a, b, e a âncora 140 tem um comprimento Luo medido axialmente da extremidade 130b. Além disso, a coluna 130 tem um diâmetro Duo medido perpendicularmente ao seu eixo 135 correspondente em vista lateral (figura 2), e a âncora 140 tem um diâmetro Duo medido perpendicularmente ao eixo 135 da coluna 130 em vista lateral (figura 2). Nessa modalidade, o diâmetro Duo da âncora 140 é igual ao diâmetro Duo, e cada diâmetro Duo, Duo é maior do que o diâmetro D120 de cada coluna externa 120.

[00047] Em geral, 0 comprimento L130 e 0 diâmetro D130 da coluna central 130, bem como 0 comprimento Luo e 0 diâmetro Duo da âncora 140 podem ser adaptados ao local da instalação específico e à profundidade de água associada. Para a maioria dos locais de instalação com profundidades de água de 200 a 600 pés 60,96 a 182,88 m (200 a 600 pés), 0 comprimento L130 da coluna 130 é, de preferência entre 45,72 e 152,4 m (150 e 500 pés) e 0 comprimento da âncora Luo é, de preferência, entre 20 e 50 pés 6,10 e 15,24 m (20 e 50 pés) e, de modo particularmente preferido, cerca de 30 pés 9,14 m( 30 pés), e cada diâmetro Dno, Duo é de preferência, entre 4,57 e 15,24 m (15 pés e 50 pés), e, de modo particularmente preferido, cerca de 20 pés 6,10 m (20 pés). Mas, dependendo do local da instalação específico e comportamento dinâmico desejado da torre 100 sob cargas do ambiente, cada comprimento Lno, Luo e cada e o diâmetro Dno, Duo podem ser variados e ajustados, conforme oportuno.

[00048] Em geral, a geometria de uma âncora ou estaca submarina pode ser descrita em termos de uma "relação de aspecto". Tal como uso no presente, o termo "relação de aspecto" refere-se à relação do comprimento de uma âncora ou estaca medido axialmente ao longo de seu eixo longitudinal para o diâmetro ou largura máxima da âncora ou estaca medida perpendicularmente ao seu eixo longitudinal. Portanto, a âncora 140 tem uma relação de aspecto igual à relação do comprimento Luo da âncora 140 para o diâmetro Duo da âncora 140. Em modalidades descritas no presente, a relação de aspecto da âncora 140 é, de preferência menor que 3:1, e, de modo particularmente preferido, maior que ou igual a 1:1 e menor que ou igual a 2:1. Essas relações de aspecto preferidas possibilitam à âncora 140 proporcionar uma capacidade de suportar carga suficiente e uma capacidade de carga lateral suficiente para fixar a torre 100 no fundo do mar 102 e manter a posição da torre 100 no local da instalação, enquanto permitem à torre 100 girar em relação ao fundo do mar 102, tal como é descrito mais detalhadamente abaixo.

[00049] Com referência, agora, à figura 6, a coluna central 130 e a âncora 140 associada sâo mostradas esquematicamente. Nessa modalidade, a coluna 130 compreende uma parte tubular 132 radialmente externa, que se estende entre as extremidades 130a, b, as paredes terminais ou tampas 133 superiores e inferiores, em cada caso, nas extremidades 130a, b, e um anteparo 134 posicionado dentro da parte tubular 132 entre as extremidades 130a, b. As tampas terminais 133 e os anteparos 134 estão, em cada caso, orientados perpendicularmente ao eixo 135. Juntos, a parte tubular 132, as paredes terminais 133 e o anteparo 134 definem uma pluralidade de compartimentos ou células axialmente empilhados dentro da coluna 130 - uma câmara de lastro fixo 136 na extremidade inferior 130b, uma câmara de lastro variável ou ajustável de lastro 137, que se estende axialmente da câmara 136 para a extremidade 130a. Nessa modalidade, a coluna central 130 não inclui câmaras flutuantes cheias de ar e vedadas em relação ao ambiente circundante. Cada câmara 136, 137 tem, em cada caso, um comprimento Lne, L137, medido axialmente entre suas extremidades axiais. O comprimento L136, é, de preferência, menor do que 0 comprimento L137, sendo que 0 comprimento L137 é, de preferência, a diferença entre 0 comprimento Liso da coluna central 130 e 0 comprimento L136. Particularmente, 0 comprimento L136 é, de preferência, entre 5 e 30 pés (1,52 e 9,14), e 0 comprimento L136 é, de preferência, entre 20 e 200 pés (6,1 e 60,96 m). Mas, dependendo do local de instalação específico e comportamento dinâmico desejado da torre 100 sob cargas do ambiente, cada comprimento L136, L137 pode ser variado e ajustado conforme apropriado.

[00050] Tampas terminais 133 fecham as extremidade superiores 130 a, b da coluna 130, prevenindo assim fluxo de fluido através das extremidades 130 a, b para dentro das câmaras 136, 137, respectivamente. Desta forma, cada câmara 136,137 é isolada da outra câmara 136, 137 na coluna 120.

[00051] Tal como é descrito mais detalhadamente abaixo, durante 0 transporte em alto mar do invólucro 110, a câmara de lastro fixo 136 e a câmara de lastro variável 137 são preenchidas com ar 106, desse modo contribuindo para a flutuabilidade da coluna 130 e do invólucro 110. Mas, durante a instalação do invólucro 110, a câmara 136 é preenchida com lastro fixo 107 (por exemplo, água, minério de ferro etc.), para aumentar o peso da coluna 130, orientar a coluna 130 e o invólucro 110 verticalmente, e cravar a âncora 140 no fundo do mar 102. Durante as operações de perfuração e/ou produção em alto mar com a torre 100, o lastro fixo 107 na câmara 136 geralmente é permanente (isto é, permanece no local). Durante a instalação do invólucro 110 no local de operação em alto mar, lastro 108 é adicionado de modo controlado à câmara ajustável de lastro 137 para diminuir a flutuabilidade da coluna 130, orientar a coluna 130 em sentido ereto e cravar a âncora 140 no fundo do mar 102. Mas, diferentemente da câmara de lastro fixo 136, durante as operações de perfuração e/ou produção em alto mar com a torre 100, o lastro 108 na câmara 137 pode ser variado de modo controlado (isto é, aumentado ou diminuído), conforme desejado, ara variar a flutuabilidade da coluna 130 e o invólucro 110. Tal como é mais bem mostrado na figura 2, quando a torre 100 é instalada em alto mar, cada câmara 136, 137 é disposta abaixo da superfície do mar 103.

[00052] Embora a coluna central 130 inclua duas câmaras 136, 137, nessa modalidade, em geral, já coluna central (por exemplo, coluna 130) pode incluir qualquer número apropriado de câmaras. Além disso, embora as tampas terminais 133 e o anteparo 134 sejam descritas como proporcionando vedações herméticas para fluido nas extremidades das câmaras 136, 137, deve ser entendido que uma ou mais tampas terminais 133 e/ou anteparos 134 podem incluir uma abertura de acesso, que pode ser fechada e vedada (por exemplo, cobertura da entrada de inspeção), que possibilita o acesso controlado a uma ou mais câmaras 136,137 para manutenção, reparo e/ou assistência.

[00053] Ainda com referência a figura 6, de modo similar à câmara de lastro 127 da coluna 120 descrita previamente, a câmara 137 da coluna central 130 é ajustável em lastro. Particularmente, um sistema de controle de lastro 160 e uma abertura 161, em cada caso, tal como descrito previamente, possibilitam o ajuste do volume de lastro variável 108 na câmara 137. Isto é, a abertura 161 é uma abertura ou furo na parte tubular 132, disposta axialmente entre a extremidade superior e inferior da câmara 137. Tal como descrito previamente, quando a torre 100 é instalada em alto mar, a câmara 137 é submersa na água 101 e, portanto, a abertura 161 possibilita que a água 101, 108 se mova livremente para dentro e para fora da câmara 137. O sistema de controle de lastro 160 inclui um conduto de ar 162, uma linha de abastecimento de ar 163, um compressor de ar ou bomba 164 conectado à linha de abastecimento 163, uma primeira válvula 165 ao longo da linha 163 e uma segunda válvula 166 ao longo do conduto 162. O conduto 162 estende-se abaixo do mar para dentro da câmara 137, e tem uma extremidade de escape 162a na câmara externa 137 acima da superfície do mar 103 e uma extremidade aberta 162b disposta dentro da câmara 137. A válvula 166 controla a corrente de ar 106 através do conduto 162 entre as extremidades 162a, b, e a válvula 165 controla a corrente de ar 106 do compressor 164 para a câmara 137. O sistema de controle 160 possibilita que os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 na câmara 137 sejam controlados e variados, desse modo possibilitando que a flutuabilidade da câmara 137 e da coluna 130 seja controlada e variada. Particularmente, com a válvula 166 aberta e a válvula 165 fechada, ar 106 é descarregado da câmara 137, e com a válvula 165 aberta e a válvula 166 fechada, o ar 106 é bombeado do compressor 164 para dentro da câmara 137. Portanto, a extremidade 162a funciona como uma saída de ar, enquanto a extremidade 162b funciona tanto como entrada como saída de ar. Com a válvula 165 fechada, ar 106 não pode ser bombeado para dentro da câmara 137, e com as válvulas 165, 166 fechadas, ar 106 não pode ser descarregado da câmara 137. Quando o ar 106 não é bombeado para a câmara 137 ou descarregado da câmara 137, o conduto 162 pode ser preenchido com uma coluna de água, tal como descrito previamente.

[00054] Nessa modalidade, a extremidade aberta 162b está disposta próxima à extremidade superior da câmara 137 e a abertura 161 está posicionada próxima à extremidade inferior da câmara 137. Pelas mesmas razões, tais como descritas previamente, esse posicionamento da extremidade aberta 162b possibilita que o ar 106 seja descarregado da câmara 137 quando a coluna está em uma posição, em geral, vertical, ereta (por exemplo, após a instalação). Além disso, como a água 101, 108 na câmara 137 está disposta abaixo de qualquer ar 106 dentro da mesma, a abertura de posicionamento 161 próxima à extremidade inferior da câmara 137 possibilita entrada e saída de água 101, 108, enquanto limita e/ou impede a perda de qualquer ar 106 através da abertura 161. O posicionamento da abertura 161 próxima à extremidade inferior da câmara 137 também possibilita que um volume suficiente de ar 106 seja bombeado na câmara 137 - quanto mais próxima a abertura 161 estiver da extremidade inferior da câmara 137, tanto maior o volume de ar 106 que pode ser bombeado na câmara 137, e quanto mais afastada a abertura 161 estiver da extremidade inferior da abertura 137, tanto menor do volume de ar 106 que pode ser bombeado na câmara 137. Portanto, a posição axial da abertura 161 ao longo da câmara 127 é, de preferência, selecionada para possibilitar a flutuabilidade máxima desejada para a câmara 137.

[00055] Nessa modalidade, o conduto 162 estende-se através da parte tubular 132. Mas, em geral o conduto (por exemplo, conduto 162) e a abertura (por exemplo, abertura 161) podem estender-se através de outras partes da coluna (por exemplo, coluna 130). Por exemplo, o conduto pode estender-se axialmente através da coluna (por exemplo, através da tampa 133 na extremidade superior 130a e do anteparo 134), em direção à câmara ajustável de lastro (por exemplo, câmara 137). Quaisquer passagens (por exemplo, aberturas etc.), que se estendem através de um anteparo ou tampa estão, de preferência, completamente vedadas.

[00056] Ainda com referência à figura 6, a câmara de lastro fixo 136 está disposta na extremidade inferior 130b da coluna 130. Nessa modalidade, o lastro fixo 107 (por exemplo, água, minério de ferro etc.) é bombeado para dentro da câmara 136 com uma bomba de lastro 180 e uma linha de corrente ou conduto de abastecimento de lastro 181, em cada caso, tal como descrito previamente. Uma válvula 182 disposta ao longo do conduto 181 é aberta para bombear lastro fixo 107 na câmara 136. Ou então, a válvula 182 é fechada (por exemplo, antes e depois de encher a câmara 136 com lastro fixo 107). Em outras modalidades, a câmara de lastro fixo (por exemplo, a câmara 136) pode simplesmente incluir uma abertura, que possibilita que a água (por exemplo, água 101) inunde a câmara de lastro fixo, quando ela é submersa dentro do mar.

[00057] Embora a câmara ajustável de lastro 137 e a câmara de lastro fixo 136 sejam câmaras distintas e separadas na coluna 130 nessa modalidade, em outras modalidades, uma câmara de lastro fixo separada (por exemplo, a câmara 136) pode não estar incluída. Nessas modalidades, o lastro fixo (por exemplo, lastro fixo 107) pode simplesmente ser disposto na extremidade inferior da câmara ajustável de lastro (por exemplo, câmara 137). O sistema de controle de lastro (por exemplo, sistema 160) pode ser usado para fornecer ar (ar 106), descarregar ar e fornecer lastro fixo (por exemplo, péletes ou granulados de minério de ferro) à câmara ajustável de lastro ou, alternativamente, um sistema separado pode ser usado para abastecer o lastro fixo à câmara ajustável de lastro. Deve ser entendido que o lastro fixo de densidade mais alta deposita-se e permanece no fundo da câmara ajustável de lastro, enquanto água e ar são movidos para dentro e para fora da câmara ajustável de lastro durante operações de enchimento de lastro e descarga de lastro.

[00058] Novamente com referência às figuras 2 e 3, a torre 100 tem um centro de flutuabilidade 105 e um centro de gravidade 106, com a coluna central 130 na posição completamente estendida, e um centro de flutuabilidade 105' e um centro de gravidade 106', com a coluna central 130 na posição completamente retraída. Devido à localização de (a) lastro fixo nas câmaras 126, 136 nas extremidades inferiores 120b, 130b, (b) lastro variável nas partes inferiores das câmaras 127, 137, adjacentes às câmaras 126, 136, e (c) o ar nas câmaras de flutuabilidade 128, 129, próximas as extremidades superiores 120a e o ar nas porções superiores das câmaras 127,137 adjacentes as câmaras 128,129, o centro de flutuabilidade 105,105' está posicionado, em cada caso, axialmente acima do centro de gravidade 106,106'. Tal como está descrito mais detalhadamente abaixo, essa disposição oferece o potencial para aumentar a estabilidade da torre 100 quando ela está em uma posição, em geral, vertical, ereta, quer a coluna central 130 esteja estendida ou retraída.

[00059] Com referência, agora, às figuras 6 e 7, a âncora 140 estende-se axialmente da extremidade inferior 130b da coluna central 130. Nessas modalidades, a âncora 140 é uma estaca de sucção, que compreende uma aba anular, cilíndrica 141, com um eixo central 145 alinhado coaxialmente com o eixo 135, uma primeira extremidade ou extremidade superior 141a fixada na parte tubular 132, na extremidade inferior 130b uma segunda extremidade ou extremidade inferior 141 b da coluna distai 130, e uma cavidade cilíndrica 142, que se estende axialmente entre as extremidades 141a, b. A cavidade 142 está fechada e isolada da câmara 136 axialmente adjacente pela tampa 133, mas, a cavidade 142 está completamente aberta para o ambiente circundante na extremidade inferior 141a.

[00060] Tal como está descrito mais detalhadamente abaixo, a âncora 140 é usada para fixar a coluna 130, o invólucro 110 e a torre 100 no fundo do ar 102. Durante a instalação do invólucro 110, a aba 141 é forçada axialmente para baixo no fundo do mar 102 e, durante a remoção do invólucro 110 do fundo do mar 102 para transporte para um local em alto mar diferente, a aba 141 é puxada axialmente para cima do fundo do mar 102. Para facilitar a inserção e remoção da âncora 140 para dentro e para fora do fundo do mar 102, essa modalidade inclui um sistema de controle de sucção/injeção 170.

[00061] Ainda com referência às figuras 6 e 7, o sistema 170 inclui uma linha de corrente ou conduto 171 principal, uma linha de abastecimento/sucção de fluido 172, que se estende do conduto principal 171, e uma bomba de injeção/sucção 173 conectada à linha 172. O conduto estende-se a baixo do mar para a cavidade 142 e tem uma extremidade de escape superior 171a e uma extremidade aberta inferior 171b em comunicação de fluido com a cavidade 142. Uma válvula 174, que está disposta ao longo do conduto 171, controla a corrente de fluido (por exemplo, lodo, água etc.) através do conduto 171 entre as extremidades 171a, b - quando a válvula 174 está aberta, o fluido está livre para correr através do conduto 171 da cavidade 142 para a extremidade de escape 171a, e quando a válvula 174 está fechada, o fluido é limitado ou impedido de correr através do conduto 171 da cavidade 142 para a extremidade de escape 171a.

[00062] A bomba 173 está configurada para bombear fluido (por exemplo, água 101) para dentro da cavidade 142 e bombear fluido (por exemplo, água 101, lodo, sedimento) da cavidade 142 por meio da linha 172 e do conduto 171. Uma válvula 175 está disposta ao longo da linha 172 e controla a corrente de fluido através da linha 172 - quando a válvula 175 está aberta, a bomba 173 pode bombear fluido para dentro da cavidade 142 por meio da linha 172 e do conduto 171, ou bombear fluido da cavidade 142 por meio do conduto 171 e da linha 172, e quando a válvula 175 está fechada, a comunicação de fluido entre a bomba 173 e a cavidade 142 está limitada e/ou impedida. Nessa modalidade, a bomba 173, a linha 172 e as válvulas 174, 174 estão posicionados axialmente acima da coluna 130 e podem ser acessados pelo lado superior acima da linha d'água 150. Para manter o isolamento das câmaras 136,137 tampas 133 e anteparos 134 encaixam-se, de preferência no conduto 171, estendendo-se através do mesmo. Mas, em geral, a bomba (por exemplo, bomba 173), a linha de sucção/abastecimento (por exemplo, linha 172) e as válvulas (por exemplo, válvula 174, 175) podem ser dispostas em qualquer local apropriado. Por exemplo, as bombas e válvulas podem ser dispostas abaixo da superfície do mar e manobradas remotamente. Além disso, nessa modalidade, o conduto principal 171 estende-se através da coluna 130, em direção à âncora 140. Consequentemente, o conduto 171 estende-se através das tampas 133 e do anteparo 134. Mas, em outras modalidades, o conduto principal (por exemplo, conduto 171) pode estar posicionado no lado externo da coluna (por exemplo, estender-se ao longo do lado de fora da coluna 130).

[00063] Com referência, agora, à figura 8, o sistema de controle de sucção/injeção 170 pode ser usado para facilitar a inserção e remoção da ancora 140 no e do fundo do mar 102. Particularmente, quando a aba 141 é empurrada para dentro do fundo do mar 102, a válvula 174 pode ser aberta e a válvula 175, fechada, para possibilitar que a água 101 dentro da cavidade 142 entre o fundo do mar 102 e a tampa 123 escape através do conduto 171 e para fora da extremidade 171a. Para acelerar a penetração da aba 141 no fundo do mar 102 e/ou para aumentar o "aperto" entre a aba de sucção 141 e o fundo do mar 102, sucção pode ser aplicada à cavidade 142 por meio da bomba 173, conduto 171 e linha 172. Particularmente, a válvula 175 pode ser aberta e a válvula 174, fechada, para possibilitar à bomba 173 puxar fluido (por exemplo, água, lodo, sedimento etc.) da cavidade 142 através do conduto 171 e da linha 172. Quando a aba 141 tiver penetrado no fundo do mar 102 até a profundidade desejada, as válvulas 174, 175 são, de preferência, fechadas, para manter o encaixe positivo e a sucção entre a âncora 140 e o fundo do mar 102.

[00064] Para puxar e remover a âncora 140 do fundo do mar 102 (por exemplo, para mover a torre 100 para um local diferente), a válvula 174 pode ser aberta e a válvula 175, fechada, para descarregar a cavidade 142 e reduzir o engate hidráulico entre a aba 141 e o fundo do mar 102. Para acelerar a remoção da aba 141 do fundo do mar 102, fluido pode ser bombeado para dentro da cavidade 142 por meio da bomba 173, conduto 171 e linha 172. Particularmente, a válvula 175 pode ser aberta e a válvula 174, fechada, para possibilitar à bomba 173 injetar fluido (por exemplo, água) na cavidade 142 através do conduto 171 e da linha 172.

[00065] Com referência, agora, à figura 9, a coluna central 130 está disposta dentro das colunas 120 e é axialmente móvel em relação às colunas 120. Nessa modalidade, a superfície radialmente externa da parte tubular 132 inclui uma pluralidade de trilhos 190 espaçados circunferencialmente. Cada trilho 190 está orientado paralelamente ao eixo 135 e estende-se da extremidade superior 130a para a extremidade inferior 130b da coluna central 130. Além disso, os trilhos 190 estão espaçados circunferencialmente de modo uniforme em torno da parte tubular 132, de modo que cada trilho 190 está disposto radialmente (em relação aos eixos 115, 135) entre o tubular 132 e uma coluna externa 120. Cada trilho 190 está disposto dentro de, e se engata de modo corrediço á, uma guia 191 correspondente, acoplada a coluna externa 120 oposta radialmente. Nesta modalidade, cada guia 191 é acoplada com sua coluna 120 correspondente, com uma armação de treliça 192, que se estende radialmente para dentro (em relação aos eixos 115,135) a partir dessa coluna 120. Cada guia 191 está orientada paralelamente aos eixos 115, 125, 135, tem uma extremidade inferior alinhada axialmente com as extremidades inferiores 120b, e uma extremidade superior posicionada acima das extremidades inferiores 120b. Nessa modalidade, cada trilho 190 tem uma secção transversal retangular e engata de modo corrediço uma guia 191 correspondente.

[00066] Com referência, agora, à figura 10, uma pluralidade de conjuntos de travamento 195 espaçados axialmente está disposta dentro de cada guia 191 e funcionam para travar de modo desprendível a posição axial da coluna central 130 em relação às colunas externas 120 - cada conjunto de travamento 195 tem uma posição "travada" que limita e/ou impede a coluna 130 de mover-se axialmente em relação às colunas 120, e uma posição "destravada", que possibilita à coluna 130 mover-se axialmente em relação às colunas 120. Nessa modalidade, cada conjunto de travamento 195 compreende um par de cunhas 196 e um par de elementos de ativação lineares 197. As duas cunhas 196 em cada conjunto de travamento 195 estão dispostas em lados laterais opostos de um trilho 190 correspondente. Além disso, cada cunha 196 está acoplada a um elemento de ativação 197 correspondente. Cada cunha 196 é movida linearmente por seu elemento de ativação 197 entre uma posição estendida e uma posição retraída. Quando cada cunha 196 é deslocada para a posição estendida, ela é posta em engate por carne com o trilho 190 por uma superfície de carne 191a no lado interno da guia 191, e quando cada cunha 196 é deslocada para a posição retraída, ela é puxada para fora de engate com o trilho 190 e a guia 191. A fricção entre cada cunha 196 e seu trilho correspondente 190, em como a fricção entre cada cunha 196 e sua guia 191 correspondente restringe e/ou impede o trilho 190 de mover-se em relação à guia 191, quando as cunhas 196 estão na posição estendida. Mas, quando as cunhas 196 estão na posição retraída, elas não se engatam no trilho 190 ou guia 191 corresponde e, portanto, o trilho 190 está livre para mover-se em relação à guia 191.

[00067] Com os conjuntos de travamento 195 na posição destravada, a coluna central 130 pode ser movida para qualquer posição axial desejada, com relação às colunas externas 120. Uma vez que a coluna 130 esteja na posição axial desejada, os conjuntos 195 podem transitar para a posição travada, assim travando a coluna 130 na posição axial. Como será descrito em maiores detalhes abaixo, a habilidade para estender a coluna 130 das colunas 120 permite à torre 100 ser instalada em diferentes localizações em alto mar, tendo diferentes profundidades aquáticas.

[00068] Com referência, novamente, às figuras 1 e 2, a parte superior acima da linha d'água 150 está acoplada à extremidade superior 110a do invólucro 110. Tal como é descrito mais detalhadamente a baixo, a parte superior acima da linha d'água 150 pode ser transportada para o local de operação em alto mar separadamente do invólucro 110 e montada em cima do invólucro 110 no local da operação. Um dispositivo de levantamento 151 disposto na parte superior acima da linha d'água está acoplado na extremidade superior 130a da coluna central 130 e está configurado para levantar e baixar a coluna 130 axialmente em relação às colunas 120, quando a torre 100 está na posição ereta. Nessa modalidade, o dispositivo 151 é um guindaste de braço acoplado à coluna 130 com um cabo 152. Mas, em outras modalidades, o dispositivo de levantamento (por exemplo, dispositivo 151) pode ser um guincho ou outro dispositivo apropriado. Os diversos outros equipamentos tipicamente usados em operações de perfuração e/ou produção, tal como um guindaste, guinchos principais, compressores, equipamentos processadores de hidrocarbonetos, purificadores, precipitadores e similares estão dispostos sobre e sustentado pela parte superior acima da linha d'água 150.

[00069] Com referência às figuras 11-25, são mostrados a instalação, o transporte e instalação em alto mar da torre 100. Na figura 11,o invólucro 110 e parte superior acima da linha d'água 150 são mostrados ao ser transportados em alto mar em um navio 200; nas figuras 12-14, o invólucro 110 é mostrado sendo descarregado do navio 200 em um local em alto mar; nas figuras 15 e 16, o invólucro 110 é mostrado sendo deslocado de uma orientação horizontal para uma orientação vertical; nas figuras 17-19, a parte superior acima da linha d'água 150 é mostrada sendo montada no invólucro 110 para formar a torre 100, e nas figuras 20-25, a torre 100 é mostrada sendo ancorada no fundo do mar 102. Durante o transporte e disposição em alto mar da torre 100 mostrada nas figuras 11-19, a coluna central 130 está, de preferência, completamente retraída (isto é, retirado completamente ou substancialmente dentro das colunas 120) e travada em relação às colunas 120 com conjuntos de travamento 195. Mas, para instalar e ancorar a torre 100, tal como mostrado nas figuras 20-22, conjuntos de travamento 195 são deslocados para a posição destravada para possibilitar à coluna 130 estender-se axialmente para baixo em relação às colunas 120 para a profundidade desejada, depois, os conjuntos de travamento 195 são deslocados de volta para a posição travada para fixar as posições relativas das colunas 120, 130, antes de fixar a âncora 140.

[00070] Com referência, agora, à figura 11, o invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 são carregados separadamente sobre o convés 201 do navio 200 para o transporte em alto mar. O invólucro 110 é carregado sobre o navio 200 e transportado em alto mar em uma orientação, em geral, horizontal. Durante a carga e o transporte em alto mar do invólucro 110, as câmaras 126, 127, 128, 129, 136, 137 são completamente preenchidas com ar 106 e, portanto, o invólucro 110 é flutuante em rede (net buoyant). Em geral, o invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 podem ser carregados sobre o navio 200 de qualquer maneira apropriada. Por exemplo, o invólucro 110 e/ou a parte superior acima da linha d'água 150 podem ser carregados sobre o navio 200 com um guindaste carregador de levantamento. Como outro exemplo, o invólucro 110 e/ou a parte superior acima da linha d'água 150 podem ser carregados sobre o navio 200 lastreando o navio 200, de modo que o convés 201 é suficientemente submerso abaixo da superfície do mar 103, posicionar o invólucro 110 e/ou a parte superior acima da linha d'água 150 sobre o convés 201 (por exemplo, por meio de flutuação (floatover) ou um par de barcaças posicionadas em cada lado do navio (200) e depois, descarregar o lastro do navio 200. Quando o navio 200 é descarregado do lastro, o convés 201 entra em engate com o invólucro 110 e/ou a parte superior acima da linha d'água 150, e ergue os mesmos para fora da água 101. Nessa modalidade, o invólucro 110 está assentado em cima do convés 201, enquanto a parte superior acima da linha d'água 150 está assentada em cima de um par de trilhos paralelos 202. Quando o invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 estão carregados sobre o navio 200, os mesmos podem ser transportados para um local em alto mar com o navio 200.

[00071] Embora o invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 sejam mostrados e descritos como sendo transportados em alto mar no mesmo navio 200 nessa modalidade, deve ser entendido que o invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 também podem ser transportados em alto mar em navios separados (por exemplo, navios 200). Além disso, como o invólucro 110 é flutuante em rede (net buoyant) quando as câmaras 126, 127, 128, 129, 136, 137 estão completamente cheias de ar 106, o invólucro 110 também pode ser flutuado para o local em alto mar.

[00072] Voltando-nos, agora, para as figuras 12 e 13, no ou próximo ao local de instalação em alto mar, o invólucro 110 é descarregado do navio 200. Nessa modalidade, o invólucro 110 é descarregado lastreando o navio 200 até que o convés 201 esteja disposto suficientemente abaixo da superfície do mar 103 e o invólucro 110 flutuante flutua para fora do invólucro 201. O invólucro 110 flutuante é depois puxado para fora do navio 200 e posicionado no ou próximo ao local de instalação na orientação horizontal, tal como mostrado na figura 14.

[00073] Com referência, agora, às figuras 15 e 16, o invólucro 110 é deslocado da orientação horizontal para uma orientação, em geral, vertical, ereta. Particularmente, lastro fixo 107 é bombeado em cada câmara de lastro fixo 126, 136, usando bombas de balastro 180. Como as câmaras flutuantes 128, 129 estão cheias de ar, vedas e dispostas próximas à extremidade 120a, à medida que o peso em cada câmara 126, 136 aumenta, em cada caso, as extremidades 120b, 130b das colunas 120, 130 começam a pender para baixo. Quando as aberturas 161 das câmaras de lastro variável 127, 137 ficam submersas abaixo da superfície do mar 103, as câmaras 127, 137 começam a ser inundadas com água 101, 108, desse modo facilitando a rotação do invólucro 110 para a posição ereta mostra na figura 16. O grau de inundação das câmaras 127, 137 pode ser aumentado, possibilitando que o ar 106 nas câmaras 127, 137 seja descarregado através dos condutos 162. A tração total do invólucro 110 pode ser controlada e ajustada usando sistemas de controle de lastro 160, tal como descrito previamente, para variar os volumes relativos de ar 106 e água 101,108 nas câmaras 127, 137.

[00074] Câmaras 128, 129 cheias de ar, vedadas, possibilitam que as colunas externas 120 permaneçam flutuantes em rede (net buoyant), à medida que as câmaras 126 enchem-se com lastro fixo 107 e as câmaras 127 enchem-se com água 101, 108. No entanto, a coluna central 130 não inclui quaisquer câmaras cheias de ar, vedada. Portanto, como a câmara 136 enche-se com lastro fixo 107 e a câmara 137 enche-se com água 101, 108, o peso da coluna central 130 pode exceder a flutuabilidade da coluna 130. A transição da coluna central 130 entre ser flutuante em rede (net buoyant) e não ser flutuante em rede (net buoyant) pode ser controlada usando sistemas de controle de lastro 160, tal como descrito previamente, para variar os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 na câmara 137.

[00075] Voltando-nos, agora, para as figuras 17 e 18, a parte superior acima da linha d'água 150 está montada no invólucro 110 vertical. Tal como mostrado na figura 17, o navio 200 é descarregado de lastro e/ou o invólucro 110 é lastreado para erguer a posição da parte superior acima da linha d'água 150 em relação à extremidade superior 110a do invólucro 110. O invólucro 110 pode ser lastreado simplesmente descarregando ar 106 das câmaras 127, 137 e possibilitando que água 101,108 corra para dentro das câmaras 127,137. Em seguida, tal como mostrado na figura 18, o navio e/ou o invólucro 110 são manobrados para posicionar trilhos 202 em lados opostos do invólucro 110 e a parte superior acima da linha d'água 150 é avançada ao longo dos trilhos 202, até que esteja posicionada imediatamente acima do invólucro 110. Com a parte superior acima da linha d'água 150 posicionada suficientemente acima da extremidade superior 110a, o invólucro 110 é descarregado de lastro e/ou o navio 200 é lastreado, de modo que o invólucro 110 move-se para acima em relação à parte superior acima da linha d'água 150, engata-se com a parte superior acima da linha d'água 150 e levanta a parte superior acima da linha d'água 150 dos trilhos 202, desse modo unindo a parte superior acima da linha d'água 150 ao invólucro 110 e formando a torre 100. O invólucro 110 é descarregado de lastro aumentando o volume de ar 106 e diminuindo o volume de água 101, 108 nas câmaras 127, 137. Nesse ponto, a torre está flutuante em rede (net buoyant) e pode ser ajustada lateralmente ou movida, tal como mostrado na figura 19. Embora a parte superior acima da linha d'água 150 seja mostrada montada na extremidade superior 110a do invólucro 110 por meio dos trilhos 202 nas figuras 17 e 18, em outras modalidades, a parte superior acima da linha d'água 150 pode ser montada no invólucro 110 usando outros meios apropriados. Por exemplo, a parte superior acima da linha d'água 150 pode ser sustentada por duas barcaças, o invólucro 110 é lastreado, a parte superior acima da linha d'agua 150 é manobrada pelas barcaças sobre o invólucro 110, com as barcaças dispostas em cada lado do invólucro 110 e, depois, o invólucro 110 é descarregado de lastro, para levantar a parte superior acima da linha d'agua 150 do invólucro 110. Até esse ponto, a coluna central 130 é, de preferência, mantida na posição completamente retraída e travada por conjuntos de travamento 195. O guindaste 151 e o cabo 152 também podem se usados para manter a coluna central 130 na posição retraída, quando a coluna central 130 não for mais flutuante em rede (net buoyant).

[00076] Com referência, agora, às figuras 20 e 21, nessa modalidade a torre 100 é movida para um local em alto mar com uma profundidade de água maior do que o local de instalação, e a coluna central 130 é baixada. A coluna central 130 é, de preferência baixada axialmente em relação às colunas externas 120, até o comprimento Lno do invólucro 110 ser igual à profundidade da água no local de instalação, mais o bordo livre desejado. Para baixar axialmente a coluna central 130, conjuntos de travamento 195 são deslocados para a posição destravada, uma folga de afrouxamento é fornecida ao cabo 152, e o sistema de lastreamento 160 é usado para lastrear a coluna central 130 (por exemplo, deixando ar 106 sair da câmara 137 e água 101, 108 entrar na câmara 137 por meio da abertura 161). A coluna central 130 pode ser completamente inundada, sendo que a carga da coluna central 130 é completamente sustentada pelo cabo 152. Alternativamente, a coluna central 130 pode ser inundada parcialmente, para reduzira carga que precisa ser sustentada pelo cabo 152. Em qualquer caso, a coluna central 130 está suficientemente lastreada, de modo que ela pode ser baixada axialmente, para baixo em relação às colunas externas 120 com o cabo 152 e o dispositivo de levantamento 151. Quando a âncora 140 está na profundidade desejada e o comprimento total desejado Luo do invólucro 110 é alcançado, os dispositivos de travamento 195 são deslocados para a posição travada, para fixar a posição axial da coluna central 130 em relação às colunas externas 120.

[00077] Voltando-nos, agora, para as figuras 22 e 23, com a posição da coluna central 130 travada em relação às colunas externas 120, o invólucro 110 é descarregado de lastro para erguer a torre 100, e a torre 100 é movida lateralmente para o local de instalação. A torre 100 é, de preferência, descarregada de lastro até um grau em que seja obtido um vão livre entre a âncora 140 e o fundo do mar 102, quando a torre 100 é movida para as águas mais rasas no local de instalação. No local de instalação, o invólucro 110 é descarregado de lastro, para levar a âncora 140 ao seu engate com o fundo do mar 102 e empurrar a aba 141 para dentro do fundo do mar 102, tal como está mostrado nas figuras 24 e 25. O sistema 170 pode ser usado para aplicar sucção à cavidade 142 e facilitar a penetração da aba 141 no fundo do mar 102. Com a âncora 140 suficientemente embutida no fundo do mar 102, o peso total e flutuabilidade da torre 100 são ajustados tal como desejado, controlando os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 nas câmaras 127, 137, para manter o engate das âncoras 140 com o fundo do mar 102. Nessa modalidade, o peso total da torre 100, de preferência, excede a flutuabilidade total da torre 100 por cerca de 250 a 1000 toneladas, e, de modo particularmente preferido,, cerca de 500 toneladas, para garantir que a penetração da aba 141 no fundo do mar 102 seja mantida durante as operações de perfuração e/ou produção subsequentes. A carga total aplicada à aba 141 (isto é, a diferença entre o peso total e a flutuabilidade total da torre 100) pode ser variada e controlada conforme desejado, lastreando e descarregando lastro do invólucro 110, usando sistemas de controle de lastro 160 descritos previamente. Durante a instalação da âncora 140 e subsequentes operações em alto mar no local de instalação, os conjuntos de travamento 195 são, de preferência, mantidos na posição travada.

[00078] Embora a torre 100 tenha sido mostrada e descrita como sendo movida para águas mais profundas para baixar a coluna central 130, descarregada de lastro, movida para o local de instalação, e depois lastreada, em outras modalidades, a instalação da torre pode ser realizada de maneira diferente. Por exemplo, o invólucro 110 pode ser descarregado do lastro no local da instalação, destravados os conjuntos de travamento 195, baixada a coluna central 130, travados os conjuntos de travamento 195 e, depois, lastreada a torre 100 para fixar a âncora 140.

[00079] Tal como é mais bem mostrado na figura 26, a força descendente líquida, relativamente pequena, em combinação com o centro de flutuabilidade 105 posicionado acima do centro de gravidade 106, possibilita à torre 100 girar ou inclinar-se da vertical em relação ao fundo do mar 102, em resposta a cargas do ambiente (por exemplo, vento, ondas, correntes, terremotos etc.). Na figura 26, a torre 100 é mostrada orientada em um ângulo de inclinação θ, medido da vertical. A relação entre a posição do centro de gravidade 106 e centro de flutuabilidade 105 determina a rigidez da inclinação e o ângulo de inclinação máximo θ da torre 100. Em geral, a rigidez da inclinação e o ângulo de inclinação máximo θ estão relacionados inversamente. Portanto, à medida que a rigidez da inclinação aumenta (isto é, aumenta a resistência à inclinação), o ângulo de inclinação máximo θ diminui; e à medida que a rigidez da inclinação diminui, o ânulo de inclinação máximo θ aumenta. A rigidez da inclinação e o ângulo de inclinação máximo θ podem ser variados e controlados ajustando os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 nas câmaras 127, 137, para controlar a localização do centro de gravidade 106 e do centro de flutuabilidade 105. Por exemplo, quando o volume de água 101,108 nas câmaras 127,137 é aumentado e o volume de ar 106 nas câmaras 127, 137 é diminuído, o centro de flutuabilidade 105 move-se para cima e o centro de gravidade 106 move-se para baixo; e quando o volume de água 101, 108 nas câmaras 127, 137 é diminuído e o volume de ar 106 nas câmaras 127, 137 é aumentado, o centro de flutuabilidade 105 move-se para baixo e o centro de gravidade 106 move-se para cima. Quando o centro de flutuabilidade 105 e o centro de gravidade 106 são afastados (isto é, o centro de gravidade 106 é movido para baixo e o centro de flutuabilidade 105 é movido para cima), a rigidez de inclinação aumenta o ângulo de inclinação máximo θ diminui; mas, quando o centro de gravidade 106 e o centro de gravidade e o centro de flutuabilidade 105 são aproximados um do outro (isto é, o centro de gravidade 106 é movido para cima e o centro de flutuabilidade 105 é movido para baixo), a rigidez de inclinação diminui e o ângulo de inclinação máximo θ aumenta. Portanto, controlando os volumes relativos de ar 106 e água 101, 108 nas câmaras 127, 137, a rigidez de inclinação e o ângulo de inclinação máximo θ podem ser controlados. Para modalidades descritas no presente, o ângulo de inclinação máximo θ é, de preferência, menor ou igual a 10°.

[00080] Tal como descrito previamente, as modalidades de torre 100 descritas no presente têm um centro de flutuabilidade 105 posicionado acima do centro de gravidade 106, desse modo possibilitando à torre 100 responder a cargas do ambiente e apresentar características de estabilidade vantajosas, similares às de plataformas spar flutuantes, que têm um centro de flutuabilidade disposto acima de seu centro de gravidade. Uma plataforma de spar flutuante inclina-se em torno da extremidade inferior de seu invólucro submarino, com uma posição lateral mantida com um sistema de amarração. De modo similar, modalidades de torre 100 estão livres para inclinar-se em torno da extremidade inferior 110b do invólucro 110. Mas, a extremidade inferior 110b está fixada diretamente no fundo do mar 102 com a âncora 140, que oferece resistência ao movimento lateral da torre 100. As cargas verticais relativamente pequenas postas sobre a âncora 140, tais como descritas previamente (por exemplo, 250 a 1000 toneladas) servem para garantir que a torre 100 tenha uma quantidade suficiente de capacidade de carga lateral para resistir a cargas do ambiente, sem desengatar-se do fundo do mar 102 ou mover-se lateralmente. Deve ser entendido que isso está em forte contraste com a maioria das estruturas em alto mar, que são tipicamente postas em pura compressão (plataformas fixas e torres flexíveis) ou pura tensão (plataformas de pernas de tensão).

[00081] Tal como descrito previamente, nas modalidades descritas no presente, a âncora 140 é submetida a cargas verticais relativamente mais baixas, porque a torre 100 oferece uma flutuabilidade significa. Além disso, como a torre 100 gira da vertical em torno da extremidade inferior 110b, a âncora 140 serve como uma junta giratória. A aba de sucção 141 oferece um aparelho mecânico relativamente simples configurado e operado (por exemplo, a profundidade de penetração no fundo do mar 102 pode ser ajustada), com base na rigidez do solo no fundo do mar 102. Em outras palavras, se o solo no fundo do mar 102 tiver uma rigidez alta, então a aba 141 pode ser embutida parcialmente no fundo do mar 102 e, por outro lado, se o solo no fundo do mar 102 tiver uma rigidez baixa, então a aba 141 pode ser totalmente embutida no fundo do mar 102. Em outras palavras, a profundidade de penetração da aba 141 no fundo do mar 102 pode ser determinada pela rigidez do solo no fundo do mar 102, para possibilitar o comportamento dinâmico desejado para a torre 100 (por exemplo, rigidez de inclinação, ângulo de inclinação máximo θ, período natural etc.). Esse método de fazer uso de parte da flexibilidade inerente do solo no fundo do mar para proporcionar flexibilidade de inclinação para a torre 100 oferece vantagens potenciais sobre conexões mecânicas de articulação complexa no fundo do mar, que podem ser falíveis ou um ponto fraco para torres articuladas.

[00082] Em seguida a operações de perfuração e/ou produção em alto mar em um primeiro local de instalação em alto mar, a torre 100 pode ser desacoplada do fundo do mar 102, movida para um segundo local de instalação, e instalada no segundo local de instalação. Em geral, a torre 100 é desacoplada do fundo do mar 102 invertendo a ordem dos passos realizados para instalar a torre 100. Por exemplo, a torre 100 pode ser descarregada de lastro bombeando ar 106 nas câmaras 127 e forçando a água 101, 108 para fora das câmaras 127 através das aberturas 161. Para manter o controle da coluna central 130 durante o subsequente levantamento da coluna 130, a câmara 137 é, de preferência, descarregada minimamente de lastro ou não ser de modo algum descarregada de lastro. Particularmente, a flutuabilidade da coluna 130 é mantida, de preferência, abaixo do peso da coluna 130 durante a fixação e a remoção da âncora 140. A torre 100 é descarregada de lastro até ficar flutuante em rede (net buoyant) e, portanto, puxa para cima na âncora 140. Simultaneamente, a cavidade 142 é descarregada (abrindo as válvulas 174), para reduzir o travamento hidráulico entre a aba 141 e o fundo do mar 102 e/ou um fluido (por exemplo, água) é bombeado para dentro da cavidade 142 com a bomba de injeção 173 para forçar a aba 141 para cima em relação ao fundo do mar 102. Quando a âncora 140 está puxada completamente para fora do fundo do mar 102, a torre 100 está livremente flutuante e pode ser rebocada para o segundo local de instalação e instalada. Se a profundidade da água for suficientemente diferente no segundo local de instalação, os conjuntos de travamento 195 podem ser deslocados para a posição destravada, para possibilitar que a posição axial da coluna central 130 seja ajustada, e depois deslocados de volta para a posição travada.

[00083] Da maneira descrita, as modalidades descritas no presente (por exemplo, torre 100) incluem um invólucro (por exemplo, invólucro 110), com uma pluralidade de colunas cilíndricas celulares (por exemplo, colunas 120, 130, que compreendem as câmaras 126, 127, 128, 128, 136, 137). Essas colunas celulares oferecem o potencial de aumentar as eficiências de fabricação e instalação, em comparação com a maioria dos invólucros convencionais para plataformas fixas e estruturas de treliça para torres flexíveis, particularmente, em regiões geográficas com experiência e recursos qualificados limitados. Além disso, as modalidades descritas no presente oferecem vantagens potenciais em zonas de terremotos, uma vez que elas podem inclinar- se em torno da extremidade inferior 110b e não são estruturas alicerçadas rigidamente no fundo.

[00084] Embora modalidades preferidas tenham sido mostradas e descritas, modificações das mesmas podem ser feitas por alguém versado na técnica, sem afastar-se do objeto ou dos ensinamentos do presente. As modalidades descritas no presente são apenas ilustrativas e não são restritivas. Muitas variações e modificações dos sistemas, aparelhos e processos descritos no presente são possíveis e estão dentro do objeto da invenção. Por exemplo, as dimensões relativas de diversas partes, os materiais dos quais as diversas partes são feitos, e outros parâmetros podem ser variados. Consequentemente, o alcance da proteção não está limitado às modalidades descritas no presente, mas está limitado apenas pelas reivindicações anexas, cujo alcance inclui todos os equivalentes do tema das reivindicações.

[00085] A não ser quando indicado de outro modo, os passos em uma reivindicação de método podem ser realizados em qualquer ordem. A menção de identificadores, tais como (a), (b), (c) ou (1), (2), (3) antes dos passos em uma reivindicação de método não pretendem especificar e não especificam uma ordem específica dos passos, mas, em vez disso, são usados simplesmente como referência subsequente para esses passos.

Claims

1. Estrutura em alto mar caracterizado pelo fato de que compreende: um invólucro (110) com um eixo longitudinal (115) e que inclui uma primeira coluna (120) e uma segunda coluna (130) acoplada de modo móvel à primeira coluna (120), em que a segunda coluna (130) é configurada para acoplada de modo móvel à primeira coluna (120), em que cada coluna (120,130) tem um eixo longitudinal (125,135), uma primeira extremidade (120a, 130a) e uma segunda extremidade (120b, 130b) oposta à primeira extremidade (120a, 130a); uma âncora (140) disposta na segunda extremidade (130b) da segunda coluna (130), em que a segunda coluna (130) é configurada para mover para baixo axialmente em relação à primeira coluna (120) para empurrar a ancora (140) para dentro do fundo do mar (102) e fixar o invólucro (110) no fundo do mar (102); em que a primeira coluna (120) inclui uma câmara de lastro variável (127) posicionada axialmente entre a primeira extremidade (120a) e a segunda extremidade (120b) da primeira coluna (120) e uma primeira câmara flutuante (128, 129), posicionada entre a câmara de lastro variável (127) e a primeira extremidade (120a) da primeira coluna (120), em que a primeira câmara flutuante (128, 129) está cheia de um gás (106) e vedada contra o ambiente circundante; em que a segunda coluna (130) inclui uma câmara de lastro variável (137), posicionada axialmente entre a primeira extremidade (130a) e a segunda extremidade (130b) da segunda coluna (130); uma parte superior (150) montada no invólucro (110).

2. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a âncora tem uma relação de aspecto menor que 3:1.

3. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um primeiro conduto de controle (162) em comunicação de fluido com a câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120) e configurado para fornecer um gás (106) à câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120); em que a primeira coluna (120) inclui uma primeira abertura (161) em comunicação de fluido com a câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120), em que a primeira abertura (161) da primeira coluna (120) está configurada para possibilitar à água (101) correr para dentro e para fora da câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120) do ambiente circundante; um segundo conduto de controle (162) de lastro em comunicação de fluido com a câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130) e configurado para fornecer um gás (106) à câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130); em que a segunda coluna (130) inclui uma primeira abertura (161) em comunicação de fluido com a câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130), em que a primeira abertura (161) da segunda coluna (130) está configurada para possibilitar a água (101) correr para dentro e para fora da câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130) do ambiente circundante.

4. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro conduto de controle (162) de lastro tem uma extremidade (162b) disposta dentro da câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120), e o segundo conduto de controle de lastro (162) tem uma extremidade (162b) disposta dentro da câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130).

5. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira coluna (120) inclui uma câmara de lastro fixo (126), posicionada axialmente entre a câmara de lastro variável (127) da primeira coluna (120) e a segunda extremidade (120b) da primeira coluna (120); em que a segunda coluna (130) inclui uma câmara de lastro fixo (136), posicionada axialmente entre a câmara de lastro variável (137) da segunda coluna (130) e a segunda extremidade (130b) da segunda coluna (130); em que cada câmara de lastro fixo (126, 136) é configurada para ser enchida com lastro fixo (107).

6. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a âncora (140) é uma estaca de sucção, que inclui uma aba de sucção (141) que se estende axialmente da segunda extremidade (130b) da segunda coluna (130).

7. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, um conduto de fluido (171) em comunicação de fluido com uma cavidade (142) definida pela aba de sucção (141), em que o conduto de fluido (171) está configurado para descarregar a cavidade (142), bombear um fluido para dentro da cavidade (142) ou retirar o fluido da cavidade (142).

8. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, uma segunda câmara flutuante (128, 129) disposta na primeira extremidade (120a) da primeira coluna (120), em que a segunda câmara flutuante (128, 129) está cheia de um gás (106) e vedada contra o ambiente circundante.

9. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, um conjunto de travamento (195), configurado para travar seletivamente uma posição axial da segunda coluna (130) em relação à primeira coluna (120).

10. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma guia alongada (191) acoplada à primeira coluna (120) e que se estende paralelamente ao eixo longitudinal da primeira coluna (120); um trilho alongado (190) acoplado à segunda coluna (130), em que o trilho (190) está orientado paralelamente ao eixo longitudinal (135) da segunda coluna (130); em que o trilho (190) está disposto dentro da guia (191) e engata-se de modo corrediço na mesma; em que o conjunto de travamento (195) está posicionado entre o trilho (190) e a guia (191).

11. Método caracterizado pelo fato de que compreende: (a) posicionar uma torre flutuante (100) em um local de instalação em alto mar, em que a torre (100) inclui um invólucro (110) tendo um eixo longitudinal (115) e uma parte superior (150) montada no invólucro (110), em que o invólucro (110) inclui uma coluna central (130) e uma pluralidade de colunas externas (120) espaçadas circunferencialmente em torno da coluna central (130), em que a coluna central (130) compreende uma ancora (140) disposta em uma extremidade inferior (130b) e está acoplada de modo móvel às colunas externas (120); (b) lastrear a coluna central (130); (c) mover a coluna central (130) axialmente para baixo em relação às colunas externas (120) durante a etapa (b); (d) lastrear as colunas externas (120); (e) penetrar no fundo do mar (102) com a âncora (140) da segunda coluna (130) durante a etapa (c); e (f) deixar a torre (100) inclinar-se em torno da âncora (140) depois da etapa (e).

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, travar a posição da coluna central (130) em relação às colunas externas (120), antes da etapa (e).

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) compreende deixar a torre (100) inclinar- se até um ângulo de inclinação máximo em relação à vertical, que é menor do que 10°.

14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a âncora (140) tem uma relação de aspecto menor que 3:1.

15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreende: (a1) transportar o invólucro (110) e a parte superior (150) ao local de instalação em alto mar, (a2) fazer o invólucro (110) flutuar na superfície do mar em uma orientação horizontal; (a3) deslocar o invólucro (110) da orientação horizontal para uma orientação vertical; (a4) montar a parte superior (150) no invólucro (110) acima da superfície do mar para formar a torre flutuante.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa (a1) compreende: transportar o invólucro (110) em alto mar sobre um navio; e descarregar o invólucro (110) do navio em alto mar.

17. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada coluna externa tem um eixo longitudinal (115), uma primeira extremidade (120a) e uma segunda extremidade (120b) oposta à primeira extremidade (120a); em que cada coluna externa (120) inclui uma câmara de lastro variável (127), posicionada axialmente entre a primeira extremidade (120a) e a segunda extremidade (120b) da coluna externa (120), e uma primeira câmara flutuante (128, 129), posicionada axialmente entre a câmara de lastro variável (127) e a primeira extremidade (120a) da coluna externa (120); em que a etapa (b) compreende carregar lastro variável na câmara de lastro variável (127) de cada coluna externa (120); em que a coluna central (130) tem um eixo longitudinal (115), uma primeira extremidade (130a), uma segunda extremidade (130b) oposta à primeira extremidade (130a); em que a coluna central (130) inclui uma câmara de lastro variável (137), posicionada axialmente entre a primeira extremidade (130a) e a segunda extremidade (130b) da coluna central (130); em que a etapa (c) compreende carregar lastro variável na câmara de lastro variável (137) da coluna central (130).

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) compreende deixar que um gás (106) na câmara de lastro variável (137) da coluna central (130) seja descarregado e deixar água (101) correr para dentro da câmara de lastro variável (137) da coluna central (130) através de uma abertura (161) na coluna central (130).

19. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a âncora (140) é uma estaca de sucção, que inclui uma aba de sucção (141) que se estende axialmente da segunda extremidade (130b) da coluna central (130); em que a etapa (e) compreende: (e1) penetrar no fundo do mar (102) com a aba de sucção (141); e (e2) bombear um fluido de uma cavidade (142) dentro da aba de sucção (141), durante etapa (e1).

20. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (g) descarregar o lastro do invólucro (110), depois da etapa (f); e (h) puxar a âncora (140) do fundo do mar (102).

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: bombear um fluido na cavidade (142), durante etapa (h).

22. Estrutura em alto mar (100) caracterizado pelo fato de que compreende: um invólucro (110), com um eixo longitudinal (115) e que inclui uma pluralidade de colunas radialmente externas (120) e uma coluna central (130), posicionada radialmente entre as colunas externas (120), em que cada coluna está orientada paralelamente ao eixo longitudinal (115); em que cada coluna (120, 130) tem uma primeira extremidade (120a, 130a) e uma segunda extremidade (120b, 130b) oposta à primeira extremidade (120a, 130a); em que a coluna central (130) está configurada para mover- se axialmente em relação às colunas externas (120); uma âncora (140) disposta na segunda extremidade (130b) da coluna central (130), em que a âncora (140) tem uma relação de aspecto menor que 3:1 e está configurada para engatar-se de modo desprendível no fundo do mar (102); em que cada da pluralidade de colunas externas (120) inclui uma câmara de lastro variável (127), posicionada axialmente entre a primeira extremidade (120a) e a segunda extremidade (120b) da correspondente coluna externa (120) e uma primeira câmara flutuante (128, 129), posicionada axialmente entre a câmara de lastro variável (127) e a primeira extremidade (120a) da correspondente coluna externa (120), em que a primeira câmara flutuante (128,129) está cheia de um gás (106) e vedada em relação ao ambiente circundante; em que a coluna central (130) inclui uma câmara de lastro variável (137), posicionada axialmente entre a primeira extremidade (130a) e a segunda extremidade (130b) da coluna central (130); uma parte superior (150) montada no invólucro (110), um conjunto de travamento (195) configurado para travar seletivamente uma posição axial da coluna central (130) em relação às colunas externas (120).

23. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda uma pluralidade de primeiros condutos (162), em que um dos primeiros condutos (162) está em comunicação de fluido com uma das câmaras de lastro variável (127, 137) e está configurado para fornecer um gás (106) à câmara de lastro variável (127, 137) correspondente.

24. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que cada da pluralidade de colunas externa (120) inclui uma câmara de lastro fixo (126), posicionada axialmente entre a correspondente câmara de lastro variável (127) e a segunda extremidade (120b) da correspondente coluna externa (120).

25. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma pluralidade de segundos condutos (181), em que um dos segundos condutos (181) está em comunicação de fluido com cada câmara de lastro fixo (126) e está configurado para fornecer lastro fixo (107) à câmara de lastro fixo (126) correspondente.

26. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a âncora (140) é uma estaca de sucção, que inclui uma aba de sucção (141).

27. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conduto de fluido (171) em comunicação de fluido com uma cavidade (142) dentro da aba de sucção (141) e configurado para retirar fluido da cavidade (142) e bombear fluido para dentro da cavidade (142) correspondente.

28. Estrutura em alto mar (100) de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que cada da coluna central (130) e a pluralidade de colunas externas (120) inclui uma abertura (161) em comunicação de fluido com a correspondente câmara de lastro variável (127)