ES2215180T3 - Aparato flotante en aguas profundas. - Google Patents
Aparato flotante en aguas profundas.Info
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Abstract
UN APARATO DE PERFORACION Y PRODUCCION DE ALTA MAR (20) EN EL QUE UN CASCO FLOTANTE (24) EN FORMA DE PRISMA TIENE UN PASO (38) QUE SE EXTIENDE LONGITUDINALMENTE POR EL CASCO EN EL QUE SE EXTIENDEN UNOS ELEVADORES (42) HASTA LA SUPERFICIE DEL MAR. LA BASE DEL CASCO (24) ESTA COLOCADA A UNA PROFUNDIDAD QUE DEPENDE DEL VIENTO, LAS OLAS Y EL TIEMPO ATMOSFERICO ACTUAL EN EL LUGAR, LO CUAL REDUCE LAS FUERZAS DE LAS OLAS QUE ACTUAN SOBRE LA BASE DEL CASCO (24). UNA ESTRUCTURA DEL ARMAZON (26) ESTA CONECTADA CON LA BASE DEL CASCO, SE EXTIENDE HACIA ABAJO Y COMPRENDE UNA PLURALIDAD DE VENTANAS VERTICALES (50) QUE ESTAN DEFINIDAS POR PLACAS DE ATRAPE DE AGUA HORIZONTALES (52) Y PROPORCIONAN UNAS VENTANAS (56) ALREDEDOR DE LA ESTRUCTURA DEL ARMAZON. LA VENTANAS PROPORCIONAN UNA TRANSPARENCIA EN LA DIRECCION HORIZONTAL PARA REDUCIR LA RESISTENCIA. EL ESPACIO VERTICAL ENTRE LAS PLACAS (52) SE CORRESPONDE CON EL ANCHO DE LA VENTANA DE LA ZONA DE CARGA Y DESCARGA (56). LA ESTRUCTURA DEL ARMAZON (26) ESTAPOR DEBAJO DE UN ACCION DE SIGNIFICATIVA DE LAS OLAS POR LO QUE LA ACCION DE LAS OLAS EN ESTE LUGAR INHIBE EL MOVIMIENTO DE VIRADO. LA ESTRUCTURA DEL ARMAZON (26) MODIFICA EL PERIODO Y LA ESTABILIDAD NATURAL DEL APARATO (20) PARA MINIMIZAR LOS MOVIMIENTOS DE VIRADO, DE BANDAZOS Y GIRATORIOS.
Description
Aparato flotante en aguas profundas.
La presente invención se refiere a un aparato
flotante en aguas profundas o mástil hueco para perforar y explotar
pozos en el agua durante periodos largos de tiempo.
Los aparatos del estado de la técnica de tipo
mástil hueco incluyen un casco, cuerpo o armadura flotante dispuesto
verticalmente, con una estructura superior por encima del agua y una
estructura inferior sumergida a una profundidad elegida. La
estructura superior está sometida a vientos y corrientes y la
estructura inferior está sometida al movimiento variable del oleaje.
Se han propuesto medios para estabilizar el aparato contra los
movimientos de subida y bajada, cabeceo y balanceo, que incluyen el
uso de zonas dispuestas horizontalmente y espaciadas verticalmente a
lo largo del eje longitudinal del mástil para modificar la respuesta
al movimiento de subida y bajada del aparato. Tales espacios son muy
grandes, como se muestra en la patente U.S. 3.510.892. El uso de
zonas horizontales relativamente anchas para actuar como medios de
atrapamiento de masa virtual se describe en la patente U.S.
4.516.882, en la que el uso de tales zonas está relacionado con la
conversión entre los modos de tipo plataforma de tensión y
semisumergible. Tal aparato del estado de la técnica también incluye
un sistema de anclaje en el que los cabos de anclaje están
conectados a la parte inferior de la estructura del casco y a un
medio de anclaje en el fondo del mar en forma de catenaria o en
forma tensada con cuerdas. En algunos casos, la parte inferior de la
estructura flotante incluye un lastre. La memoria U.S. 3.404.413
describe una estructura flotante que consta de dos tanques flotantes
esféricos separados mediante una estructura de refuerzo. Unas placas
de amortiguación están dispuestas en la estructura de refuerzo para
reducir los movimientos de subida y bajada de la estructura
flotante. Un lastre está asegurado en un tanque esférico para
mantener derecha y estabilizar la estructura flotante.
Según la presente invención, se proporciona un
aparato de perforación según la reivindicación 1.
La presente invención contempla un aparato de
perforación novedoso de tipo mástil que se puede amarrar fácilmente
sobre una o varias bocas de pozo del fondo del mar durante largos
periodos de tiempo para perforar y explotar el yacimiento. En
cualquier condición climática, los movimientos del aparato son tales
que se pueden llevar a cabo las operaciones de perforación y
extracción, y los empleados y el equipo pueden trabajar de manera
eficaz. Para conseguir los objetivos generales anteriores, el
aparato de tipo mástil incluye un diseño novedoso en el que un
cuerpo de casco flotante superior con forma de cajón está conectado
por su extremo inferior a una construcción novedosa de un armazón
de una estructura de refuerzo horizontalmente transparente, teniendo
el armazón una longitud que puede ser mayor que la longitud del
cuerpo del casco flotante dependiendo del oleaje, los vientos y las
corrientes previstas en el emplazamiento del pozo. Además, el
armazón de refuerzo está diseñado con una pluralidad de vanos
separados verticalmente y definidos por unas placas horizontales,
proporcionándose ventanas transparentes en cada lado del armazón de
refuerzo. Las ventanas proporcionan transparencia al armazón, y
permiten que las corrientes oceánicas se muevan virtualmente sin
impedimentos y transversalmente a través de los vanos. Al mismo
tiempo, las placas sin perforar que están separadas horizontalmente
(excepto para conductos ascendentes) atrapan agua entre ellas,
estando las placas separadas según la anchura en horizontal de los
vanos, con lo cual se consigue una masa añadida efectiva que es
aproximadamente igual al volumen de un cubo de las dimensiones de la
placa. El resultado de esta construcción es que el aparato de esta
invención puede diseñarse para reducir los movimientos de subida y
bajada, cabeceo y balanceo del aparato y para conseguir además un
periodo natural deseable del aparato en cualquier condición de
oleaje dada que se espere en el emplazamiento del pozo.
El principal objeto de esta invención consiste
por tanto en proporcionar un aparato de perforación novedoso de tipo
mástil para operaciones de perforación y producción.
Un objeto de esta invención, es proporcionar un
manejo novedoso de un casco flotante y un armazón de refuerzo
interconectados a una profundidad elegida, que responda a cualquier
condición climática del emplazamiento de un pozo, de un modo estable
y con unos efectos mínimos de movimientos de subida y bajada,
cabeceo y balanceo.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un
armazón de refuerzo adaptado para extenderse por debajo de un casco
flotante, en el que el armazón es virtualmente transparente al
movimiento horizontal del agua y en el que el movimiento vertical
del agua correspondiente al armazón queda atrapado de manera eficaz
y proporciona una "masa añadida" al casco
flotante-armazón en dirección vertical.
Es otro objeto de la invención, dotar al armazón
de refuerzo con un conjunto de quilla con un lastre para
contrarrestar el peso de la plataforma y del equipamiento de la
plataforma y para hacer que descienda el centro de gravedad del
aparato por debajo de su centro de flotación y aumentar así la
estabilidad del citado aparato.
Otro objeto de la invención es proporcionar
cámaras de flotación en el conjunto de quilla para facilitar la
colocación del aparato en posición horizontal para su remolque.
Otros objetos específicos de la invención pueden
incluir un medio novedoso para conectar los cabos de anclaje, a
través de escobenes, al aparato, y para conectar los cabos de
anclaje al medio de anclaje que está empotrado en el fondo del mar,
una construcción de caja de anclaje novedosa para un cabo de anclaje
tenso, y un medio novedoso para aumentar el área de una placa de
atrapamiento.
Otros objetos y ventajas de la presente invención
quedarán claros en la siguiente descripción con referencia a los
dibujos, en los que se muestra una realización ejemplar de la
invención.
La figura 1, es una vista en alzado de un aparato
de perforación según esta invención, instalado en aguas profundas y
amarrado con cabos de anclaje tensados.
La figura 2, es una vista en alzado parcial del
aparato mostrado en la figura 1 con una ilustración esquemática de
una corriente normal ondulada.
La figura 3, es una vista lateral del casco y el
armazón, parcialmente en sección, que muestra ejemplos de
profundidad del agua en relación con el aparato y un sistema
elevador en esquema.
La figura 4, es una vista en sección transversal
por el plano 4-4 de la figura 3.
La figura 5, es una vista en sección transversal
por el plano 5-5 de la figura 3.
La figura 6, es una vista en sección transversal
por el plano 6-6 de la figura 3.
La figura 7, es una vista en sección transversal
por el plano 7-7 de la figura 3.
La figura 8, es una vista en sección transversal
por el plano 8-8 de la figura 3.
La figura 9, es una vista más detallada de la
parte inferior del armazón que se indica con el círculo en la figura
1.
La figura 10, es una vista en planta desde el
plano 10-10 de la figura 9.
La figura 11, es una vista en sección por el
plano 11-11 de la figura 9.
La figura 12, es una vista esquemática de la
disposición de cabos de anclaje tensados.
La figura 13, es una vista parcial en sección de
la instalación de un medio de anclaje para utilizar con el aparato
que se muestra en la figura 1.
La figura 14, muestra el llenado del medio de
anclaje con lastre.
La figura 15, muestra la instalación completa del
medio de anclaje de la figura 13.
La figura 16, es una vista en planta del medio de
anclaje de la figura 13 tomada desde el plano 16-16
en la figura 15, y muestra únicamente una conexión de cabo de
anclaje.
La figura 17, es una vista parcial aumentada del
pasador de anclaje y de la conexión de cabo de la figura 16.
La figura 17a, es una vista superior parcial de
la figura 17 tomada desde el plano 17a-17a en la
figura 17.
La figura 18, es una vista parcial aumentada y
parcialmente en sección, de una conexión principal adecuada al
armazón del aparato.
La figura 19, es una vista despiezada aumentada
de un tubo ascendente y un pincho, situados en el círculo 19 de la
figura 3.
En la figura 1, el aparato de perforación en
aguas profundas que incluye esta invención se indica normalmente con
el número 20 y generalmente comprende una plataforma superior 22 que
se apoya sobre un casco flotante 24 parcialmente sumergido en el
agua, y un armazón 26 conectado al extremo inferior del casco y que
se prolonga hacia abajo hasta una profundidad por debajo de la
acción crítica del oleaje. Unos cabos de anclaje 28 están conectados
con el armazón a una profundidad elegida y están conectados a un
medio de anclaje 30 empotrado en el fondo del mar, proporcionando
los cabos de anclaje un sistema de anclaje tenso como se describe
después.
El casco 24, en este ejemplo, puede tener forma
cilíndrica con lados rectos por su parte superior 32 e inferior 34.
La forma del casco también puede ser prismática. La longitud del
casco puede prolongarse por debajo de la superficie del agua hasta
68 metros (figura 3) dependiendo del estado del oleaje y puede
prolongarse por encima de la superficie del agua una altura adecuada
para sostener la plataforma superior y proporcionar espacio al
equipo de perforación y extracción, medios de almacenaje y otras
piezas necesarias para que funcione el aparato.
El casco puede incluir una pared interna
concéntrica 36 que define una vía o conducto 38 por la longitud del
casco. Entre la pared 36 y la pared externa del casco se
proporcionan varios compartimentos 49 que pueden utilizarse para el
lastre variable de agua, almacenaje de petróleo y espacios de
trabajo.
Un sistema elevador 42, indicado normalmente en
el conducto central, puede incluir una pluralidad de tubos
ascendentes que se apoyan sobre unos botes de flotación 44, del modo
que se describe y muestra en mi patente 4,702,321 publicada el 27 de
octubre de 1987. El conducto central 38 está abierto por la parte
inferior, el agua marina llena el conducto y sostiene los botes de
flotación 44 con un movimiento relativo mínimo entre los botes y el
casco.
El armazón 26 está conectado al extremo inferior
del casco y se extiende hacia abajo una distancia elegida. La
profundidad de la interconexión entre el casco y el extremo superior
del armazón depende de la acción del oleaje en el emplazamiento del
pozo y se elige a una profundidad en la que la fuerza del oleaje se
ha atenuado. Por ejemplo, en zonas en las que el oleaje dura
periodos cortos y tiene una calma relativa, la interconexión puede
estar a una profundidad del orden de 30 metros. Cuando el oleaje es
de periodos largos y violento, la interconexión puede estar más
cerca de los 75 metros. Las longitudes a lo largo del casco y el
armazón están relacionadas con el estado del oleaje y las
condiciones del emplazamiento del pozo particular, con objeto de
conseguir un aparato en el que se reduzcan al mínimo los movimientos
de subida y bajada, cabeceo y balanceo del aparato. El armazón se
construye de modo que proporcione una pluralidad de vanos 50
definidos por unas placas horizontales separadas verticalmente 52.
El armazón incluye unas columnas verticales longitudinales 54 que
interconectan dichas placas 52 por las esquinas, y unos elementos de
refuerzo diagonales 55, siendo las placas en este ejemplo cuadradas.
Las placas 52 pueden ser poligonales o circulares, y sin perforar,
excepto para las aberturas que tienen la finalidad de acomodar los
tubos ascendentes. La disposición de las placas y de las columnas de
conexión es tal que proporciona unas ventanas grandes 56 en todos
los lados del armazón a través de los cuales puede pasar fácilmente
el agua que se mueve en dirección horizontal. Las placas 52, con su
estructura sustancialmente sin perforar y su separación seleccionada
correspondiente a las dimensiones de las placas, sirven para atrapar
agua entre ellas cuando el movimiento relativo del aparato y las
partículas del agua que está fuera de la estructura es vertical. El
agua queda atrapada por debajo de la acción del oleaje, como se
muestra en forma de diagrama en la parte izquierda de la figura 2,
Así, el oleaje no contribuye al movimiento de subida y bajada del
aparato 20, sino que lo impide. Se debe apreciar también que la masa
35 de agua atrapada en los vanos 50 actúa como parte del aparato en
la dirección vertical. Tal acción o efecto sirve para aumentar el
periodo natural del aparato y en la configuración 25 que se muestra
es sustancialmente más largo que los periodos de fuerza de las olas.
Como ejemplo, el oleaje en el Golfo de Méjico en un diseño de
tormentas de 100 años puede tener un periodo de pico máximo de entre
14 y 16 segundos.
La configuración ejemplar del presente aparato
tiene un periodo de movimiento de subida y bajada de aproximadamente
28 segundos más que el mencionado periodo de pico de las olas. Se
puede apreciar que las plataformas flotantes de aspiración a gran
profundidad de estructura alargada con partes inferiores que se
extienden hasta una profundidad de 195 metros, o donde la acción del
oleaje es insignificante, pueden estar sometidas a grandes
corrientes que dan como resultado grandes cargas en la estructura y
por ello vibraciones indeseadas debido al cambio de vorticidad
periódico, denominado a veces vibración inducida de vorticidad
(VIV). En el diseño del presente aparato, la energía de cualquier
vibración inducida de vorticidad desarrollada por el casco superior
es absorbida por el armazón mediante la transparencia de los vanos
al movimiento horizontal del agua y mediante el atrapamiento del
agua entre las placas de atrapamiento separadas verticalmente. Las
masas de agua atrapadas por las placas horizontales, cuando se
mueven en dirección vertical, hacen que el fluido que está cerca se
acelere y proporcionan así "masa añadida" al aparato en la
dirección vertical. La cantidad de masa añadida para cada vano es de
aproximadamente la mitad del volumen de un cubo (o una esfera) de
tres dimensiones, a saber, las dos dimensiones de una placa de
atrapamiento 52 y la altura vertical del vano. Así, en la presente
invención se puede proporcionar un periodo natural deseable para
cualquier condición de oleaje dada para el aparato, seleccionando el
número de placas, sus dimensiones y su separación vertical en la
construcción del armazón.
Se debe tener en cuenta que el movimiento
vertical del aparato es impulsado por las fuerzas de presión que
actúan en la cara inferior del casco flotante 24. La carga
hidrostática es proporcional a la elevación de las olas y disminuye
exponencialmente con la profundidad. La velocidad de disminución
depende de la duración del periodo o de la longitud de la ola. Así,
un casco flotante con un calado de 60 a 90 metros recibe más fuerzas
de excitación que un mástil de 180 metros.
Además del medio para obtener un periodo natural
seleccionado como se ha descrito antes, las placas de atrapamiento
de masa pueden incluir unas prolongaciones de placa 60 como se
muestra en las figuras 2, 9 y 10. En este ejemplo, cada prolongación
de placa 60 puede estar unida de forma giratoria, con un eje 62, a
la estructura del armazón por el borde exterior de la placa 52. La
finalidad de las prolongaciones de placa 60 giratorias (o
retráctiles) es simplificar la puesta en servicio del aparato y
reducir las cargas de arrastre durante el transporte. Tales
prolongaciones de placa 60 se pueden colocar en una o más placas 52
y aumentan sustancialmente la "masa añadida" de agua atrapada.
De este modo, se puede conseguir una dinámica de oleaje y de
movimiento de cabeceo además de unas características de movimiento
de subida y bajada.
Aunque las prolongaciones de placa 60 se muestran
con unión giratoria con el armazón, se pueden utilizar otras
uniones, tales como prolongaciones de placa que se desplazan
horizontalmente y que están incluidas en una placa 52. Las placas 60
pueden ser fijas si la puesta en servicio o remolque del aparato no
es un factor a tener en cuenta. Se debe entender que el movimiento
vertical del aparato es impulsado por las fuerzas de presión que
actúan en la cara inferior del casco flotante 24. La carga
hidrostática es proporcional a la elevación de las olas y disminuye
exponencialmente con la profundidad. La velocidad de disminución
depende de la duración del periodo o de la longitud de la ola. Así,
el casco flotante con un calado de entre 60 y 90 metros recibe más
fuerzas de excitación que un mástil de 180 metros. Además del medio
para obtener un periodo natural seleccionado como se ha descrito
antes, las placas de atrapamiento de masa pueden incluir unas
prolongaciones de placa 60 como se muestra en las figuras 2, 9 y 10.
En este ejemplo, cada prolongación de placa 60 puede estar conectada
de forma giratoria, con un eje 62, a la estructura del armazón, por
el borde exterior de la placa 52. La finalidad de las prolongaciones
de placa 60 giratorias (o retráctiles) es simplificar la puesta en
servicio del aparato y reducir las cargas de arrastre durante el
transporte. Tales prolongaciones de placa 60 se pueden colocar en
una o más placas 52 y aumentan sustancialmente la "masa
añadida" de agua atrapada. De este modo, se puede conseguir una
dinámica de oleaje y de movimiento angular más favorable además de
unas características de movimiento de subida y bajada.
Aunque las prolongaciones de placa 60 se muestran
con una unión giratoria con el armazón, se pueden utilizar otras
uniones, tales como prolongaciones de placa que se desplazan
horizontalmente y están incluidas en la placa 52. Las placas 60
pueden ser fijas si la puesta en servicio o remolque del aparato no
es un factor a tener en cuenta.
Las figuras 4 a 8 muestran una disposición
esquemática del sistema de tubos ascendentes que atraviesan las
diferentes placas 52 y el conducto central 38 del casco. En la vista
en sección de la figura 4, el conducto 38 tiene una sección
transversal cuadrada y los botes de flotación 44 están dispuestos en
cuatro filas de cinco tubos ascendentes cada una.
En la figura 5, los tubos ascendentes 42
atraviesan la interconexión entre el casco y el armazón en la misma
disposición de la figura 4, y atraviesan la placa 52 por unas
aberturas un poco mayores que el diámetro de los tubos.
Como se muestra en las figuras 6 y 7, el diámetro
de las aberturas de los tubos que están en las placas 52' y 52''
aumenta progresivamente para acomodar la ligera curvatura que
experimentan los tubos durante los movimientos del aparato.
La figura 8, muestra el modelo de los tubos
ascendentes 42 a medida que estos emergen del conjunto de quilla 70
que se describe después.
El conjunto de quilla 70 se muestra en las
figuras 9 y 11 y afecta de manera sustancial al comportamiento de
cabeceo y balanceo del aparato. El conjunto 70 incluye unas cámaras
de flotación 72 y unos compartimentos de lastre 74. Las cámaras 72
proporcionan flotación al extremo del armazón durante el remolque
cuando el armazón está horizontal y se proporcionan unos medios, no
se muestran, para anegar las cámaras cuando el armazón está de
pie.
Los compartimentos 74 pueden llenarse con
material de lastre, tal como arena o agua, y se pueden instalar
antes o después de poner de pie el aparato usando un tubo con tolva
o un tubo permanente de modo bien conocido. El lastre fijo
proporciona estabilidad estática cuando el aparato está en su sitio,
contrarresta el peso de la plataforma superior y el equipo que
contiene el casco, facilita la localización del centro de gravedad
del aparato y evita que el aparato se ladee de manera excesiva
cuando hay grandes corrientes y vientos fuertes.
Cada uno de los compartimentos de lastre 74 puede
proveerse de una puerta abisagrada de apertura hacia abajo 76 para
descargar el lastre en el caso de que el aparato vaya a girar hacia
la posición horizontal para remolcarlo a un nuevo emplazamiento de
un pozo.
El conjunto de quilla puede incluir también
cámaras de flotación como las cámaras 72 en las que haya un
desplazamiento suficiente para soportar el peso del lastre. Se puede
inyectar aire comprimido en las cámaras 72 para hacer que el aparato
vuelva a la posición horizontal. Esta disposición permite que las
cámaras de flotación se mantengan a presión ambiente. Como en este
diseño no es necesario mantener una presión completamente
hidrostática, se produce un ahorro considerable de costes de
acero.
El conjunto de quilla que se muestra en las
figuras 3 y 19 incluye una cámara de apertura hacia abajo que tiene
una abertura de entrada relativamente grande 80 a través de la cual
pasan los tubos ascendentes con mucha holgura. La abertura inferior
82 es lo suficientemente ancha como para que cuando los tubos
ascendentes se sometan a una ligera curvatura debido al movimiento
lateral del aparato, los tubos eviten el contacto con los bordes de
la abertura 82.
El medio de anclaje 30 es de tipo por gravedad y
adecuado para amarrarse por 16 puntos de anclaje. Cada anclaje
sostiene los extremos de cuatro cabos de anclaje, estando cada grupo
de cuatro cabos dispuesto a 90 grados con respecto al otro como se
muestra en la figura 12 y se describe después. Cada medio de anclaje
30 puede comprender una caja 90 que tiene unas paredes laterales
verticales 92 reforzadas por dentro como en 94, y unidas por un
pared inferior 96 que tiene una pluralidad de agujeros de drenaje 98
y una abertura superior 100. La pared inferior 96 está provista de
zócalos de corte periféricos colgantes 102. Como se muestra en la
figura 13, se puede utilizar un medio adecuado 104 para hacer
descender la caja 90 hasta el fondo del mar, penetrando los zócalos
102 inicialmente en el material del fondo. El material de lastre 106
puede verterse en la caja abierta a través de un tubo con tolva 108
hasta que se llene la caja, haciendo el peso del material de lastre
que la caja de anclaje se asiente en una posición empotrada que se
muestra en la figura 15.
La caja de anclaje 90 está provista en su pared
92 de una pluralidad de receptáculos laterales 110 abiertos por
arriba, como se muestra mejor en las figuras 16, 17 y 17a. Cada
receptáculo puede tener forma de artesa con una pared inferior
inclinada hacia arriba 112 cuyo extremo inferior termina en un
entrante 114, definiendo la pared, con un contrafuerte saliente 116,
una abertura 118 que recibe el extremo inferior de un pasador de
anclaje 120. Alejada del extremo superior del pasador 120 hay una
abrazadera o argolla anular 122 que queda en contacto con una
abrazadera coincidente 124 del receptáculo cuando el pasador de
anclaje está en posición de funcionamiento para transmitir fuerzas
de anclaje a la caja de anclaje. Un dispositivo de bloqueo accionado
mediante un ROV (vehículo que funciona por control remoto) evita
además que el pasador de anclaje se salga del receptáculo 110. Se
proporciona un pasador de anclaje 126 para cada anclaje y cada
receptáculo 110.
Se debe entender que el diseño de anclaje
descrito, requiere el conocimiento de la resistencia al corte y al
aplastamiento de la tierra del fondo del mar en el emplazamiento del
pozo, para determinar la profundidad de penetración de la caja de
anclaje, la cantidad de lastre necesario y la capacidad de sujeción
del anclaje. Como se indica en la figura 15 con la línea 130, la
dirección de arrastre del cabo de anclaje es tal que el vector de
fuerzas atraviesa los zócalos de corte posteriores de la caja de
anclaje por una parte donde la resistencia es mayor. El peso del
lastre fuerza continuamente este zócalo de corte hacia abajo del
fondo del mar para desarrollar una resistencia máxima.
Cuando se instala el pasador de anclaje, se le
hace descender hasta una posición vertical con el extremo inferior
entrando en el receptáculo por fuera del contrafuerte 116. El
extremo inferior del pasador toca la parte inferior del receptáculo
y después se desliza hacia abajo hasta el entrante 114. Entonces
asume su posición inclinada hacia arriba con las abrazaderas
coincidentes acopladas para limitar el movimiento hacia arriba del
pasador. La conexión giratoria 132 del cabo de anclaje, está
separada de la caja de anclaje y se puede acceder a ella
fácilmente.
Se entiende que es posible utilizar otros
sistemas de anclaje que proporcionen medios para instalar anclajes
independientemente del cabo de anclaje, con la conexión situada por
encima de la línea del lodo de perforación para permitir su
inspección mediante un ROV (vehículo que funciona por control
remoto), y la desconexión del cabo de anclaje para ser llevado a la
superficie, inspeccionado y sustituido sin tener que retirar la caja
de anclaje.
El sistema de cabos de anclaje tensos se muestra
mejor en las figuras 2, 12 y 18. La figura 12 muestra los haces de
cuatro cabos de anclaje 28 que se extienden desde el armazón 26 a 90
grados con respecto al medio de anclaje 30. En el sistema de anclaje
tenso para el presente propósito, el cabo de anclaje no se apoya
sobre el fondo del mar cerca de la caja de anclaje, y sale del
anclaje siguiendo un ángulo ascendente como en la figura 1. Cuando
el aparato se mueve lateralmente desde su posición neutra, los cabos
normalmente flojos o con poca tensión se tensan y el sistema de
anclaje puede considerarse como no lineal. El sistema tenso es
ventajoso para estructuras de mástil debido a que hay relativamente
poco movimiento cíclico en la conexión guiacabos de los cabos con el
armazón.
Además, si se rompe uno de los cuatro cabos, los
tres cabos adyacentes del grupo de cabos comparten la carga de
manera uniforme y la capacidad de sujeción de los tres cabos es
mayor que la de un solo cabo en una disposición de 16 cabos de
anclaje separados igual manera.
Como se muestra en la figura 2, cada uno de los
grupos de cabos de anclaje 28 entra en un escobén 138 que se
extiende desde su conexión externa hasta el armazón con una
curvatura de gran radio con respecto al lado externo opuesto del
armazón y después continúa hacia arriba por el exterior del casco y
por encima del agua hasta la plataforma superior. El extremo
inferior 140 en forma de campana del escobén se acampana radialmente
hacia fuera para acomodar la limitada curvatura de los cabos de
anclaje a medida que salen del escobén. Extendiendo el escobén por
encima del nivel del agua, llenado el escobén de aceite y
proporcionando una interfaz aceite-agua 142 por
debajo del punto de tangencia 144 de los cabos de anclaje con el
escobén, el aceite sirve para lubricar los cabos de anclaje que
están dentro del escobén. Los cabos de anclaje quedan así protegidos
y se reduce su mantenimiento.
Los versados en la materia, entenderán fácilmente
que la construcción y funcionamiento novedosos del aparato 20
proporcionan diferentes ventajas en comparación con los diseños de
mástil anteriores, incluyéndose entre tales ventajas las
siguientes:
a) El casco se puede construir en un astillero y
el armazón en una fábrica de estructuras metálicas, uniéndose
después las dos partes en tierra o en una barcaza.
b) La estructura de refuerzo del armazón necesita
menos acero que una caja cilíndrica por debajo el casco.
c) La estructura de refuerzo del armazón reduce
la amplitud de las vibraciones inducidas por la vorticidad del
casco.
d) Las cargas de flexión se reducen durante el
remolque o cuando hay flotación en posición horizontal.
e) Las cargas sobre los cabos de anclaje se
reducen debido a la transparencia de la estructura con respecto a
las corrientes oceánicas y se reducen también las vibraciones
inducidas por la vorticidad.
f) El diámetro en aumento progresivo de las
aberturas de guía en las placas para los tubos ascendentes, controla
la curvatura y las tensiones de los tubos ascendentes durante los
movimientos de cabeceo y balanceo del aparato. Los diámetros de los
agujeros de las placas pueden establecerse teniendo en cuenta el
número de ciclos de tensión y la magnitud de los mismos para
asegurar una integridad estructural y prolongar la resistencia a la
fatiga para las condiciones medioambientales anticipadas.
Se debe entender que se pueden hacer
modificaciones y cambios en el aparato que se ha descrito, siempre
que tales cambios y modificaciones estén dentro del objeto de las
reivindicaciones anexas.
Claims (24)
1. Aparato flotante en el agua para utilizar en
perforaciones petrolíferas y en la extracción de petróleo que
comprende:
un casco flotante (24) que tiene
una parte superior (32) adaptada para
proporcionar flotación al aparato y prolongarse por encima de la
superficie del agua para sostener una plataforma de equipamiento
(22); y
una parte inferior (34) adaptada para prolongarse
hacia abajo hasta una profundidad elegida;
teniendo dicho casco un extremo inferior situado
a una profundidad donde la fuerza del oleaje es insignificante;
teniendo dicho casco un conducto central (38)
para recibir tubos ascendentes y una pluralidad de compartimentos
para proporcionar flotabilidad;
caracterizado porque incluye un armazón
(26) conectado a la parte inferior (34) del casco (24) y que se
prolonga hacia abajo para reducir los movimientos de subida y
bajada, cabeceo y balanceo del aparato, y unos medios para conseguir
un periodo natural elegido para dicho aparato con una duración mayor
que la del periodo de pico máximo del espectro del oleaje en el
emplazamiento del yacimiento petrolífero, que consisten en:
dicho armazón (26) que se extiende hasta una
profundidad que sobrepasa una acción significativa del oleaje;
teniendo dicho armazón (26) una pluralidad de
placas horizontales (52) separadas verticalmente que definen unos
vanos (50) que tienen unas ventanas (56) abiertas para que se pueda
mover el agua con un movimiento relativamente transversal a través
de dichos vanos y para que se pueda atrapar el agua en dichos vanos
al moverse dicho armazón y dicha agua relativamente en vertical;
teniendo dichas placas de atrapamiento (52) una
pluralidad de aberturas ascendentes para recibir los tubos
ascendentes verticales;
un conjunto de quilla (70) que tiene un
compartimento de lastre (74) de peso seleccionado;
un medio de anclaje (30) conectado a dicho
aparato.
2. Aparato según la reivindicación 1, en donde la
pluralidad de placas horizontales (52) separadas verticalmente
comprenden una primera placa (52') y una segunda placa (52'') y las
aberturas ascendentes definidas en la primera placa son
sustancialmente mayores que las aberturas ascendentes que hay en la
segunda placa (figuras 6 y 7).
3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en
donde la distancia entre dicha primera placa horizontal y dicha
segunda placa horizontal es sustancialmente igual a una dimensión de
la primera placa horizontal.
4. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde las placas son sustancialmente
cuadradas y los vanos tienen un volumen aproximadamente igual al
volumen de un cubo que tiene las mismas dimensiones que las
placas.
5. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dichas placas separadas (52)
definen una pluralidad de vanos (50) que tienen sustancialmente el
mismo volumen.
6. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde cada placa (52) tiene
sustancialmente la misma área.
7. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde cada placa (52) tiene la misma
relación entre dimensiones.
8. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho armazón (26) está a una
profundidad determinada con el fin de inhibir el movimiento de
subida y bajada atrapando agua entre dichas placas (52).
9. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye un medio (60) para aumentar
el área de al menos una placa (52) seleccionada para modificar el
periodo seleccionado del aparato.
10. Aparato según la reivindicación 9, en donde
dicho medio de aumento de área consiste en prolongaciones de placa
(60) fuera de dicho armazón (26).
11. Aparato según la reivindicación 10, que
incluye unos medios para mover dichas prolongaciones de placa (60)
entre las posiciones horizontal y vertical.
12. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, en donde al menos una placa seleccionada
(52) está al lado de dicho conjunto de quilla (70).
13. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde las placas horizontales
separadas verticalmente (52) están separadas una distancia
determinada con respecto a la relación entre dimensiones de una
placa (52).
14. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dichas placas (52) definen una
barrera sustancialmente impermeable al agua para atrapar agua en
dichos vanos (50) en una dirección vertical correspondiente a dicho
armazón, aumentando así la masa efectiva del aparato.
15. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la inmersión del casco (24)
modifica el periodo natural de dicho aparato para minimizar el
movimiento de subida y bajada, de cabeceo y de balanceo de dicho
aparato.
16. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dichas placas (52) limitan el
movimiento del agua entre dichas placas.
17. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dichas placas (52) evitan
sustancialmente que circule agua entre un vano (50) y el
siguiente.
18. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho compartimento de lastre
(74) que está en dicho conjunto de quilla (70) incluye lastre para
proporcionar estabilidad estática a dicho aparato cuando está in
situ.
19. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho conjunto de quilla (70)
incluye un compartimento de lastre (74) para recibir material de
lastre, una parte abisagrada (76) para descargar dicho material, y
unas cámaras de flotación (72) para cambiar la posición de dicho
aparato entre la vertical y la horizontal.
20. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho medio de anclaje (30)
incluye un sistema de anclaje tenso que tiene cabos de anclaje (28)
dispuestos a 90º con respecto a dicho armazón (26).
21. Aparato según la reivindicación 20, en donde
dichos cabos de anclaje (28) instalados a 90º incluyen una
pluralidad de cabos.
22. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho medio de anclaje (30)
está conectado a dicho aparato a una profundidad submarina en la que
el movimiento del armazón es
\hbox{mínimo.} 23. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde:
dicho medio de anclaje (30) incluye cabos de
anclaje (28) conectados a dicho armazón (26) en un emplazamiento en
el que el movimiento cíclico es mínimo,
dicho medio de anclaje (30) está empotrado en el
fondo marino y comprende un pasador de anclaje (120) unido a un
extremo de un cabo de anclaje,
dicho medio de anclaje (30) incluye un
receptáculo lateral (110) para retener, de manera que se pueda
soltar, dicho pasador de anclaje en un ángulo seleccionado.
24. Aparato según la reivindicación 20, en el que
dicho sistema de anclaje tenso comprende:
una caja de anclaje (90) para contener lastre,
con un zócalo de corte periférico colgante (102) en dicha caja para
atravesar el fondo marino, teniendo dicha caja paredes laterales
verticales (92),
medios (126) para mantener dicho medio de anclaje
(30) en un ángulo seleccionado para dirigir las fuerzas de anclaje a
través de una parte yuxtapuesta de dicho zócalo (102),
y medios para asegurar dicho medio de anclaje en
dicho medio de sujeción para hacer frente al movimiento relativo del
mismo.
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