ES2256923T3 - Soportes de catenaria ascendente. - Google Patents
Soportes de catenaria ascendente.Info
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Abstract
UN SOPORTE PARA LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA PARA UNA ESTRUCTURA FLOTANTE EXPUESTA AL AGUA DEL MAR (10) QUE RECIBE LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA Y SE ACOPLA A LA ESTRUCTURA FLOTANTE EXPUESTA AL AGUA DEL MAR (10). EL SOPORTE PARA LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA CONSTA DE UN TUBO (22) ACOPLADO RIGIDAMENTE A LA ESTRUCTURA FLOTANTE (10) Y UNA JUNTA DE INFLEXION (24) EN LINEA CON LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA (16). EL TUBO (22) COMPRENDE UNA CURVATURA QUE COINCIDE CON LA CURVA CATENARIA NATURAL DE LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA (13). UN ADAPTADOR DE TUBERIAS (26) ACOPLADO EN LINEA CON LA JUNTA DE INFLEXION (24) Y LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA (16) SE PUEDE ALZAR HASTA QUE DE CONTRA EL TUBO (22). LA JUNTA DE INFLEXION (24) PERMITE QUE LA PROLONGACION DE LA TUBERIA DE REVESTIMIENTO CATENARIA (16) SE PUEDA MOVER RESPECTO A LA ESTRUCTURA FLOTANTE (10).
Description
Soportes de catenaria ascendente.
La presente invención se refiere en general a la
producción de hidrocarburos de yacimientos submarinos y, más
particularmente, a los soportes de las tuberías ascendentes
utilizadas para dicha producción.
En la industria de perforación y producción
marina, habitualmente se utiliza una tubería para transportar el
producto (petróleo o gas natural) desde el lugar de la producción
marina a las instalaciones de recogida y almacenamiento, que pueden
tratarse de un barco cisterna o una instalación en tierra firme. En
las estructuras marinas que descansan en el fondo del mar, tales
como una camisa o una torre asociada, el efecto de flexión debido a
las condiciones meteorológicas tales como el oleaje o las corrientes
submarinas tiene una mínima importancia entre los factores a
considerar en el diseño de la conexión entre la tubería y la
estructura marina. No obstante, en las estructuras marinas
flotantes, en el diseño de la interfase entre la tubería y la
estructura marina se deben tener en cuenta los movimientos de
curvatura, y las tensiones y la fatiga resultantes, que la tubería y
la interfase deben soportar durante la vida de la estructura. Los
planteamientos con una conducción formada por una catenaria de acero
habitualmente se consideran como el medio que resulta tener el coste
más favorable para transportar los productos desde y hacia las
plataformas de producción flotantes marinas.
En una estructura flotante del tipo TLP
(plataforma de soportes atirantados) o semisumergida, la
configuración típica del sistema ascendente es la de una conducción
suspendida en el costado de la plataforma flotante desde una
plataforma de soporte situada justo bajo la superficie del agua
(aproximadamente entre cincuenta y cien pies, equivalentes a entre
15 y 30 metros). Típicamente la tubería sale de la estructura de
soporte formando un ángulo con la vertical de entre cinco y
veinticinco grados y se curva hacia la parte superior a lo largo de
toda su longitud hasta que la conducción se dispone tangente al
fondo del mar a una cierta distancia de la plataforma flotante. Una
vez la conducción de catenaria de acero se ha instalado apoyando su
extremo superior en la plataforma de soporte, la conducción se
conecta a otra conducción previamente instalada en la plataforma
flotante. Esta conexión habitualmente se realiza con la ayuda de
submarinistas que la pueden realizar con una relativa facilidad, ya
que la plataforma de soporte se encuentra próxima a la superficie
del agua.
Dicha estructura de soporte de la catenaria
ascendente de acero adolece de diversos inconvenientes cuando se
utiliza en plataformas flotantes de tipo mástil, que pueden tener un
calado de seiscientos cincuenta pies (200 m) de profundidad.
Habitualmente, los cables de amarre del mástil están fijados a unas
sondas situadas algunos cientos de pies por debajo de la superficie
del mar. De ese modo, las catenarias ascendentes de acero, si están
soportadas próximas a la superficie del agua, se tienen que instalar
entre los cables de amarre. Además, cuando los sistemas ascendentes
son soportados próximos a la superficie del agua, la parte superior
del sistema ascendente está sujeta a grandes cargas originadas por
el oleaje y las corrientes que pueden crear unas sobretensiones y
producir unas indeseables averías por fatiga.
Estos dos inconvenientes se pueden superar con
una plataforma de mástil flotante que soporte el extremo del sistema
ascendente a más profundidad bajo el agua próxima a la quilla del
mástil. No obstante, si se utiliza dicha configuración, la
utilización de submarinistas para conectar la conducción ascendente
a la conducción instalada previamente en el mástil puede ser muy
difícil y costosa. Una solución, propuesta en la solicitud de
patente europea EP-A-0 825 325 del
solicitante utiliza un sistema de soporte flexible
conducción-dentro-conducción en el
que la catenaria ascendente de acero es empujada hacia arriba a
través de un soporte de conducción exterior flexible. Esta
disposición funciona bien en las estructuras flotantes de tipo
abierto como la descrita en la patente
US-A-5.558.467, pero presenta más
dificultades cuando se utiliza en una estructura flotante cerrada
como la descrita en la patente
US-A-4.702.321. Con un dispositivo
de soporte conducción-en-conducción,
la conducción exterior en el último punto de soporte en la
estructura flotante está montada en el interior de una guía que
permite los movimientos angulares del soporte de la conducción y de
la conducción ascendente. Podría ser virtualmente imposible sellar
al agua dicho soporte de la conducción para mantener la flotabilidad
necesaria para instalar la estructura flotante cerrada.
La patente
US-A-5.615.977 también da a conocer
un tipo de estructura flotante abierta que comprende un sistema
ascendente que presenta una pluralidad de elementos de conducción
rígidos acoplados en serie mediante una pluralidad de acoplamientos
flexibles.
La presente invención proporciona una estructura
marina flotante para la producción de hidrocarburos, en la que la
catenaria ascendente se extiende desde el fondo del mar hasta la
estructura marina flotante, presentando la estructura marina
flotante presenta un soporte para la catenaria ascendente,
comprendiendo el soporte:
un tubo que presenta un extremo superior y un
extremo inferior, y que está diseñado para recibir la catenaria
ascendente; y
una junta flexible montada en la catenaria
ascendente y dispuesta en el extremo inferior de dicho tubo,
en la que dicho tubo está rígidamente fijado y
penetra en el interior de la estructura marina flotante a una
profundidad predeterminada de modo que se reducen las tensiones
inducidas en toda la catenaria ascendente, estando dicho tubo
curvado con un ángulo predeterminado complementario al de la
curvatura natural de la catenaria ascendente.
La forma de realización preferida de la invención
proporciona un soporte de catenaria ascendente, en una estructura
marina flotante, en el que se monta la catenaria ascendente y que
está fijado a la estructura marina flotante. El soporte de la
catenaria ascendente está formado por un tubo rígidamente fijado a
la estructura flotante y una junta flexible en línea con la
catenaria ascendente. El tubo está formado con una curvatura
progresiva que complementa la curva natural de catenaria de la
catenaria ascendente. Un adaptador de conducciones fijado en línea
con la junta flexible y el sistema ascendente permite que la junta
flexible sea empujada hacia la parte superior contra el tubo.
La junta flexible permite que la catenaria
ascendente se pueda desplazar con respecto a la estructura flotante
y de ese modo minimizar las tensiones de curvado y las posibles
averías por fatiga de la parte superior del sistema ascendente.
La invención se describirá a continuación a
título de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los
que se hará referencia a elementos equivalentes mediante las mismas
referencias, y en los que:
la Figura 1 es una vista lateral que representa
una forma de realización de la estructura marina flotante de la
invención;
la Figura 2 es una representación esquemática
ampliada de la forma de realización de la Figura 1; y
la Figura 3 es una vista ampliada de la zona
rodeada con un círculo en la Figura 2.
En la Figura 1, la estructura marina flotante 10
es mantenida en posición mediante una pluralidad de cables de amarre
12. Los cables de amarre 12 están fijados por un extremo a la
estructura flotante 10 y por el otro extremo a unas anclas o pilares
(no representados) en el fondo del mar 14. La catenaria ascendente
16 se extiende hacia arriba desde el fondo del mar 14 hacia la
estructura flotante 10 y está soportada y montada en el interior de
un soporte de la catenaria ascendente.
Como puede apreciarse mejor en la Figura 2, el
soporte de la catenaria ascendente está formado en general por un
tubo 22 y por una junta flexible 24.
El tubo 22 está curvado formando un ángulo
predeterminado complementario al de la curva natural de la catenaria
ascendente 16. En la industria, dicha curva se denomina
habitualmente curva-J. Por consiguiente, con el
propósito de facilitar la referencia al tubo 22 se podrá también
hacer referencia al mismo denominándolo tubo-J. El
tubo 22 está formado con un diámetro interior dimensionado para
alojar la catenaria ascendente 16. El tubo 22 está también
dimensionado en longitud y está fijado a la estructura marina
flotante 10 a una profundidad predeterminada de modo que el extremo
superior del tubo 22 se extiende hacia el extremo superior de la
estructura flotante 10 y el extremo inferior del tubo 22 se
extiende por el costado de la estructura flotante 10 formando un
ángulo predeterminado complementario al de la catenaria natural que
forma la catenaria ascendente 16. El tubo 22 está rígidamente fijado
a la estructura flotante 10 y está diseñado de modo conveniente
para que no flexione puesto que la flexión se realiza mediante la
junta flexible 24. El tubo 22 puede penetrar en la estructura marina
10 de modo que el extremo superior del tubo 22 sobresalga del
extremo superior de la estructura flotante 10 en una posición
predeterminada en la parte superior de la estructura flotante 10. En
esta forma de realización, es necesario que el punto de penetración
del extremo inferior del tubo 22 esté sellado para impedir la
entrada de agua en el interior de la estructura flotante 10, que
podría afectar negativamente al contrapesado.
Como puede apreciarse en las Figuras 2 y 3, la
junta flexible 24 está dispuesta en el extremo inferior del tubo 22.
La junta flexible 24 está montada en línea con respecto a la
catenaria ascendente 16 de modo que el producto fluye a través de la
junta flexible 24. Un adaptador de conducciones 26 está fijado al
extremo inferior de la parte inferior 16A de la catenaria ascendente
16 y a la junta flexible 24. El extremo superior de la parte
inferior 16 de la catenaria ascendente 16B está fijado al extremo
inferior de la junta flexible 24. En la Figura 3 se representa
asimismo una válvula esférica 28 montada en línea entre la parte
inferior 16B de la catenaria ascendente 16 y la junta flexible 24.
La válvula esférica 28 se utiliza para controlar selectivamente el
producto que fluye a través de la catenaria ascendente 16.
En funcionamiento, la junta flexible 24 y la
válvula esférica 28 son montadas en línea con la catenaria
ascendente 16 cuando ésta se ha puesto en contacto con en el fondo
del mar 14, cuando la longitud de la catenaria ascendente 16 es
adecuada para elevarla hasta la estructura flotante 10. El adaptador
de conducción 28 y la parte superior 16A de la catenaria ascendente
16 son entonces unidos en línea con la junta flexible 24 y la parte
superior 16A de la catenaria ascendente 16 es empujada hacia la
parte superior a través del tubo 22 hasta que la catenaria
ascendente 16 se extiende por encima del extremo superior del tubo
22 y el adaptador de conducción es empujado contra el extremo
inferior del tubo 22. La junta flexible 24 permite que la catenaria
ascendente 16 se pueda desplazar con respecto la estructura
flotante y de ese modo minimizar las tensiones de curvado y las
averías potenciales en la parte superior 16A de la catenaria
ascendente 16. Las juntas flexibles son en general bien conocidas en
la industria y la junta flexible 24 debe ser considerada únicamente
a título de ejemplo de una junta flexible adecuada que puede ser
utilizada como parte de la invención.
Una ventaja de la invención es que permite que la
catenaria ascendente 16 sea soportada a una cierta profundidad en la
estructura flotante de modo que las tensiones inducidas en la
totalidad del sistema ascendente se minimizan. Otra ventaja que
presenta es que el curvado progresivo del tubo 22 permite el paso de
los elementos para la limpieza interior de las conducciones del tipo
rascatubos. Asimismo, el extremo superior de la conducción
ascendente se encuentra por encima del agua en la plataforma y
proporciona un acceso para insertar los elementos convenientes para
mantener el flujo en el interior de la conducción como los
limpiadores de conducciones del tipo rascatubos y manguitos
helicoidales. La invención permite asimismo que el sistema
ascendente salga por el centro de la estructura flotante cerrada sin
peligro de que se inunde la estructura como se ha mencionado para
otros soportes de catenaria ascendente. Dirigiendo el sistema
ascendente a través del centro de la estructura flotante también se
minimizan las modificaciones que son necesarias realizar en el
exterior para montar el soporte ascendente en un lateral.
Claims (3)
1. Estructura marina flotante (10) para la
producción de hidrocarburos, en la que una catenaria ascendente (16)
se extiende desde el fondo del mar (14) hasta la estructura marina
flotante (10), presentando la estructura marina flotante (10) un
soporte para la catenaria ascendente (16), comprendiendo el
soporte:
un tubo (22) que presenta unos extremos superior
e inferior, y que está dimensionado para alojar la catenaria
ascendente (16); y estando el tubo (22) rígidamente fijado en el
interior de la estructura marina flotante (10) en la que penetra a
una profundidad predeterminada de modo que las tensiones inducidas
en toda la catenaria ascendente (16) se reducen, estando dicho tubo
(22) curvado con un ángulo predeterminado complementario de la
curvatura natural de la catenaria ascendente (16),
caracterizada porque una junta flexible (24) está montada en
la catenaria ascendente (16) y dispuesta en el extremo inferior de
dicho tubo (22).
2. Estructura marina flotante según la
reivindicación 1, en la que dicho tubo (22) está ideado de manera
que no flexione.
3. Estructura marina flotante según la
reivindicación 1 ó 2, que comprende un adaptador (26) de
conducciones en línea con la junta flexible (24) y con la catenaria
ascendente (16), que permite que la junta flexible (24) sea empujada
hacia arriba contra el tubo (22).
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