MX2010012524A - Sistema y metodo de instalacion de elementos de cimentacion en una formacion del suelo submarino. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema (1) para instalar o remover los elementos de la cimentación, tales como pilotes, anclas, y conductores, en una formación del suelo submarino, que comprende un martinete de impacto (2), un circuito hidráulico que comprende a su vez un cilindro hidráulico (3) para elevar y/o acelerar el martinete de impacto (2) respectivamente lejos desde y hacia el elemento, el cilindro (3) comprende un pistón (4) conectado al martinete de impacto (2), y en donde una bomba (11) para generar una subpresión en el cilindro hidráulico (3) tal como para elevar y/o acelerar el martinete de impacto (2) por medio de esta subpresión.

Description

SISTEMA Y METODO DE INSTALACION DE ELEMENTOS DE CIMENTACION EN UNA FORMACION DEL SUELO SUBMARINO Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un sistema y a un método para instalar o remover (desmantelar) elementos de cimentación, tales como pilotes, anclas y conductores, en una formación del suelo submarino.

Los sistemas (denotados por el número 1 en las figuras 1 y 2) de este tipo ya son conocidos en general y comprenden usualmente un martinete de impacto (2), un cilindro hidráulico (3) , un pistón (4) acomodado oscilantemente en el cilindro hidráulico (3) y conectado al martinete de impacto (2) , los acumuladores de la presión alta y baja (5, 6), frecuentemente referidos también como acumuladores de la alimentación y del retorno (5, 6), un sistema de válvulas (7) para conectar alternativamente el cilindro hidráulico (3) a los acumuladores de la presión alta y baja (5, 6), un tanque (8) para un medio hidráulico, tal como un aceite hidráulico, y una bomba (9) para presurizar el medio hidráulico, es decir para proporcionar la energía hidráulica requerida para operar el sistema.

Si el martinete de impacto es acelerado por medio de un gas (figura 1) , un amortiguador de gas también conocido como "tapa" (10) está colocado arriba del pistón (4) . Si el REF.215588 martinete de impacto es acelerado por medio del medio hidráulico (figura 2) , el sistema de válvulas (7) comprende una válvula de inversión para suministrar alternativamente el medio hidráulico a 'los espacios del cilindro arriba y abajo del pistón (4) .

La presión y por consiguiente la "rigidez" del sistema, en particular la presión en los acumuladores y, si está presente, el amortiguador de gas, se incrementa con el aumento de la profundidad. A profundidades extremas, tales como 1500 metros y más profundas, la -presión- en el sistema provoca varios problemas. Por ejemplo, ya no es posible llenar los acumuladores desde los cilindros de gas prellenados. Se requieren en lugar de esto compresores de alta presión.

Además, durante la aceleración del martinete de impacto, la presión en el acumulador de retorno se incrementa hasta un grado mucho más elevado, requiriendo a su vez una presión más elevada en el amortiguador de gas, si está presente, y en el acumulador de la alimentación. En los sistemas accionados hidráulicamente (figura 2) , como se describe por ejemplo en US 4,367,800, para asegurar una aceleración suficiente al final del recorrido, una presión inicial muy alta en el acumulador de la alimentación es requerida .

En general, a presiones más elevadas, las variaciones en la presión de operación son amplificadas, lo cual complica el ajuste y el mantenimiento de la energía de choque a un nivel preseleccionado .

Es un objeto de la presente invención mejorar el sistema de acuerdo con el párrafo de inicio.

Para este fin, el sistema de acuerdo con la presente invención comprende una bomba para generar una subpresión en el cilindro hidráulico tal como para elevar y/o acelerar el martinete de impacto por medio de esta subpresión. Los ejemplos de las bombas adecuadas incluyen bombas de pistón accionadas eléctrica o hidráulicamente.

Por la generación de una subpresión por ejemplo en el acumulador de presión baja (de retorno) o el conducto de retorno, la presión requerida para la aceleración del martinete de impacto también es reducida, reduciéndose por consiguiente los problemas descritos anteriormente.

La subpresión (relativa) que puede ser generada por medio de la bomba se incrementa con el incremento de la profundidad. Los sistemas habituales trabajan con diferencias de la presión de al menos 50 bares. En consecuencia, se prefiere que, durante la operación, la bomba para generar una subpresión sea colocada o se pueda colocar a una profundidad de al menos 500 metros, preferentemente de al menos 1000 metros debajo del nivel del mar. La bomba es integrada preferentemente en una así llamada fuente de energía submarina que recibe la energía eléctrica o la potencia hidráulica desde un recipiente o instalación superficial por ejemplo por medio de una sarta de perforación o un cable eléctrico .

Para facilitar adicionalmente presiones operativas relativamente bajas, se prefiere que la bomba para generar una subpresión esté colocada o se pueda colocar a una profundidad de menos de 1000 metros, preferentemente de menos de 500 metros arriba del cilindro hidráulico y más preferentemente substancialmente a la misma profundidad que el cilindro hidráulico.

En una modalidad preferida, el cilindro hidráulico está conectado, por ejemplo. por medio de o en conjunción con un acumulador de alta presión y una válvula, también a la línea de presión de la bomba para generar una subpresión, es decir una bomba única es empleada para generar tanto una subpresión sobre un lado del pistón en el cilindro hidráulico como una presión relativamente elevada sobre el otro lado del pistón, obteniéndose un "bucle cerrado" .

Para prevenir que el pistón libre típicamente presente en el (los) acumulador (es) golpee el fondo del acumulador, se prefiere que el sistema comprenda un regulador para mantener la cantidad del fluido hidráulico en el cilindro hidráulico a un nivel substancialmente constante. Usualmente, los sistemas para la instalación submarina y la remoción de los elementos de la cimentación comprenden una unidad, conocida como el colector de aspiración, para extraer el fluido hidráulico del circuito y subsiguientemente tratar, por ejemplo, enfriar, filtrar, retirar el agua, desgasificar, y/o regresar el fluido. Se prefiere que el regulador sea integrado en esta unidad.

La invención se refiere además a un método de instalación o de remoción de elementos de la cimentación, tales como pilotes, anclas, y conductores, en una formación del suelo submarino, por medio de un motor hidráulico que comprende un martinete de impacto, un cilindro hidráulico, y un pistón acomodado en el cilindro hidráulico y conectado al martinete de impacto, tal método comprende las etapas de montar el impulsador por impactos sobre un elemento de la cimentación, impulsar el elemento de la cimentación respectivamente hacia fuera de la formación del suelo levantando y acelerando alternativamente el martinete de impacto apartándose respectivamente de y hacia el elemento, en donde el martinete de impacto es elevado y/o acelerado por medio de un subpresión arriba respectivamente de la parte de abajo del pistón.

GB 2 078 148 se refiere a un aparato de martillo golpeador, en donde un martillo (E) está interconectado con un pistón (B) por medio de un vástago del pistón. Un cilindro vertical (A) está abierto en su extremo superior, el pistón es deslizable dentro del cilindro y el vástago del pistón es deslizable a través del extremo inferior del cilindro. El espacio dentro del cilindro abajo del pistón está conectado selectivamente a una fuente (C) de un líquido presurizado por ejemplo agua y se hace salir por medio de una válvula (D) .

GB 1 397 137 describe un aparato para impulsar pilotes submarinos y que comprende un tubo hueco conectado al pilote, el tubo es evacuado consecutivamente por la bomba y llenado con agua del medio ambiente por la abertura de una válvula en el extremo del tubo, el agua de entrada, cuando choca con el extremo inferior del tubo o cualquier cantidad de agua residual en el mismo produce un impulso de accionamiento. La modalidad mostrada en la figura 13 involucra elevar de manera repetida y alternativa un pistón (160) con un cabrestante (125) y dejar caer el pistón. La elevación del pistón evacúa un receptáculo definido por la punta del pilote y las paredes laterales. La liberación rápida del pistón y el descenso rápido del mismo a través del pilote acelera una masa de agua arriba del pistón. Un sistema semejante es mostrado en US 3,820,346.

GB 2 069 902 se refiere a un martillo sumergible (21) para impulsar los pilotes, que comprenden un ensamblaje del pistón (36) y el cilindro (35) provisto en conjunción con un ariete (30) para mover el mismo hacia arriba cuando el pistón es elevado. El agua de mar es suministrada como un medio de provisión de energía a una presión en exceso de la presión ambiental y una válvula de entrada (50) efectúa la comunicación de fluido entre el agua del mar presurizada y el pistón para elevar el pistón, y por consiguiente el ariete, y para terminar tal comunicación cuando el pistón alcance un nivel predeterminado. Una válvula de escape (51) extrae el agua de mar permitiendo que el pistón y el ariete caigan hasta que el ariete choca con el extremo superior de un pilote para impulsar el mismo hacia el lecho submarino.

GB 1 452 777 se refiere a un impulsador de pilotes accionado por una descarga de gas que comprende una "pistola de aire" . WO 2004/051004 describe un "aparato impulsador de pilotes que comprende un pilote, una punta de la zapata acoplada a un talón del pilote, y una sarta de perforación colocada dentro del pilote". US 9,964,473 se refiere a un método para impulsar una herramienta sumergida hidráulica, en donde la energía de la presión hidráulica es generada en un convertidor de potencia sumergido. US 4,089,165 se refiere a un martillo impulsador de pilotes accionado por la presión del agua. El pistón del martillo impulsador de pilotes es elevado por la presión hidráulica (del agua) . En el aparato impulsador de pilotes, submarino, de acuerdo con US 4,367,800 el martillo se puede mover hacia arriba y hacia abajo en un alojamiento, el cual, en la operación, es llenado con un líquido que está presente tanto arriba como abajo del martillo, el martillo es impulsado al menos en la dirección hacia arriba por un líquido de accionamiento que es presurizado por una bomba impulsada por motor localizada sobre o adyacente al alojamiento y que es el mismo que el líquido en el cual se mueve el martillo. Otro arte previo que se relaciona con el impulso de los pilotes submarinos incluye EP 301 114, EP 301 116 y US 4,043,405.

Dentro de la estructura de la presente invención "subpresión" está definida como una presión inferior que la presión que prevalece en los entornos del sistema. Se señala que en los sistemas del arte previo la subpresión puede surgir por ejemplo de la inercia de los componentes móviles, en particular del ariete en el extremo de elevación o directamente después del acto cuando rebota hacia arriba. Sin embargo, estos efectos son pequeños comparado con la subpresión generada con una bomba de acuerdo con la presente invención e insuficiente para accionar el martinete de impacto autónomamente .

La invención será mejor explicada con mayor detalle con referencia a las figuras, que muestran una modalidad preferida del presente sistema.

La figura 1 y la figura 2 muestran sistemas del arte previo que comprenden, respectivamente, un amortiguador de gas y una válvula de inversión para operar hidráulicamente el sistema.

La figura 3 y la figura 4 muestran sistemas semejantes a aquellos en las figuras 1 y 2 que comprenden una bomba para generar una subpresión de acuerdo con la presente invención .

La figura 5 y la figura 6 muestran sistemas de bucle cerrado .

La figura 7 y la figura 8 muestran sistemas sin un acumulador de presión elevada.

La figura 9 y la figura 10 muestran sistemas en donde el martinete de impacto se mueve oscilantemente en el agua y es impulsado por el agua como el medio hidráulico.

Se señala que las figuras son de naturaleza esquemática y que los detalles, que no son necesarios para entender la presente invención, pueden haber sido omitidos. Los elementos que son idénticos o que efectúan la misma o substancialmente la misma función, están denotados por la misma referencia numérica.

La figura 3 muestra una primera modalidad del sistema 1 de acuerdo con la presente invención, que comprende un martinete de impacto 2, un cilindro hidráulico 3, un pistón 4 acomodado oscilantemente en el cilindro hidráulico 3 y conectado al martinete de impacto 2 por medio de un vástago 4A, acumuladores de presión alta y baja 5, 6, y primera y segunda válvulas 7A, 7B para conectar alternadamente el espacio del cilindro debajo del pistón 4 en el cilindro hidráulico 3 a los acumuladores de presión alta y baja 5, 6. El sistema comprende además un tanque 8 para un medio hidráulico, tal como un aceite hidráulico, una primera bomba o bomba de alimentación 9 para presurizar el medio hidráulico y conectada, por medio del acumulador de alta presión 5 y la primera válvula 7A, al cilindro hidráulico 3, un amortiguador de gas o "tapa" 10 arriba del pistón 4, y una segunda bomba 11 para generar una subpresion en el cilindro hidráulico 3.

Cuando la primera válvula 7A está abierta y la segunda válvula 7B está cerrada, el acumulador de alta presión 5 comunica con el espacio del cilindro debajo del pistón 4 y el pistón 4 y el martinete de impacto 2 son elevados por el medio hidráulico y el medio, típicamente aire o agua, que rodea (la punta de) el martinete de impacto contra la acción del amortiguador de gas 10. Cuando la primera válvula 7A está cerrada la segunda válvula 7B está abierta, el medio hidráulico es extraído desde abajo del pistón 4 por la subpresion en el acumulador de retorno 6 y la línea de succión de la segunda bomba 11 y el martinete de impacto 2 es acelerado por el amortiguador de gas 10 en la dirección opuesta, es decir típicamente hacia un elemento de cimentación.

Más específicamente, con el sistema que incluye por ejemplo un aparato Hydrohammer S-90 de IHC y una fuente de energía submarina que acomoda la bomba para generar una subpresión, ambos a una profundidad por ejemplo de 2000 metros, la bomba puede generar una subpresión de hasta aproximadamente 200 bares, haciendo posible que las presiones operativas en los acumuladores de presión alta y baja y la tapa, de aproximadamente 180 bares, 2 bares, y 185 bares respectivamente. Es decir, durante la elevación de la suma de la presión del gas que circunda el martinete de impacto y la presión del medio hidráulico debajo del pistón, conduce a una fuerza mayor que la fuerza que resulta de la presión del gas en la tapa. Durante la aceleración en la dirección opuesta, la presión del medio hidráulico debajo del pistón es reducida casi hasta cero y la suma de las presiones conduce a una fuerza más pequeña que la fuerza que resulta de la presión del gas en la tapa.

Si la fuente de energía submarina está colocada a una profundidad diferente que la del martillo, por ejemplo a 1000 metros, la bomba puede generar una subpresión de hasta aproximadamente 100 bares, todavía haciendo posible presiones operativas tan bajas como aproximadamente 280 bares, 200 bares, y 100 bares, respectivamente.

En comparación, si la bomba está localizada al nivel del mar, por ejemplo, en la plataforma de un barco, las presiones operativas son de aproximadamente 380 bares, 215 bares, y 200 bares, véase también la tabla que se da enseguida. Este efecto llega a ser más pronunciado con el incremento de la profundidad.

La figura 4 muestra un sistema de accionamiento hidráulico 1 que comprende una segunda bomba 11 para generar una subpresión en el acumulador de presión baja 6 y 4/2 válvulas 7 para conectar alternativamente los espacios del cilindro debajo y arriba del pistón 4 en el cilindro hidráulico 3 a los acumuladores de presión alta y baja 5, 6, elevando así el martinete de impacto e invirtiendo las conexiones para acelerarlo en la dirección opuesta. En este sistema, las presiones se pueden obtener de manera semejante a aquellas en la tabla anterior, por ejemplo, con el martillo y la bomba a una profundidad a 2000 metros y la bomba que opera a capacidad máxima las presiones en los acumuladores de presión alta y baja se cuantifican en aproximadamente 180 bares y 2 bares respectivamente.

Gomo se muestra en las figuras 5 y 6, los sistemas de acuerdo con la presente invención pueden ser simplificados conectando el cilindro hidráulico 3 no solo a la línea de succión de la bomba 11 para generar una subpresión sino también a su línea de la presión. Es decir, una sola bomba satisface las tareas de generar una subpresión sobre el lado de la presión baja (salida del fluido hidráulico) del cilindro hidráulico y una presión relativamente elevada sobre el lado de alta presión (entrada del fluido hidráulico) del cilindro hidráulico obteniéndose así un "bucle cerrado" .

En tales modalidades, un colector de aspiración es agregado preferentemente al sistema para extraer el fluido hidráulico desde el circuito y subsiguientemente realizarle un tratamiento, por ejemplo enfriar, filtrar, retirar el agua y/o desgasificar, el fluido. Además, se prefiere que el colector de aspiración esté colocado para mantener la cantidad del fluido hidráulico en el cilindro hidráulico a un nivel substancialmente constante, Ínter alia para prevenir que los pistones libres en los acumuladores choquen con los fondos de los acumuladores.

También, como se muestra en las figuras 7 y 8 el sistema puede ser simplificado aún adicionalmente omitiendo el acumulador de alta presión y la válvula correspondiente. En los sistemas que comprenden un amortiguador de gas 10, el sistema puede ser operador solamente por medio de la válvula 7B entre el cilindro hidráulico 3 y el acumulador de presión baja 6. Cuando esta válvula 7B es cerrada, la línea de la presión de la bomba 11 comunica con el espacio del cilindro debajo del pistón 4 y el pistón 4 y el martinete de impacto 2 son elevados por el medio hidráulico contra la acción del amortiguador de gas 10. Cuando la válvula 7B está abierta, el sistema hidráulico es extraído desde abajo del pistón 4 por la subpresión en el acumulador de retorno y la línea de succión de la bomba 11, es decir el medio hidráulico se hace circular a través del sistema por la bomba, y el martinete de impacto es acelerado por el amortiguador de gas.

Si el sistema está en una profundidad suficiente, por ejemplo, a profundidades mayores que 500 metros, preferentemente mayores que 1000 metros, el amortiguador de gas también puede ser omitido por el establecimiento de la comunicación de fluido entre el espacio del cilindro arriba del pistón y los entornos, por ejemplo por un cilindro hidráulico que está abierto en un extremo.

En los sistemas operados hidráulicamente, mostrados en la figura 8, en una primera posición de la válvula, en este ejemplo 3/2 válvulas 7, el acumulador de la presión baja 6 y la línea de succión de la bomba 11 comunican con el espacio del cilindro debajo del pistón 4 pero el espacio del cilindro arriba del pistón 4 comunica con la línea de presión de la bomba 11 y el martinete de impacto 2 es acelerado por la diferencia de la presión. Un compensador 12 puede ser incluido para garantizar un suministro suficiente del medio hidráulico al espacio del cilindro arriba del pistón 4. En la otra posición de la válvula 7, el acumulador de presión baja 6 y la línea de succión de la bomba 11 comunican tanto con el espacio del cilindro debajo como el espacio del cilindro arriba del pistón 4 y el martinete de impacto 2 es elevado por el medio, típicamente aire o agua, que rodea el martinete de impacto 2.

En las modalidades adicionales, el martinete de impacto está accesible para el agua desde los entornos de tal modo que, durante la operación, el martinete se mueva oscilantemente en el agua. Aunque la disipación es incrementada así, el sistema ya no requiere la alimentación del gas al martillo.

En las modalidades mostradas en las figuras 9 y 10, el cilindro hidráulico está arreglado para extraer el agua desde y hacer salir el agua hasta los entornos, es decir, el agua de mar es empleada como el medio hidráulico para impulsar el martinete de impacto. En tales modalidades, es preferible que el agua extraída desde los entornos pase primero a través de un filtro 13 primero.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.

1. Un sistema para instalar o remover los elementos de la cimentación, tales como pilotes, anclas y conductores, en una formación del suelo submarino, que comprende un martinete de impacto, un cilindro hidráulico que comprende a su vez un cilindro hidráulico para elevar y/o acelerar el martinete de impacto respectivamente lejos desde y hacia el elemento, el cilindro comprende un pistón acomodado en el cilindro hidráulico y conectado al martinete de impacto, caracterizado porque comprende una bomba para generar una subpresión en el cilindro hidráulico tal como para elevar y/o acelerar el martinete de impacto por medio de esta subpresión.

2. Un sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la bomba para generar una subpresión está colocada o se puede colocar a una profundidad de al menos 500 metros, preferentemente al menos 1000 metros bajo del nivel del mar.

3. El sistema de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la bomba para generar una subpresión está colocada o se puede colocar a una profundidad de menos de 1000 metros, preferentemente de ^menos de 500 metros arriba y más preferentemente substancialmente a la misma profundidad que el cilindro hidráulico.

4. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cilindro hidráulico está conectado a la línea de presión de la bomba para generar una subpresion.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende un regulador para mantener la cantidad del fluido hidráulico contenido en el cilindro hidráulico a un nivel substancialmente constante.

6. El .sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende una unidad para extraer el fluido hidráulico desde el circuito, tratar, y regresar el fluido, en donde el regulador está integrado en o forma parte de esta unidad.

7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cilindro hidráulico está conectado directamente a una bomba de alimentación, un compensador o a los entornos.

8. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, cuando está sumergido, el martinete de impacto es accesible para el agua desde los entornos de tal modo que el martinete se mueva oscilantemente en el agua.

9. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cilindro hidráulico está arreglado para extraer el agua desde los entornos y dejar escapar el agua a los entornos.

10. Un método de instalación o remoción de los elementos de cimentación, tales como pilotes, anclas, y conductores, en una formación del suelo submarino, por medio de un accionador hidráulico que comprende un martinete de impacto, un cilindro hidráulico, y un pistón acomodado en el cilindro hidráulico y conectado al martinete de impacto, el método comprende las etapas de : montar el impulsor de impacto sobre un elemento de la cimentación, impulsar el elemento de la cimentación hacia fuera respectivamente de la formación del suelo elevando y acelerando alternativamente el martinete de impacto respectivamente lejos desde y hacia el elemento, caracterizado porque el martinete de impacto es elevado y/o acelerado por medio de un subpresión arriba respectivamente y abajo del pistón y generada por una bomba.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la subpresión es generada por una bomba que está colocada a una profundidad de al menos 500 metros, preferentemente al menos 1000 metros abajo del nivel del mar.

12. El método de conformidad con las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la subpresión es generada por una bomba que está colocada a una profundidad de menos de 1000 metros, preferentemente menos de 500 metros arriba y más preferentemente a substancialmente la misma profundidad que el cilindro hidráulico.

13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado porque el martinete de impacto se mueve oscilantemente en el agua.

14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10-13, caracterizado porque el accionador es operado por medio del agua tomada de los entornos .