ESTRUCTURA FLOTANTE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a una estructura flotante para instalaciones marítimas de producción o de perforación, que puede aplicarse en especial a la explotación en aguas profundas y ultra-profundas. Más particularmente, la presente invención se relaciona con una estructura flotante adecuada para la explotación de petróleo en aguas profundas y ultra-profundas, la cual puede ser provista con medios para el almacenamiento del combustible. Como se realizan descubrimientos de campos productores de hidrocarburos localizados en el mar, en profundidades cada vez mayores, cada vez es más caro el uso de estructuras rígidas fijadas sobre el lecho marítimo, para sostener las instalaciones de producción . Por consecuencia, el uso de estructuras flotantes (mejor conocidas por los especialistas como Unidades Estacionarias de Producción (UEP) ) para recibir a las instalaciones de producción se han vuelto una alternativa cada vez mas frecuente, pues normalmente presentan un costo inferior al costo de las estructuras fijas. —— A estas Unidades Estacionarias de Producción (UEP) se conectan tuberías ascendentes de producción y exportación de los fluidos producidos, también conocidos por los especialistas por su nombre en inglés "riser", las cuales conducen a las UEP la producción de los pozos profundos, o bien interconectan a la UEP con otras instalaciones que reciben la producción de los fluidos producidos . Estas unidades estacionarias de producción (UEP) deben tener las características que permitan la utilizació de tuberías ascendentes de producción y exportación catenarias fabricadas en acero, las cuales también son conocidas por los especialistas también por las siglas "SCR", que se derivan de las iniciales de la expresión inglesa "steel catenary riser'' (tuberías ascendentes catenarias fabricadas en acero) . Estas tuberías ascendentes catenarias fabricadas en acero (SCR) presentan un menor costo de fabricación e instalación en comparación con las tuberías ascendentes flexibles hasta ahora usadas, además de que en el caso de producción a mayores profundidades, son más ligeras, o que reducen la carga que tiene que ser sostenida por la estructura flotante. Frecuentemente la viabilidad económica de una empresa para la exploración de un campo marítimo productor de hidrocarburos depende de la reducción de los costos totales de instalación y operación. Para atender a este requisito los especialistas han propuesto nuevas estructuras para las Unidades Estacionarias de Producción (UEP) . En los últimos años se ha podido observar un surgimiento de significativas innovaciones tecnológicas en los sistemas de anclaje y en los sistemas de tuberías ascendentes de producción. En tanto, esas innovaciones han sido aplicadas en estructuras convencionales tales como plataformas semi-sumergibles y barcos tanque en su mayoría, o en algunas estructuras del tipo de monocolumna de gran calado, conocidas por los especialistas como plataforma tipo SPAR, o también en plataformas con soportes sumergidos, conocidas como plataformas tipo TLP. Las plataformas semi-sumergidas tienen la característica principal de que después de ser ancladas, permanecen en una posición substancialmente estable, y presentan pequeños movimientos cuando sufren la acción de las fuerzas ambientales, tales como el viento, las olas o las corrientes. Este tipo de estructura flotante presenta algunas desventajas para su utilización como UEP, y entre estas se pueden destacar la limitada capacidad para recibir carga, lo que muchas veces limita el uso de equipos en las plantas de procesamiento instaladas en la cubierta de la plataforma. Otra desventaja es la baja capacidad de almacenamiento de petróleo que presentan, asi como también la limitada capacidad para recibir carga. Otro problema a destacar es el hecho de que las plataformas serai-sumergidas son estructuras cuyo casco es difícil de fabricar y requieren para su construcción una técnica distinta a la utilizada en la construcción de barcos. Este tipo de estructura flotante tiene también dificultades para absorber las variaciones de carga en la cubierta, subsecuentes alteraciones en el proyecto, lo que es una gran desventaja para su uso. Estas alteraciones en el proyecto son consecuencia de las necesidades que surgen a lo largo del desarrollo del proyecto, de emplear más equipo en la planta de procesamiento como consecuencia de las revalidaciones de la capacidad de producción del campo productor de petróleo en el cual se empleará la estructura flotante. El uso de barcos-tanque adaptados para recibir una planta de producción en su interior también se ha vuelto muy común en los años más recientemente, en particular debido a la gran disponibilidad de ese tipo de estructura flotante en el mercado. Las grandes ventajas que presentan esos barcos es su gran capacidad para recibir cargas y su gran capacidad de almacenamiento. Además, los barcos-tanque tienen la desventaja de que no son estructuras simétricas a un eje, y la carga sobre la estructura del barco varia en función de los lugares en donde se montaran los diferentes equipos de producción. Una gran ventaja del uso de los barcos para recibir una planta de producción en su cubierta está relacionada con las dificultades que este tipo de estructura flotante presenta para operar de forma estable en relación a las condiciones ambientales, esto es los vientos, las olas y las corrientes marinas. Para que estos barcos puedan recibir de una forma estable las tuberías ascendentes de producción y explotación de los fluidos producidos, y esto es sin movimientos significativos de esas tuberías, es común el emplear en estos barcos una estructura rotacional, la cual esté provista con un cuerpo que esté anclado al lecho del mar. Este cuerpo permanece en una posición substancialmente fija en relación con el lecho del mar, presentando movimientos bastante limitados. Ese cuerpo está provisto con un rodamiento el cual está fijado al barco, con el cual el barco puede girar alrededor del eje de rotación del cuerpo. Las tuberías ascendentes de producción y exportación de fluidos producidos están conectadas al cuerpo y este último está provisto con conexiones rotatorias, las cuales permiten que los fluidos puedan ser en ese caso transportados a la planta ole producción instalada en la cubierta del barco. Este tipo de estructura rotatoria es conocida en la técnica por su denominación en idioma ingles "turret" o torreta, la cual se instala en un espacio hueco interno existente en el casco del barco, el cual es conocido en la técnica en su denominación en idioma ingles "moonpool" o cráter lunar. Este tipo de arreglo presenta las desventajas de que es muy caro y requiere cuidados mayores durante su operación. Además de esto las limitaciones dinámicas de las conexiones rotatorias son una preocupación constante, ya que una eventual fuga de los gases pondría en riesgo a toda la instalación. También se conocen algunos conceptos de estructuras, derivadas de las plataformas tipo SPAR o TLP, de las cuales se tiene poco conocimiento de una aplicación real, pues para ser utilizadas como alternativas para la producción en aguas profundas, requieren todavía la ejecución de estudios exhaustivos y la ejecución de un proyecto de ingeniería. Una plataforma tipo SPAR que se refiere a una estructura flotante proyectada para sufrir pocos movimientos, presenta el inconveniente de estar provista de un calado muy grande, aproximadamente 150m, además de la imposibilidad de variar su calado. Una gran desventaja de las plataformas tipo SPAR se relaciona al hecho de que el gran calado de este tipo de plataforma hace imposible el efectuar su transporte como una cubierta para recibir las instalaciones ya instaladas sobre ella. Por eso debe efectuarse un montaje de la cubierta en mar abierto lo que exige el uso de diversas embarcaciones de apoyo marítimo, muy sofisticadas y con un elevado costo operacional . El documento WO 02/090177 publicado ele 14 de noviembre de 2002, el cual se anexa aquí para su referencia, describe un tipo de estructura flotante que comprende una plataforma simétrica a un eje de forma cilindrica o poligonal, con fondo plano. Esta estructura flotante está provista con un recorte periférico en su porción sumergida inferior, y está prevista la posibilidad de un almacenamiento de aceite en la estructura.
Una función básica del recorte periférico inferior es la de conferir a la estructura flotante una capacidad de atenuación de los efectos que las olas ejercen sobre la estructura flotante, conforme a lo descrito en WO02/090177. El recorte periférico inferior puede estar provisto de placas deflectoras y de placas perforadas para aumentar el efecto de atenuación de las fuerzas ejercidas por las olas. Una estructura flotante descrita en WO02/090177 puede también estar provista con un espacio hueco interno para recibir a las tuberías ascendentes de producción y exportación de fluidos producidos o bien una columna de perforación de una sonda de perforación, con todos sus equipos complementarios. Una gran ventaja que presenta este tipo de estructura es su gran capacidad para la recepción de carga, asociada al hecho de que es una estructura flotante que presenta poco movimiento, lo que facilita bastante las operaciones de producción o de perforación . A pesar de la descripción de la estructura mostrada en WO02/09177 no nos permite concluir con certeza, que la estructura flotante sea de gran tamaño con un gran despliegue para poder operar de forma adecuada.
La presente invención esta relacionada a una estructura flotante para recibir en su cubierta instalaciones de producción y/o de perforación, el cual soluciona todos los problemas antes mencionados. Descripción de los dibujos A continuación se describirá la invención con referencia a las figur s anexas, las cuales son. partes integrantes de la presente descripción. La figura 1 es una vista lateral en corte de una estructura flotante objeto de la presente invención. Las figuras 2A, 2B y 2C muestran vistas en perspectiva de la estructura flotante objeto de la presente invención. La figura 3 muestra una curva comparativa de los movimientos de oscilación vertical entre una plataforma semi-sumergible y la estructura flotante objeto de la presente invención. La figura 4 muestra una curva comparativa de los movimientos de rodamiento entre una plataforma semi-sumergible y la estructura flotante objeto de la presente invención. Las figuras 5 y 6 muestras vistas frontales de las estructuras. La figura 1 muestra una estructura flotante o casco (1), la cual flota sobre una masa de agua en el mar. La estructura flotante (1) está fijada al lecho del mar (11) por medio de lineas de anclaje (9) las cuales se conectan a dispositivos de fijación (10) debidamente fijados en el lecho del mar (11) por medio de técnicas conocidas. La estructura, flotante (1) comprende u.n cuerpo (2) simétrico el cual el cual comprende una porción sumergida inferior (2A) y una porción sumergida superior (2B) . En la figura se puede observar una cubierta (7) localizada sobre una extremidad de la porción sumergida superior (2B) , la cual está provista con todas las instalaciones necesarias para la operación de una unidad estacionaria de producción (UEP) y/o de perforación. Una porción sumergida superior (2B) está provista en su parte inferior con un reborde periférico inferior o faldón inferior (4) . Las dimensiones externas de la porción sumergida inferior (2A) son mayores que las dimensiones externas de la porción sumergida superior (2B) y entre esas dos porciones (2A) y (2B) tiene una porción inclinada de transición o estera (3) . El cuerpo (2) está provisto internamente con un espacio hueco interno (5) el cual entre otras tiene la función de recibir las tuberías ascendentes de producción o exportación de los fluidos producidos (no mostradas en la figura) . Los perímetros externo e interno de cada una de las porciones sumergidas inferior (2A) y superior (2B) pueden ser cilindricos o poligonales, dependiendo de lo que sea conveniente para la fabricación. La presente invención, está dotada de algunas características que le permiten reducir de manera substancial los movimientos de la estructura flotante (1) producidos por los movimientos marinos (olas, corrientes), lo que le confiere un mejor desempeño que el de una plataforma semi-sumergible, tal como se verá a continuación. Una primera característica de reducción de los movimientos de la estructura flotante (1) está relacionada al uso de una porción inclinada de transición (3) en la estructura flotante (1) . La estructura flotante (1) está provista con medios que garantizan que el nivel del agua (12) esté siempre localizado en la porción inclinada de transición (3) , la cual debido a su inclinación, provoca una alteración de las fuerzas hidrodinámicas de corriente de olas que actúan sobre la estructura flotante (1), o que por consecuencia amortigua el efecto del impacto de las olas sobre una estructura flotante (1) . Los medios para garantizar que el nivel del agua (12) se encuentre permanentemente localizada en la porción inclinada de transición de transición (3) , la cual debido a su inclinación, provoca una alteración en las fuerzas hidrodinámicas de corriente de las olas que actúan sobre la estructura flotante (1) y que por consecuencia amortigüe el efecto del impacto de las olas sobre la estructura flotante (1) . Los medios para garantizar que el nivel de agua (12) esté permanentemente localizada en una porción inclinada de transición (3) de la estructura flotante (1) pueden comprender tanques de lastre y un sistema de administración del lastre. Una segunda característica de reducción de los movimientos de la estructura flotante (1) está relacionada al uso de un reborde periférico inferior (4) en la estructura flotante (1) . El reborde periférico inferior (4) actúa como un estabilizador de los movimientos de estructura flotante (1), pues Gonforme la estructura flotante (1) es sometida al movimiento de las olas o corrientes, el resalto periférico inferior (4) tenderá siempre a retener una masa de agua, generando con ello una fuerza de amortiguación que se opone a los movimientos de la estructura flotante (1) . Una tercera característica de reducción de los movimientos de la estructura flotante (1) está relacionada con el uso de un espacio hueco interno (5) con las características peculiares de una estructura flotante (1) . Como puede se observado en la figura, el espacio hueco interno (5) está provisto en su porción inferior con una abertura inferior (6) de menor diámetro que una porción inferior del espacio hueco interno (5) . Con esto, conforme la estructura flotante (1) se va movimiento verticalmente hacia arriba, al presentarse el movimiento de las olas o las corrientes, la abertura inferior (6) tenderá a crear dificultades para que la masa de agua existente en el interior del espacio hueco interno (5) pueda salir del interior del espacio hueco interno (5), lo que tenderá a amortiguar este movimiento vertical ascendente. Cuando ocurre un movimiento contrario con el cual la estructura flotante se mueve verticalmente hacia abajo, una abertura inferior (6) tenderá a crear dificultades para la entrada de masa hacia el interior del espacio hueco interno (5) , lo que tenderá a amortiguar este movimiento vertical descendente. Así, el espacio hueco interno (5) y la abertura inferior (6) actúan como un medio limitante de los movimientos de la estructura flotante (1) el cual opera siempre en sentido contrario a los movimientos recurrentes de las corrientes y las olas . Esto aumenta el periodo natural de la estructura flotante (1), y por lo tanto reduce substancialmente su desplazamiento vertical. Una estructura flotante (1) está provista con tanques de lastre, localizados de forma de compartimentos en las porciones sumergidas inferior (2A) y (2B) , y también puede estar provista con tanque de almacenamiento para recibir la producción de los pozos petroleros. La estructura flotante (1) objeto de la presente invención presenta una serie de ventajas en su operación en comparación con las estructuras flotantes conocidas en la técnica, que se mencionan a continuación . Debido a su gran estabilidad, la estructura flotante (1) objeto de la presente invención permite que las tuberías de producción ascendentes puedan ser conectadas directamente a ella, sin la necesidad del uso de boyas intermedias para absorber parte de los movimientos a las que estas tuberías ascendentes quedan sujetas cuando se empleen con las estructuras flotantes de acuerdo con la técnica actual. En función de la característica de su forma simétrica a un eje, una estructura flotante (1) puede ser construida en módulos, los cuales pueden ser unidos en un astillero. Con esto la construcción de la estructura flotante (1) puede realizarse _ en astilleros de tamaños medianos, empleando las mismas técnicas usadas para la construcción de barcos, lo que reduce significativamente su costo. También en función de sus características de forma simétrica a un eje, las inspecciones requeridas durante la fabricación de una estructura flotante (1) en su mayoría serían realizadas en regiones similares de cada uno de sus módulos, contrariamente a lo que ocurre en un barco o en una estructura semi-sumergible , lo que facilita bastante esta actividad. Además en la figura 1 se muestra una estructura flotante (1) con líneas de anclaje (9) conectadas a la parte más inferior de la porción sumergida inferior (2A) , tal disposición no es obligatorio, pues no hay impedimentos para que las líneas de anclaje puedan ser conectadas a la estructura flotante (1) en la porción sumergida inferior (2A) y/o en la porción sumergida superior (2B) , o puede haber una combinación entre ambas posibilidades.
En la figura 5 se muestra una situación en la que la estructura flotante de acuerdo con la presente invención esta anclada en el lecho del mar por medio de lineas de anclaje (9) conectadas en un costado lateral de la porción sumergida inferior (2A) . En la figura 6 se muestra una situación en. la cual una estructura flotante de acuerdo con la presente invención es anclada en el lecho del mar por medio de lineas de anclaje (9) conectadas en el costado lateral de una porción sumergida superior (2B) . En la figura 7 se muestra una situación en la que una estructura flotante de acuerdo con la presente invención se encuentra anclada en el lecho del mar por medio de lineas de anclaje (9) conectadas en puestos diferentes de la porción sumergida inferior (2A) y de la porción sumergida superior (2B) . Las tuberías ascendentes de producción y exportación de fluidos producidos de manera similar a lo aquí mencionado para las líneas de anclaje, pueden pasar a través del interior del espacio hueco interno (5), pueden ser conectadas a la estructura flotante (1) en una porción sumergida inferior (2A) o una porción sumergida superior (2B) , o puede haber una combinación entre esas posibilidades. La estructura flotante (1) deber ser proyectada de tal forma que comprende diversas cámaras de empuje y lastre proyectadas de tal forma que confieren la estabilidad suficiente para sostener inmersiones progresivas, con lo cual se elimina el riesgo de hundimiento por eventuales averias. Una característica importante de la estructura flotante (1) objeto de la presente invención es que está provista de características estructurales tales que proporcionan una reducción de las áreas sensibles a la fatiga, ya que no tiene conexiones estructurales que tiendan a concentrar los esfuerzos, como por ejemplo las encontradas en las plataformas semi-sumergibles . La figura 3 muestra una curva comparativa de los movimientos de oscilación vertical entre una plataforma semi-sumergible y una estructura flotante (1) objeto de la presente invención. La figura 4 muestra una curva comparativa de los movimientos de rodamiento entre una plataforma semi-sumergible y una estructura flotante (1) objeto de la presente invención . En ambas figuras puede observarse que prácticamente en todas las situaciones reales de uso de la estructura flotante (1), la presente invención, presenta un mejor desempeño que la plataforma semi-sumergible.
Asi como se ha visto, la estructura flotante (1) objeto de la presente invención presenta diversas características que la vuelven extremadamente adecuada para ser empleada como una UEP de bajo costo de operación y alta conflabilidad al ser comprada con las estructuras flotantes conocidas en la técnica. La aplicación de esta invención permitir usar el concepto de unidad flotante de producción para una verdadera isla de producción cuyos movimientos sean minimizados, de forma que permitan una mayor flexibilidad en la selección de los medios de recepción y exportación de la producción. Se pueden emplear tuberías ascendentes flexibles o rígidas, de acuerdo con las necesidades del proyecto. La invención fue descrita aquí en relación a sus modalidades preferidas. Debe además mencionarse que no está limitada a esas modalidades, pues aquellos con habilidad técnica percibirán que los principios básicos de la invención pueden ser aplicados de maneras diferentes a las aquí representadas. Así la invención solo está limitada al contenido de las reivindicaciones anexas a la presente descripción.