MXPA06011532A

MXPA06011532A - Plataforma flotante de aguas ultra profundas.

Info

Publication number: MXPA06011532A
Application number: MXPA06011532A
Authority: MX
Inventors: Steven J Leverette; Oriol R Rijken
Original assignee: Seahorse Equip Corp
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2007-01-16
Also published as: BRPI0509646A; WO2005099377A2; WO2005099377A3; US20110142545A1

Abstract

La presente invencion se refiere a un sistema de plataforma flotante que incluye una configuracion de diseno de casco (40, 50) para limitar las cargas de tendon maximas y ayudar en la inhibicion de respuestas resonantes en el sistema de plataforma conduciendo a mejores movimientos de persona, equipo y soporte de tubo de subida, y para aligerar y disminuir el costo de los sistemas de tendones.

Description

casco de la TLP; (c) reconocimiento de daño por fatiga el cual ocurre como un resultado de los ciclos de tensión en el sistema de tendones en toda su vida de servicio; (d) limitación de los movimientos (oscilación vertical, cabeceo, balanceo) de resonancia natural de la TLP para asegurar el soporte funcional adecuado para el personal, equipo, y tubos de subida; y (e) limitación de las vibraciones en el sistema de plataforma que surge de las vibraciones inducidas por vórtice . Se ha señalado en el pasado que las TLP son de profundidad de agua limitada a profundidades de agua de 3000 ' , ó 4000 ' , ó 5000 ' , ó 6000 ' , dependiendo de cuando y que se requiere. La limitación primaria en la extensión de los límites para aplicaciones de TLP han sido las sanciones de costo y peso para mantener la rigidez de los tendones para prevenir que los períodos naturales de oscilación vertical/cabeceo/balanceo lleguen a ser más largos que los 2-4 segundos comúnmente aceptados . Manteniendo estos períodos cortos de respuesta se previene que sean excitados en resonancia por energía de ondas directa (primer orden) . Para mantener la misma rigidez como sistemas de baja profundidad, un tendón debe ser incrementado de área por una relación similar a la relación de incremento de longitud. En términos simples, la masa del tendón incrementa el tercio de potencia de la profundidad del agua. Cuando la masa del tendón incrementa en profundidades de agua incrementadas, el tendón también agrega al sistema masa primaria para los modos de oscilación vertical/cabeceo/balanceo, y requiere rigidez adicional para mantener los mismos períodos modales. Como una consecuencia, el planteamiento tradicional a TLP se limita por el costo incrementado, y por la carga útil disminuida, con el incremento de la profundidad del agua, el límite que depende de los niveles de optimización empleados y la sensibilidad de costo de la aplicación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de plataforma flotante que incluye un diseño de casco para limitar las cargas de tendón máximas y ayudar en la inhibición de respuestas resonantes en el sistema de plataforma conduciendo a mejores movimiento de personal, equipo y soporte de tubo de subida, y para aligerar y disminuir el costo de los sistemas de tendones .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS A fin de que la manera en la cual las características, ventajas y objetos citados anteriormente de la presente invención se logran se pueda entender con detalle, una descripción más particular de la invención brevemente resumida anteriormente, se puede tener por referencia a las modalidades de la misma las cuales se ilustran en las figuras anexas . Se señala, sin embargo, gue las figuras anexas ilustran solamente modalidades típicas de esta invención y por lo tanto no serán consideradas limitantes de su alcance, pero la invención puede admitir otras modalidades igualmente efectivas . La figura 1 es una vista lateral de una plataforma flotante de mono-columna; La figura 2 es una vista en perspectiva parcial de una plataforma flotante de cuatro columnas convencional; La figura 3 es una vista en perspectiva parcial de una plataforma flotante de cuatro columnas de la presente invención; La figura 4 es una vista en perspectiva parcial de una modalidad alterna de una plataforma flotante de cuatro columnas de la presente invención; y La figura 5 es una tabla de respuestas RMS de tensión máxima para diferentes configuraciones de plataforma flotante.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia primero a la figura 1, una plataforma flotante de mono-columna generalmente identificada por el número de referencia 10 se muestra. La plataforma flotante 10 incluye un miembro de casco o columna 12 proyectada arriba de la superficie del agua 14 que soporta una cubierta de plataforma 16 de la misma. Los pontones 18 se extienden radialmente hacia fuera de la base del casco 12. La plataforma flotante 10 se ancla al fondo marino 20 por los tendones 22. En un diseño de tendón típico, los tendones de acero se utilizan para asegurar la plataforma flotante al fondo marino . Como la exploración y producción de las reservas de petróleo se expanden en aguas más profundas, el diseño del sistema de tendones llega a ser más crítico y comienza a dominar los costos de la plataforma. El sistema de tendón se debe diseñar para operar entre tensiones mínimas y máximas tolerables, para restringir los movimientos de resonancia naturales, y para limitar el daño por fatiga originado por cada ciclo de tensión. Los últimos dos son típicamente realizados incrementando el área de sección transversal del tendón de acero, lo cual incrementa la rigidez axial del tendón. Pero esto incrementa el peso del tendón y reduce la capacidad de portar carga útil de la plataforma flotante. De conformidad con la presente invención, la reducción de respuesta de tensión se realiza cambiando la configuración o forma del casco para las instalaciones de la plataforma de aguas ultra-profundas . Una configuración de TLP de mono-columna se muestra en la figura 1. Las configuraciones alternas se muestran en las figuras 2 - 4. La TLP 10 de la figura 1 (y carga útil) se ubica en una profundidad del agua de 8500 pies (2590.8 m) . La rigidez axial de los tendones 22 se toma que es 300 kips/pie (136077.6 kg/30.48 cm) por tendón. Las configuraciones de plataforma alternas de las figuras 2-4 incluyen variaciones en la geometría del casco con un número de restricciones para proporcionar casos comparables a la TLP de referencia 10. Cada configuración de plataforma alterna tiene el mismo peso de casco, gyradii, carga útil y desplazamiento como la TLP de referencia 10. La ubicación del pórtico de tendón se permite variar por configuración. Se asume que los pórticos se ubican en las puntas de los pontones 18; las longitudes del pontón pueden variar entre las configuraciones . Con referencia ahora a la figura 2 , una plataforma TLP convencional de cuatro columnas 30 se muestra. La plataforma 30 incluye cuatro columnas 32, una en cada esquina, interconectadas por miembros horizontales 34. Las columnas 32 se proyectan arriba de la superficie del agua y soportan una cubierta de plataforma en estas. La plataforma 30 se ancla al fondo marino por los tendones (no mostrados en las figuras), dos en cada columna 32. La relación de columna/pontón y calado es similar a la plataforma 10. En una evaluación de funcionamiento basada en la respuesta de tensión de tendón, la plataforma 30 se desempeña mejor que la plataforma 10, pero no tan buena como las configuraciones de plataforma mostradas en las figuras 3 y 4. Además, una consideración importante con la plataforma 30 es la forma cuadrada de cuatro esquinas comparada con la configuración de tres lados de la plataforma 10. Para un diseño comparable, la plataforma 30 tendrá 33% más tendones, en el presente caso ocho en lugar de seis, lo cual tendrá un impacto de costo sustancial en la profundidad del agua de 8500 pies (2590.8 m) . Con referencia ahora a la figura 3 , una plataforma 40 incluye tres columnas 42 ubicadas en o cerca de los extremos distantes de cada pontón 18. El incremento del tamaño de estas columnas externas 42, mientras se mantiene la misma área plana del agua (reduciendo la columna central 12), típicamente resulta en un incremento de la respuesta de oscilación vertical y una disminución en la respuesta de balanceo/cabeceo durante la mayoría del intervalo de frecuencia de ondas. Los análisis de simulaciones indican que los valores RMS de tensión bajo estados marítimos de fatiga son mejores cuando la columna externa 42 es menor que la mitad del diámetro de la columna central 12. Sin embargo, para estados marítimos de huracanes, los valores RMS de tensión son mejores cuando la columna externa 42 es aproximadamente del mismo diámetro como la columna central 12. Por lo general, el RAO de tensión de la plataforma 40 es significativamente menor que aquel de la plataforma de mono- columna 10 o de la plataforma de 4 columnas convencional 30. Con referencia a la figura 4, una plataforma 50 incluye tres columnas externas inclinadas 52 ubicadas en o cerca de los extremos distantes de cada pontón 18. La ligera inclinación de las columnas externas 52 sustancialmente reduce los RMS de tensión bajo condiciones de fatiga, mientras que los RMS de tensión bajo condiciones de huracán son apenas afectados . Parece ser un ángulo de inclinación óptimo de menos de 10 grados, con un valor de 6 a 8 grados como más típico . El ángulo óptimo parece ser dependiente de la relación volumétrica de pontón y columna. La evaluación de funcionamiento de cada configuración de TLP, resumida en la figura 5, se basa en la respuesta de tensión de tendón. Un estimado de los RMS de tensión, un indicador de daño por fatiga y cargas extremas, se calcula para un estado marítimo de fatiga y para un estado marítimo de huracán de 100 años. La comparación se basa en el funcionamiento relativo de los resultados de estado marítimo de fatiga, y el funcionamiento relativo de los resultados de estado marítimo de huracán. Algunos de los descubrimientos son esperados, por ejemplo el efecto de los pontones más largos y calado más profundo es parte de la consideración dada en las prácticas de diseño actuales. En el diseño de sistema, estos son parcialmente equilibrados por incrementos en el costo del caso para lograr estos mejoramientos. La adición de las tres columnas de extremo de pontón 42, 52 toma la forma triangular de mono-columna tradicional y la cambia de un diseño de mono-columna a un diseño de columnas múltiples. Como se ha visto en el diseño semi-sumergible, las diferencias de fase entre las cargas en las estructuras de columnas múltiples producen la cancelación entre columnas y me oramientos resultantes en movimientos y cargas totales. La desventaja generalmente es mayores cargas de presión/palanca y deformación internas en la estructura misma. Además, para la plataforma de mono-columna, el cambio sustancial entre una cubierta soportada en una columna única y una soportada entre cuatro columnas, con la introducción de cargas de casco en la cubierta, produce un cambio sustancial en la forma que la cubierta tendrá que ser diseñada y analizada . La configuración de columnas inclinadas fue medio sorpresa. La razón original para la inclusión de columnas inclinadas fue proporcionar una trayectoria de carga mejor para soportar la cubierta. En la evaluación de los resultados, sin embargo, el mejoramiento debido a las columnas inclinadas 52 parece ser debido al hecho que la inclinación da a las columnas 52 propiedades similares a los pontones. La porción de las columnas 52 que no está bajo la sombra del plano de agua superficial tiene agua que actúa tanto arriba como abajo, mientras que la porción de la columna 52 que está bajo la sombra del plano de agua superficial tiene agua que actúa solamente desde abajo. Como un resultado es posible modificar el equilibrio entre la flotabilidad de la perforación superficial y la perforación no superficial sin cambiar las dimensiones actuales de los pontones y columnas. Puesto que los diseñadores típicamente se limitan estructuralmente a la cantidad de desplazamiento que pueden asignar a los pontones sin que la columna se haga estructuralmente demasiado "delgada", especialmente en configuraciones de calado profundo, la inclinación de las columnas hace posible la mejor optimización del pontón/columna . Con referencia aún a la figura 5, se observará que la TLP convencional de cuatro columnas 30 tiene mejor funcionamiento por tendón que la TLP de mono-columna 10 y una TLP de mono-columna de calado profundo, pero se inclina por la necesidad de dos tendones adicionales 22 para la TLP 30. Sin embargo, está claro que la TLP de cuatro columna 40 tiene mejor funcionamiento que la TLP convencional 10, especialmente en los estados marítimos de fatiga. En aguas ultra profundas, el costo de proporcionar e instalar pilotes y tendones adicionales probablemente es para dar a la TLP de cuatro columnas 40 aún más ventaja sobre una TLP convencional 10. En conclusión, los resultados resumidos en la figura 5 dan la guía sustancial en la optimización de la forma de casco de plataforma para instalaciones de aguas ultra profundas. La adición de configuraciones de columnas múltiples abrirá la oportunidad de estabilidad flotante libre, incluyendo posibles cambios mayores en los costos de instalación sobre la instalación de cubierta marina y lastre asistido por grúa actualmente usada. El uso de pontones radiantes y base triangular mantiene algo de los beneficios de la TLP de mono-columna (pocos tendones, restricción de los tubos de subidas en el navio, simple geometría para incrementar la línea de base) , mientras sustancialmente mejora el funcionamiento y costos en aguas ultra profundas. Mientras que una modalidad preferida de la invención se ha mostrado y descrito, otras y adicionales modalidades de la invención se pueden trazar sin apartarse del alcance básico de la misma, y el alcance de la misma se determina por las reivindicaciones las cuales siguen. 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

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

1. Plataforma flotante, caracterizada porgue comprende : a) una columna central que tiene un extremo superior y un extremo inferior; b) pontones extendidos radialmente hacia fuera del extremo inferior de la columna central; c) columnas externas ubicadas en los extremos distantes de los pontones, las columnas externas se extienden sustancialmente verticálmente; d) una cubierta soportada arriba de la superficie del agua en la columna central y las columnas externas; y e) medios de anclaje que aseguran la plataforma flotante al fondo marino .

2. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las columnas externas están inclinadas .

3. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el ángulo de inclinación es menor que 10 grados.

4. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porgue el ángulo de inclinación está en el intervalo de 6 a 8 grados.

5. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las columnas externas se ubican a lo largo de los pontones pero no en los extremos distantes de los pontones .

6. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque las columnas externas están inclinadas.

7. Plataforma flotante de conformidad . con la reivindicación 6, caracterizada porque el ángulo de inclinación es menor que 10 grados.

8. Plataforma flotante de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el ángulo de inclinación está en el intervalo de 6 a 8 grados.

9. Método para minimizar la respuesta de tensión de tendón de plataforma flotante en aguas ultra profundas, caracterizado porque comprende instalar la plataforma en un cuerpo de agua y anclar la plataforma al fondo marino, en donde la plataforma comprende: a) una columna central que tiene un extremo superior y un extremo inferior; b) pontones extendidos radialmente hacia fuera del extremo inferior de la columna central; c) columnas externas ubicadas en o cerca de los extremos distantes de los pontones, las columnas externas se extienden sustancialmente verticálmente; y d) una cubierta soportada arriba de la superficie del agua en la columna central y las columnas externas .

10. Plataforma flotante, caracterizada porque comprende : a) cuatro columnas de esquina cada una tiene un extremo superior y un extremo inferior,- b) pontones extendidos entre los extremos inferiores de las columnas de esquina que forman un cuadrado o rectángulo; c) las cuatro columnas de esquina están inclinadas de modo que las partes superiores están más cerca conjuntamente que las partes inferiores; d) una cubierta soportada arriba de la superficie del agua en las columnas de esquina; y e) medios de anclaje que aseguran la plataforma flotante al fondo marino .