MXPA97001782A - Mejoras en o relacionadas con el tendido detuberias - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un ensamble de rodillo de soporte de tubería para un bloque de tendido de tuberías (1), que comprende uno o más rodillos (11) dispuestos, durante uso, para soportar una tubería (6) que estásiendo tendida;y un sistema de suspensión (10, 12-25) para montar el rodillo o rodillos (11) sobre el buque (1);cuyo sistema de suspensión estádispuesto, durante uso (15), para ocasionar o permitir el movimiento del rodillo (11), o movimiento en la misma dirección de todos los rodillos (11), montados sobre el mismo de manera de tender a reducir los cambios en la carga total sobre todos los rodillos (11) montados en el sistema de suspensión (15);caracterizado porque el rodillo o rodillos (11) están dispuestos para soportar la tubería (6) directamente.

Description

MEJORAS EN O RELACIONADAS CON EL TENDIDO DE TUBERÍAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere al tendido de tuberías bajo el agua, y especialmente a un método y a un aparato para controlar la tensión y el esfuerzo experimentados por una tubería mientras está siendo tendida. Un método para instalar tuberías submarinas para utilizarse, por ejemplo, en la industria petrolera, es formar la tubería sobre la cubierta de un buque conocido como una barcaza, solando conjuntamente tramos de tubería previamente preparada. La barcaza continuamente se mueve hacía adelante, y a medida que hace esto, la tubería es alimentada hacia el mar desde la parte posterior de la barcaza. A medida que la tubería es alimentada hacia el mar, más tramos de tubería son soldados sobre el extremo de la tubería que permanece sobre la barcaza. La tubería puede tener un diámetro de hasta 1.8 metros, y típicamente consiste de un revestimiento de tubería de acero en concreto. En las "uniones de campo", en donde dos tramos de tubería se sueldan conjuntamente a bordo de la barcaza, existe, por supuesto, un hueco entre los revestimientos de concreto, el cual es usualmente llenado con paso o similar, a nivel de la superficie del concreto. La tubería es soportada sobre la barcaza mediante un número de rodillos de soporte de tubería, los cuales permiten que la tubería corra libremente a medida que es alimentada hacia el mar. La tubería desciende desde la barcaza hacia abajo al lecho marino en una curva que es determinada por la rigidez de la tubería, la tensión sobre la tubería (la cual es controlada por medio de tensores que actúan como frenos cerca del extremo frontal de la serie de rodillos), la profundidad del mar, y el ángulo al cual la tubería deja la barcaza. Entre más inclinado esté el ángulo, al cual la tubería deja la barcaza, más directamente desciende hacia el lecho marino, y más pequeña es la tensión necesaria para mantener una trayectoria satisfactoria sin, en particular, una abrupta curva hacia abajo, en donde la tubería deja la barcaza. Existen límites prácticos en la inclinación de la trayectoria de la tubería, ya que se extiende a lo largo de la barcaza, y es, de esta manera, conocida, con el fin de incrementar el ángulo al cual la tubería deja la barcaza, para su trayectoria a los largo de una serie de rodillos que van a ser considerablemente curveados. Esta curvatura da como resultado la tensión en la curvatura; entre más grande sea la curvatura de la tubería, mayor es la tensión. Ya que cualquier tensión causa esfuerzo en el material que reduce la calidad y el tiempo de vida de una tubería, recientemente se ha requerido que los buques para colocar tuberías aseguren que la tensión sobre la tubería no se incremente por arriba de un nivel máximo especificado. Se ha propuesto calcular la curvatura óptima para una operación particular de tendido de tuberías, con el fin de reducir al mínimo la tensión y el esfuerzo sobre la tubería, y de ajustar las posiciones verticales exactas de los rodillos de soporte de tubería, antes de comenzar el tendido de tuberías, con el fin de presentar una trayectoria calculada. El análisis calculado de tensión y esfuerzo asume que la tubería tiene una superficie lisa y una sección transversal y rigidez uniformes. Sin embargo, durante la práctica, la tubería no es uniforme. Por ejemplo, pueden ocurrir irregularidades tan altas como de varios centímetros a un metro en el diámetro de una tubería, en la superficie del revestimiento de concreto de la tubería, los campos de unión no pueden nivelarse perfectamente, se pueden proyectar supresores o ánodos de argolla de cilindro desde la superficie de la tubería, o la tubería puede salirse de redondez. Cuando dicha imperfección local pasa sobre un rodillo de soporte de tubería, da como resultado una repentina alteración en la distribución de carga sobre los rodillos de soporte de tubería, y consecuentemente, puede dar como resultado un repentino incremento en la tensión y el esfuerzo sobre la tubería en el punto de la imperfección. Por ejemplo, cuando una sección de la tubería, que tiene un diámetro mayor que aquel utilizado cuando se calculan las alturas óptimas de los rodillos de soporte de la tubería que pasan sobre un rodillo de soporte de tubería, dará como resultado un agudo incremento en la tensión de la tubería en el punto en donde pasa sobre aquel rodillo, y una aguda reducción en la tensión en los rodillos adyacentes a aquel rodillo. Aún si la tubería, de hecho, es uniforme, el movimiento de la barcaza bajo la acción del viento y olas puede causar cambios en la distribución de la carga sobre los rodillos de soporte de tubería y, en el peor de los casos, la tubería, en realidad, puede elevarse sobre el último rodillo o los últimos rodillos y dejarse caer otra vez con una tensión y esfuerzo repentinos y tenderse sobre la tubería resultante. Dichos agudos incrementos en la carga sobre cualquier rodillo de soporte de tubería, y de esta manera en la tensión y el esfuerzo sobre la tubería, han sido tradicionalmente representados introduciendo un "factor de diseño", limitando el radio de curvatura, de manera que dicha tensión de inclinación calculada , máxima, en la tubería, solamente es una proporción de la tensión máxima que realmente es aceptable para la tubería en cuestión. La invención se basa en la realización de que es posible absorber por lo menos parte de las tensiones pasajeras sobre la tubería, construyendo los rodillos de soporte de tubería, de manera que la altura de un rodillo individual o grupo de rodillos pueda cambiarse, mientras que la tubería está siendo tendida. La invención provee un ensamble de rodillo de soporte de tubería para un buque de tendido de tuberías, que comprende: uno o más rodillos dispuestos, durante uso, para soportar una tubería que está siendo tendida; y un sistema de suspensión para montar el rodillo o rodillos sobre el buque; dicho sistema de suspensión está dispuesto, durante uso, para ocasionar o permitir el movimiento del rodillo, o el movimiento en la misma dirección de todos los rodillos, montados en el mismo, con el fin de poder reducir los cambios en la carga total sobre todos los rodillos montados sobre aquel sistema de suspensión. La invención también provee un buque de tendido de tuberías, que comprende por lo menos un ensamble de rodillo, de acuerdo con la invención, para soportar una tubería que está siendo tendida. La invención también provee un método para el tendido de tuberías desde un buque, en donde la tubería es alimentada sobre uno o más rodillos montados sobre un sistema de suspensión, y en el cual dicho sistema de suspensión ocasiona o permite el movimiento del rodillo, o el movimiento, en la misma dirección, de todos los rodillos, montados sobre aquel sistema de suspensión, con el fin de poder reducir los cambios en la carga total en todos los rodillos montados sobre dicho sistema de suspensión. Reduciendo las tensiones pasajeras sobre la tubería a medida que ésta es tendida, es posible tender una tubería que haya sido tensionada, y consecuentemente es de mejor calidad y tiene una vida más larga de servicio. Más bien, debido a que el factor de diseño que permite que las tensiones pasajeras puedan ser reducidas, una tubería de la misma calidad como la previa, puede ser tendida, mientras se permite que otras fuentes de tensión y de esfuerzo sean más altas que lo que era previamente posible. Por ejemplo, incrementando ya sea la curvatura de la tubería (y de esta manera, el ángulo al cual ésta deja la barcaza) o la tensión longitudinal, la misma tubería puede ser tendida por la misma barcaza en aguas más profundas que lo que era previamente posible, o una tubería más pesada puede ser tendida a la misma profundidad de agua. Más bien, debido a que el efecto del clima sobre la tubería ha sido reducido, la misma tubería puede ser tendida en peores climas que lo que era previamente posible, incrementando el número de días en el año, durante los cuales la barcaza puede estar trabajando en cualquier agua dada. Se apreciará que dos o más de estas posibilidades pueden ser combinadas, según sea apropiado. La invención también hace posible una predicción más exacta de la tensión sobre la tubería, y una inspección más exacta de la tensión real. El sistema de suspensión ventajosamente comprende medios que responden a los cambios en la carga sobre uno o más rodillos.

Dichos medios preferiblemente comprenden medios elásticos, pero, en lugar de, se puede utilizar una suspensión activamente accionada. A manera de ejemplo, ahora será descrita una modalidad de la invención haciendo referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 muestra una vista lateral de una barcaza instalando una tubería submarina; La Figura 2 muestra una vista lateral esquemática de una barcaza, tal como aquella mostrada en la Figura 1, a una escala más grande que la Figura 1, y mostrando el sistema de rodillo; La Figura 3a muestra una vista lateral de una forma del ensamble de rodillo de acuerdo con la invención, con suspensión de aire a nivel medio, y altura prefijada a un nivel mínimo; La Figura 3b muestra una vista posterior del ensamble de rodillo de acuerdo con la Figura 3a; La Figura 4 muestra una vista lateral del ensamble de rodillo de acuerdo con la Figura 3a, con suspensión de aire a nivel máximo, y altura prefijada a un valor máximo; La Figura 5 muestra una vista lateral de un ensamble de rodillo de acuerdo con la Figura 3a con suspensión de aire a nivel medio, y altura prefijada a un valor máximo; y La Figura 6 muestra una vista lateral del aparato de acuerdo con la Figura 3a con suspensión de aire a un nivel mínimo, y altura prefijada a un nivel máximo. Haciendo referencia a los dibujos anexos, e inicialmente a las Figuras 1 y 2, una forma de barcaza 1 semi-sumergible tiene dos rampas internas 2,3, dispuestas extremo a extremo dentro de la longitud de la barcaza, y una rampa externa 4 extendiéndose más allá del extremo posterior de la barcaza. La primera rampa interna 2 está fija a la barcaza, a un ángulo de, por ejemplo, 9o hacia la horizontal (asumiendo que la barcaza está flotando a nivel del mar).

La segunda rampa interna 3 es pivoteada en el extremo posterior de la primera rampa 2, y la rampa externa 4 es pivoteada sobre el extremo posterior de la segunda rampa interna 3, y cada una de las dos últimas rampas está así soportada mediante medios no mostrados, que su ángulo puede ser ajustado a un ángulo deseado para el tendido de una tubería particular. Montada sobre las rampas 2,3,4 se encuentra una serie de unidades de rodillos de soporte de tubería, 5, las cuales soportan una tubería 6, la cual está siendo instalada sobre un lecho marino 7. Cuatro unidades de rodillo 5 se fijan a la primera rampa interna 2, cuatro unidades de rodillo 5 más se fijan a la segunda rampa interna 3, y cinco unidades de rodillo 5, finales, se fijan a la rampa externa 4. También fijados a la primera rampa interna se encuentran tres tensores 8, los cuales aplican una fuerza de freno a la tubería 6. Los tensores 8 pueden ser de una clase conocida per se. Consisten esencialmente de zapatas de freno de fricción y de medios para comprimir las zapatas de freno contra la superficie de la tubería, a una presión controlada. En el extremo frontal de la primera rampa interna 2, se encuentra una región 9, en la cual se ensambla la tubería, soldando sobre el extremo de ella, secciones de tubería que son llevadas por la barcaza para ese propósito. La región de ensamble y la operación de ensamble puede ser de una naturaleza conocida per se. y por interés de brevedad no se describirá más aquí. Haciendo referencia ahora a las Figuras 3a a 6, los rodillos de soporte de tubería sobre la segunda rampa interna 3 y sobre la rampa externa 4, están montados en las unidades de rodillo de soporte de tubería 5, cada una de las cuales comprende dos carretillas de soporte de tubería 10, dispuestas una en frente de la otra. Cada carretilla 10 tiene dos pares de rodillos de soporte de tubería 11, de rotación libre, dispuestos uno en frente del otro. Los rodillos 11 de cada par, están dispuestos en una forma de V, con sus ejes inclinándose hacia abajo, entre ellos, de manera que no sólo soportan la tubería 6, sino que también la guían lateralmente. Las dos carretillas 10, de cada unidad , son montadas por medio pares respectivos de pivotes 12 sobre un bastidor 13. Los ejes de pivote de los pivotes 12 son perpendiculares a la longitud de la tubería y son horizontales con relación a la barcaza 1 . El bastidor 13 es montado sobre un segundo bastidor 14 por medio de un sistema de suspensión de aire 15. El sistema de suspensión de aire 15 comprende seis pares de resortes de bolsa de aire 16 emparedados entre los dos bastidores 13 , 14. Los resortes de bolsa de ai re 16 son presurizados por medios (no mostrados) , los cuales pueden ser convencionales para soportar el peso de un tubería colocada sobre las dos carretillas 10. El primer bastidor 13 y el segundo bastidor 14 se extienden en planos que son paralelos entre ellos , y a la tubería 6 y son horizontales de lado a lado con relación a la barcaza 1 . El segundo bastidor 14 es pivoteado por medio de un gozne 17 en su extremo posterior hacia el extremo posterior de un tercer bastidor 18. En el extremo frontal del tercer bastidor 18 se encuentra una extremidad 19, extendiéndose hacia abajo. El extremo inferior de la extremidad 19 que se extiende hacia abajo , está conectado al extremo frontal del segundo bastidor 14 por medio de una riostra 20, la longitud de la cual puede ser alterada por medio de un ajustador de torn illo 21 , operado por u n motor hidráuilco 22. Una celda de carga 23 , para medir la carga sobre el segundo bastidor 14 y de esta manera sobre la unidad de rodillo 5, está montada sobre la extremidad 19 que se extiende hacia a bajo del te rcer bastidor 1 8. El aparato está soportado por un pivote 24 en el centro del tercer bastidor 18 sobre un montante 25 (mostrado solamente en forma esquemática) que está fijo a la rampa 3 o 4. El eje de pivoteo del pivote 24 es paralelo a aquellos de los pivotes 12. Como mejor se ve en las Figuras 3a y 4 de los dibujos, si la longitud de la riostra 20 es cambiada por medio del ajustador de tornillo 21, moviendo los extremos frontales de los segundo y tercer bastidores, 14 y 18, más cerca conjuntamente o separados, el tercer bastidor 18 puede pivotearse alrededor del pivote 24, de manera que el segundo bastidor 14 puede permanecer paralelo a la tubería 6, mientras es elevada o bajada, a una cantidad igual a aproximadamente la mitad del cambio en la longitud de la riostra 20. Como se muestra en la Figura 3a, cuando la riostra 20 está en su longitud más corta, el segundo bastidor 14 yace plano sobre la parte superior del tercer bastidor 18. En virtud de los tres pivotes 12, 12, 24, la unidad de rodillo es efectivamente auto-nivelada, ajustándose por sí misma, de manera que cada uno de los cuatro pares de rodillos 11 lleva substancialmente la misma carga. Durante uso, se calcula la trayectoria óptima para la tubería a lo largo de las rampas, y se fijan las posiciones de las rampas ajustables 3,4, y las longitudes de las riostras 20 de las unidades de rodillo 5, con el fin de que la tubería 6 siga la trayectoria deseada con los resorte de bolsa de aire 16 de las unidades de rodillo 5 aproximadamente la mitad del camino entre una condición totalmente comprimida y una condición totalmente expandida. Se calcula la carga sobre cada unidad de rodillo 5, y, por consiguiente, se fija la presión de cada grupo de resortes de bolsa de aire 16. La tubería 16 es tendida moviendo la barcaza 1 lentamente hacia adelante, y dejando que la tubería corra a lo largo de los rodillos 11 y fuera del extremo de la rampa externa 4 con una tensión controlada por los tensores 8. Mientras que la tubería 6 está siendo tendida, si, por ejemplo, una proyección sobre la superficie de la tubería alcanza uno de las unidades de rodillo 5, la tubería tenderá a elevarse a medida que la proyección corre sobre uno de los rodillos 11. Esto ocasionará un incremento inmediato en la tensión sobre la tubería 6 y la carga sobre la unidad de rodillo 5 en cuestión. La carga incrementada será transmitida a los resortes de bolsa de aire 16, los cuales comprimirán, como se muestra en la Figura 6, la parte absorbente de la altura de la proyección y correspondientemente reducirán el incremento en la tensión. Inversamente, si un estrechamiento de la tubería 6 encuentra los rodillos 11, la carga sobre la unidad de rodillo 5, en cuestión, caerá y los rodillos de bolsa de aire 16 se expandirán, como se muestra en la Figura 4, para tomar parte del cambio. En cada caso, las unidades de rodillo adyacentes experimentarán un cambio en la carga de signo opuesto, si también son unidades de rodillo 5 con resortes de bolsa de aire 16, responderán consecuentemente, tendiendo a proveer un grado adicional de compensación. La celda de carga 23 puede ser utilizada para verificar la carga sobre la unidad de rodillo 5, ya sea para alertar a la tripulación, por lo que pueden tomar una acción de remedio si una carga máxima permitida es excedida, o para registrar las cargas experimentadas, de manera que el efecto de la calidad de la tubería 6 puede ser revisado después, o ambos . Como un ejemplo de dimensiones adecuadas, para una barcaza 1 semi-sumergible, que tenga una longitud de aproximadamente 150 metros y sea capaz de tender tuberías con un diámetro hasta de 1 .8 metros, en agua hasta una profundidad de 130 metros, las unidades de rodillo 5 pueden estar 8 metros separadas a lo largo de la ram pa externa 4 , los pares de rodillo 1 1 sobre cada unidad , pueden tener una separación de aproximadamente 0.8 metros , la riostra 20 puede ser ajustable por alrededor de aproximadamente 0.5 metros, y la trayectoria entre las posiciones totalmente extend ida y totalmente comprimida de los resortes de bolsa de aire puede ser de aproximadamente 0.5 metros . Cada unidad de rodillo 5 puede tener seis pares de resortes de bolsa de aire 16 , cada uno con una capacidad valorada de 9 toneladas, dando a la unidad de rodillo, como un todo , una capacidad valorada de aproximadamente 100 toneladas .

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1 - Un ensamble de rodillo de soporte de tubería para un buque de tendido de tuberías, que comprende: uno o más rodillos dispuestos, durante uso, para soportar directamente una tubería que está siendo tendida; y un sistema de suspensión para montar el rodillo o rodillos sobre el buque; dicho sistema de suspensión es dispuesto, durante uso, para ocasionar o permitir el movimiento el rodillo, o movimiento en la misma dirección, de todos los rodillos, montados sobre el mismo con el fin de reducir los cambios en la carga total sobre todos los rodillos montados sobre aquel sistema de suspensión.

2 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de suspensión comprende medios que responden a los cambios en la carga sobre uno o más rodillos.

3 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los medios que responden a los cambios en la carga sobre uno o más de los rodillos, comprende medios elásticos. 4.- Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la elasticidad es provista mediante la compresión y expansión de un gas. 5 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de suspensión comprende por lo menos un resorte de bolsa de aire. 6 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, que comprende medios para ajustar la fuerza ejercida por los mßjdios elásticos para soportar la tubería. 7.- Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 6, cuando dependa de la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde la presión o volumen de gas, en los medios elásticos, es ajustable. 8.- Un ensamble de rodillo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende medios para prefijar la altura de uno o más de los rodillos de soporte de tubería. 9 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los medios de ajuste de altura comprenden medios para ajustar la altura entre un primer miembro dispuesto para se fijado al buque y un segundo miembro, y los medios que están dispuestos, durante uso, a ocasionar o permitir el movimiento del rodillo o rodillos actúa entre el segundo miembro y el rodillo o rodillos. 10 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 9, en donde los medios de ajuste de altura comprenden un tercer miembro que está pivotalmente unido al primer miembro y al segundo miembro, y medios para ajustar el ángulo del tercer miembro. 11.- Un ensamble de rodillo de acuerdo con la reivindicación 10, en donde los medios de ajuste de ángulo comprenden medios, preferiblemente una riostra de longitud ajustable, para ajustar la distancia entre las porciones de los segundo y tercer miembros lejos de su punto de unión pivotal. 12 - Un ensamble de rodillo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende dos sistemas de suspensión separados en la dirección longitudinal de la tubería, y montados sobre un miembro de soporte común que está pivotalmente montado para permitir la igualación de las cargas sobre los rodillos montados en el mismo. 13.- Un ensamble de rodillo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde por lo menos uno de los sistemas de suspensión comprende dos rodillos o grupos de rodillos separados en la dirección longitudinal de la tubería y montados sobre un miembro de soporte común que está pivotalmente montado para permitir la igualación de las cargas sobre los dos rodillos o grupos de rodillos. 14.- Un ensamble de rodillo como substancialmente se describió anteriormente con referencia a, y como se muestra en, los dibujos anexos. 15.- Un buque para el tendido de tuberías que comprende por lo menos un ensamble de rodillo, según como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para soportar una tubería que está siendo tendida. 16.- Un buque para el tendido de tuberías como substancialmente se describió anteriormente con referencia a, y como se muestra en, los dibujos anexos. 17.- Un método para el tendido de tuberías desde un buque, en donde la tubería es alimentada directamente sobre uno o más rodillos montados sobre un sistema de suspensión, y en donde dicho sistema de suspensión ocasiona o permite el movimiento del rodillo, o el movimiento en la misma dirección de todos los rodillos, montados sobre el sistema de suspensión , con el fin de reducir los cambios en la carga total en todos los rodillos montados sobre dicho sistema de suspensión. 18.- Un método para el tendido de tuberías, como substancialmente se describió anteriormente con referencia a, y como se muestra en, los dibujos anexos. 19 - Una tubería cuando se tiende mediante un método de acuerdo con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, y/o la utilización de un buque de acuerdo con la reivindicación 15 o la reivindicación 16.