MXPA99005806A - Método y aparato de ensamble de una estructura marítima flotante - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y aparato para deslastrar y elevar rápidamente una subestructura en un ambiente marítimo hasta un nivel donde acoplar con una plataforma de manera que actúen ambas como un solo cuerpo. Generalmente, la instalación se lleva a cabo como sigue. La subestructura es cimentada al sitio de acoplamiento y colocada vertical (si es necesario). La subestructura puede ser conectada a un fondeadero temporal y el lastre fijado se instala si es necesario. Los compartimentos seleccionados en la subestructura son llenados con agua de mar hasta que la subestructura estásumergida debajo de la línea de flotación hasta una profundidad deseada. Una cantidad predeterminada de aire comprimido es bombeada dentro de los tanques inferiores en la subestructura. La plataforma que se va a unir con la subestructura estácolocada sobre y en alineación con la subestructura. Las válvulas adecuadas son abiertas para permitir que el aire comprimido en los tanques inferiores fluya den tro de los tanques superiores que contienen el agua de mar. El aire comprimido desplaza el agua de mar desde los tanques superiores. Esto incremento la capacidad de flotación de la subestructura y provoca que se mueva hacia arriba en contacto con la plataforma. Conforme continua el proceso, la plataforma y la subestructura actuaran eventualmente como un solo cuerpo.

Description

MÉTODO Y APARATO DE ENSAMBLE DE UNA ESTRUCTURA MARÍTIMA FLOTANTE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención está relacionada generalmente con la instalación de plataformas en estructuras marítimas y más particularmente al ensamble de estructuras marítimas flotantes . En la industria de la perforación marítima, a diferencia de los barcos que pueden ser ensamblados en una instalación en la playa, muchos tipos de instalaciones de perforación o producción petrolera requieren que parte del ensamble tenga lugar ya sea en la ubicación de campo misma o a bordo antes de remolcarlas al sitio de instalación. Por ejemplo, es de la naturaleza del diseño de las plataformas de producción de tipo de artefactos flotantes rígidos, que la plataforma de producción (partes superiores ) sean instaladas después de que el artefacto flotante rígido ha sido instalado y cimentado al lecho marítimo. Las partes superiores son instaladas típicamente en una o más piezas utilizando grúas de elevación marina pesadas. Esto puede ser una operación costosa y sensible al clima. Así mismo, se incurre en costo adicional debido al soporte logístico adicional para el acoplamiento final de las partes superiores a la plataforma que debe tener lugar en mar abierto. El problema del acoplamiento en mar abierto se agrava adicionalmente si las partes superiores requieren varias elevaciones y/o la plataforma de producción está en una ubicación remota. Las plataformas de producción GBS de concreto y las plataformas de producción flotantes tales como las plataformas de mástil pueden proporcionar la opción debido a su capacidad de flotación, de evitar el costo asociado con las operaciones de elevación pesada lejos de la playa permitiendo una operación de instalación de plataforma "flotante". Utilizando este método de la técnica anterior, una plataforma complementa terminada es cargada sobre barcazas en una configuración de catamarán, la plataforma es lastrada hasta un franco bordo reducido y las partes superiores en flotación sobre la plataforma. La plataforma es deslastrada, recolectando de esta manera las partes superiores y elevándolas a la elevación adecuada sobre la línea de flotación. Sin embargo, el transporte de las partes superiores y la operación de acoplamiento misma debe tener lugar en condiciones bastante benignas. Debido al . gran calado de las plataformas tipo mástil, la secuencia de construcción tradicional, para cascos de acero de mástil, involucran la unión de secciones estructurales en la posición horizontal seguidas por el recalcado de todo el casco a la posición vertical. Las secciones estructurales pueden constituir ya sea solamente de secciones de tanque de casco blindadas, o una combinación de secciones de tipo de tanque blindadas y reforzadas. Tales plataformas de tipo mástil se describen en las Patentes de los Estados Unidos No. 4,702,321 y 5,558,467. Como consecuencia del emsamble horizontal y la secuencia de recalcado, las partes superiores pueden ser instaladas solamente después de la operación de recalcado y por lo tanto deben tener lugar en una ubicación con profundidad de agua sustancial. Esto puede resultar, dependiendo de la ubicación geográfica en: las partes superiores que tienen que instalarse en mar abierto en un área no protegida, lo cual significa que el transporte de la plataforma y la instalación se convierten en operaciones sensibles al clima; o requiere posiblemente un remolque grande de la plataforma de mástil totalmente ensamblada al sitio de producción, si el riesgo de una instalación de plataforma marítima es demasiado alto y las partes superiores deben ser instaladas en una ubicación protegida. La solicitud de patente Norteamericana pendiente cedida No. de Serie 08/931,461 describe un método para ensamblar una estructura marítima flotante en donde la elevación del casco para llevarlo a acoplamiento con la estructura de plataforma se logra mediante elevación con un chigere o deslastrando o una combinación de ambos. El deslastrado se logra a través del uso de líneas de control conectadas entre el casco y una embarcación de superficie. Las líneas de control se utilizan para inyectar aire, desde los compresores en una embarcación de apoyo, dentro de los tanques de lastre para expulsar el lastre de agua en los tanques . La Patente Norteamericana No. 5,403,124 describe una forma de instalación de una plataforma de tamaño natural sobre una subestructura en donde una embarcación semisumergible que soporte una plataforma es lastrada para descender la plataforma en acoplamiento con la subestructura o el casco. El problema con los sistemas de instalación de plataforma conocidos, incluyendo la solicitud pendiente antes referida, es que no proporcionan un medio para elevar rápidamente el casco hasta un nivel donde actuará como un cuerpo junto con la plataforma. A menos que esto se haga rápidamente, la plataforma golpeará repetidamente sobre la parte superior del casco y posiblemente causará daño hasta que el casco desarrolle la suficiente capacidad de flotación para elevarse lo suficiente de manera que los dos cuerpos (plataforma y casco) se comporten como uno en el avance por el agua. A fin de lograr este cambio de desplazamiento, las bombas de lastre de agua necesitarían ser muy grandes y estas tendrían que ser acopladas con tuberías de diámetro grande para acomodar el flujo. Alternativamente, el uso de compresores de aire solo requerirían compresores de muy alta capacidad. Puede observarse que el presente estado de la técnica en la instalación de partes superiores en una estructura marítima flotante tal como un casco de tipo mástil incluye desventajas que no han sido adecuadamente solucionadas . La invención se refiere a las desventajas anteriores . Lo que se proporciona es un método y aparato para deslastrar rápidamente y elevar una subestructura en un ambiente marino hasta un nivel donde acoplará con la plataforma de manera que actúen juntas como un solo cuerpo. Generalmente, la instalación se lleva a cabo como sigue. La subestructura es remolcada hasta el sitio de acoplamiento y elevada (si es necesario) . La subestructura puede ser conectada a un fondeadero temporal y el lastre fijo instalado si es necesario. Los compartimentos seleccionados en el casco son llenados con agua del mar hasta que el extremo superior de la subestructura es sumergido y está cerca de la línea de flotación hasta una profundidad deseada. Una cantidad predeterminada de aire comprimido es bombeada dentro de los tanques inferiores en la subestructura. La plataforma que se va a unir con la subestructura es colocada y puesta en alineación con la subestructura. Las válvulas adecuadas se abren para permitir que el aire comprimido en los tanques inferiores fluya dentro de los tanques superiores que contiene el agua de mar. El aire comprimido desplaza el agua de mar de los tanques superiores. Esto incrementa la capacidad de flotación de la subestructura y provoca que se mueva hacia arriba en contacto con la plataforma. Conforme - continua el proceso, la plataforma y la subestructura actuarán eventualmente como un solo cuerpo . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mayor comprensión de la naturaleza y objetos de la presente invención debe hacerse referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos anexos en los cuales partes similares tienen números de referencia similar, y en donde: La Figura 1 es una vista lateral de una porción de un casco de tipo mástil y la plataforma instalada sobre el casco . La Figura 2 es una vista en planta de la plataforma. La Figura 3 es una vista lateral de un mástil de armazón. - La Figura 4 es una vista en sección lateral de un mástil de armazón de la Figura 3. La Figura 5 es una vista en planta un mástil de armazón de la Figura 3.

La Figura 6 ilustra el remolque horizontal del mástil de armazón de la Figura 3. La Figura 7 ilustra la puesta en vertical del mástil de la Figura 3. La Figura 8 ilustra la etapa de sumergir el mástil - de armazón una vez que ha sido colocado verticalmente. La Figura 9 ilustra la etapa de bombear aire dentro de los tanques inferiores del mástil de armazón. La Figura 10 ilustra el mástil de armazón una vez que se ha terminado la operación de llenado con aire. La Figura 11 es una vista alargada que ilustra la etapa en donde el aire comprimido es liberado desde los tanques inferiores hacia los tanques superiores para el deslastrado . La Figura 12 ilustra el movimiento del mástil hacia la plataforma durante el deslastrado. La Figura 13 ilustra el contacto entre el mástil y la plataforma durante .el deslastrado. La Figura 14 ilustra la posición de calado operativa del mástil y la plataforma. Las Figuras 15-18 ilustran un método alterno de colocación de la plataforma sobre la estructura de mástil. La Figura 1 ilustra una plataforma 10 en una estructura flotante 12, en un calado operativo típico de la subestructura 12. La Figura 2 es una vista en planta que ilustra la colocación de la plataforma 10 en la subestructura 12. La Figura 3 es una vista lateral de una subestructura 12 en la forma de un artefacto flotante rígido o mástil de armazón tal como aquel descrito en la Patente Norteamericana No. 5,558,467. El uso de un artefacto flotante rígido o - mástil de armazón en los dibujos y descripción es para v- ~ facilidad de referencia en la descripción de la invención y debe comprenderse que la invención es adecuada para el uso en cualquier tipo de subestructura flotante y no de limitarse a la subestructura ilustrada y descrita. ~ Puede verse en la Figura 3 que la subestructura 12 está formada generalmente a partir de una sección de tanque duro cilindrico superior 14, una sección de tanque medio 16, y una sección inferior 18 diseñada para recibir el lastre f jo. La sección superior 14 incluye tanques de entalle 20. La vista en sección de la Figura 4 muestra que la sección de tanque duro superior 14 está dividida en una pluralidad de tanques de flotación duros 22 y tanques de margen 24. La vista superior de la subestructura 12 en la Figura 5 ilustra el pozo central 26 que se desplaza a través de la sección superior 14. La Figura 6 ilustra la subestructura 12, la cual ha sido remolcada mediante un buque remolcador 28. En una posición horizontal en un sitio en mar abierto con profundidad suficiente para permitir. que la subestructura sea sumergida para permitir que la plataforma 10 se ponga en flotación sobre la subestructura 12. La Figura 7 ilustra la subestructura 12 que está colocada vertical en el sitio en mar abierto mediante inundación de la sección inferior 18 y los tanques de flotación duros seleccionados 22 en la porción inferior de la sección de tanque superior 14. Esto coloca a_la subestructura 12 en su orientación de operación normal como se ve en la Figura 8. En la Figura 8, los tanques de flotación duros seleccionados 22 han sido llenados con agua de mas hasta que la subestructura 12 es sumergida por debajo de la superficie del agua 32 y flota de manera negativa y descansa sobre el lecho marino 30 con un peso predeterminado. Sin embargo, debe comprenderse que la subestructura 12 está diseñada con la capacidad de flotación suficiente para eliminar la necesidad de descansar sobre el lecho marino durante la instalación. El punto más crítico es que la subestructura 12 está suficientemente lastrada de manera que el extremo superior de la subestructura 12 está por debajo y cerca de la superficie del agua 32. En la Figura 9, una cantidad predeterminada de aire comprimido es bombeada dentro y almacenada en los tanques de margen 24. La cantidad de aire comprimido es una cantidad que proporcionará la capacidad de flotación suficiente para elevar la subestructura 12 y la plataforma. 10 a un nivel donde ambas actuaran como un solo cuerpo una vez que inicie la operación de elevación. Los tanques de margen 24 son cargados con aire comprimido por los compresores 34 en l embarcación de apoyo 36. El aire se bombea desde los compresores 34 a través de la manguera 38, la" cual está conectada a la primera válvula 40 sobre la tubería 42. Durante esta operación, la segunda válvula 44 se cierra y la tercera válvula 46 se abre para dirigir el aire comprimido dentro de las tanques de margen. La presión del aire en los tanques de margen 24 es aproximadamente igual a la presión ambiente en la profundidad de los tanques de margen. En la Figura 10, la operación de llenado de aire dentro de los tanques de margen 24 se ha terminado, la primera válvula 40 se ha cerrado y la manguera 38 ha sido desconectada . La Figura 11 ilustra la operación de elevación. La segunda y tercera válvulas 44 y 46 son abiertas. Esto permite que el aire comprimido de los tanques de margen 24 fluya a través de la tubería 42 dentro de los tanques de flotación duros superiores 22. El aire desplaza el agua en los tanques hacia el mar a través de la abertura 52. El desplazamiento del agua incrementa la capacidad de flotación de la subestrµctura 12 y provoca que se mueva hacia arriba hacia la plataforma 10.

La Figura 12 ilustra las posiciones relativas de la plataforma 10 y la subestructura 12 al inicio de la operación de elevación. La plataforma 12 está colocada sobre y alineada • con - la subestructura 12 para acoplar conforme la subéstructura se eleva en contacto con la plataforma 10. La Figura 13 ilustra el contacto de la subestructura 12 con la plataforma 10. Conforme continua el proceso de elevación, la plataforma y la subestructura actuaran eventualmente como un solo cuerpo en respuesta a los movimientos de las olas. Dependiendo del tamaño y peso de la plataforma y la subestructura, esto puede ser cuando aproximadamente de una a dos mil toneladas de agua hayan sido desplazadas desde los tanques duros superiores 22. Aunque el agua que entrará a los tanques de margen 24 después de un cierto volumen de aire comprimido que ha sido liberado en los tanques duros superiores 22, existe una ganancia neta en la capacidad de flotación de la subestructura 12 debido a la diferencia en la presión de los tanques • duros superiores 22 y los tanques de margen 24. La etapa inicial de tener la subestructura 12 en contacto y elevando la plataforma 10 de manera que actúe como un solo cuerpo es la más importante y debe hacerse relativamente rápido para evitar el movimiento relativo entre ellos y el daño potencial a las dos estructuras.

Una vez que la etapa inicial de elevación de plataforma 10 es suficiente para tener los dos cuerpos actuando como uno, la operación de elevación continua hasta que la plataforma ha alcanzado su altura de operación como se ve en la Figura 14. Esta operación continua puede incorporar un mayor volumen de aire comprimido almacenado durante la fase de carga o mediante inyección de aire adicional dentro de los tanques duros seleccionados 22 para desplazar el agua o mediante bombeo del lastre directamente sobre la cubierta. Las Figuras 15-18 ilustran un método alternativo de colocación de la plataforma 10 sobre la subestructura flotante 12. En la Figura 15 la subestructura flotante 12 ha sido lastrada de manera que la parte superior de la subestructura está por encima y cerca de la superficie del agua 32. En la Figura 16, la plataforma 10 es colocada sobre pontones 50 y remolcada al sitio de instalación. En la Figura 17, la plataforma es colocada sobre la subestructura flotante 12 con los pontones 50 que están por ambos lados de la subestructura flotante 12. En la Figura 18, la subestructura flotante 12 ha sido deslastrada utilizando el aire almacenado como se describió antes para acoplar la plataforma 10 con la subestructura 12. Ya que la estructura completa es una estructura flotante, las líneas de fondeo 48 pueden usarse para anclar la estructura en la ubicación deseada sobre el lecho marino.

Debido a que pueden hacerse muchas modalidades distintas y variables dentro del alcance del concepto inventivo enseñado en la presente y debido a que pueden hacerse muchas modificaciones a la modalidad aquí detallada de acuerdo con el requerimiento descriptivo de la ley se entiende que los detalles de la presente son interpretados como ilustrativos y no en un sentido limitante.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para 'acoplar una plataforma sobre una subestructura flotante en un ambiente marítimo, caracterizado porque comprende : a. colocar la subestructura flotante para que esté n, 'la orientación operativa normal; b. lastrar la subestructura de manera que el extremo superior de la subestructura está por debajo y cerca de la superficie del agua; c. cargar un primer conjunto de tanques seleccionados en la subestructura con una cantidad predeterminada de aire comprimido; d. hacer flotar y colocar la plataforma para ser acoplada a la subestructura sobre la subestructura y en alineación con la misma; y e. dirigir el aire comprimido desde el primer conjunto de tanque seleccionados hasta un segundo conjunto de tanques en la subestructura, el segundo conjunto de tanques que contiene agua de manera que el aire comprimido desplace el agua desde el segundo conjunto de tanques, incrementando de esta manera la capacidad de flotación de la subestructura y poniéndola en contacto con la plataforma.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conjunto de tanques _está colocado debajo del segundo conjunto de tanques en tal subestructura .
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión del aire comprimido en el primer conjunto de tanques es aproximadamente igual a la presión ambiental en el primer conjunto de tanques.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conjunto de tanques está abierto hacia el mar de manera que, conforme el aire es transferido hacia el segundo conjunto de tanques, la presión en el primer conjunto de tanques permanece casi constante.
5. 5. En una subestructura flotante diseñada para flotar sobre el lecho marino y ser acoplada a y sostenida en una plataforma sobre la superficie del agua, la mejora está caracterizada porque comprende: a. un primer conjunto de tanques diseñados para recibir y almacenar una cantidad predeterminada de aire comprimido; b. un segundo conjunto de tanques diseñados para recibir o expulsar selectivamente el agua; y c. medios para dirigir el aire comprimido almacenado en el primer conjunto de tanques dentro del segundo conjunto de tanques, desplazando de esta manera el agua en el segundo conjunto de tanques e incrementando la capacidad de flotación de la subestructura.
6. 6. Un método para acoplar una plataforma sobre una subestructura flotante en un ambiente marítimo, caracterizado porque comprende : a. colocar la subestructura flotante para que esté en su orientación operativa normal; b. lastrar la subestructura de manera que el extremo superior de la subestructura este por encima y cerca de la superficie del agua; c. cargar un primer conjunto de tanques seleccionados en la subestructura con una cantidad predeterminada de aire comprimido; d. colocar la plataforma que se va a acoplar a la subestructura sobre la subestructura y en alineación con la misma; y e. dirigir el aire comprimido desde el primer conjunto de tanques seleccionados hacia un segundo conjunto de tanques en la subestructura, el segundo conjunto de tanques que contiene agua de manera que el aire comprimido desplaza el agua desde el segundo conjunto de tanques, incrementando de esta manera la capacidad de flotación de la subestructura y poniéndola en contacto con la plataforma.