PT1725447E - Estrutura flutuante - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "ESTRUTURA FLUTUANTE" A presente invenção refere-se a uma estrutura flutuante compreendendo um elemento de superfície disposto na superfície da água, e colunas ligando o elemento de superfície a um elemento de pontão submerso. A estrutura é ancorada ao leito do mar por um sistema de amarração relativamente retesado e os oleodutos de transferência para petróleo ou gás estendem-se da e para a estrutura flutuante. De acordo com formas de realização preferidas da invenção, a estrutura flutuante tem a forma de uma bóia de carga ou de uma plataforma de boca de poço. São frequentemente escolhidas unidades flutuantes para utilização em ligação à produção em alto mar, armazenamento alternativo e/ou carga e descarga de fluido. Pode ser um caso de uma unidade de produção flutuante ligada aos poços subterrâneos com tubos de elevação, uma unidade flutuante de armazenamento temporário ou, de modo alternativo, bóias de carga flutuantes. Para todas estas unidades são frequentemente empregues tubos de elevação rígidos, suspensos em catenárias completas ou parciais para transferência do fluido da ou para a unidade.

Em muitos desenvolvimentos no terreno é escolhida uma solução, por exemplo, com uma unidade fixa ou flutuante de produção e armazenamento que está ligada aos poços submarinos através de, por exemplo, tubos de elevação flexíveis ou rígidos. No caso de uma plataforma de produção flutuante com tubos de 1 elevação rígidos onde se deseja ter bocas de poço montadas na plataforma, a plataforma deve ter uma característica de movimento que transmita o menor movimento possível da unidade flutuante, permitindo assim que todos os dispositivos de compensação sejam feitos tão pequenos quanto possível ou sejam eliminados. Ter as bocas de poço montadas acima da superfície da água é mais fácil visto que proporciona um sistema seco, sendo a desvantagem, normalmente, serem requeridos dispositivos de compensação relativamente grandes para o movimento da plataforma na massa de água. Para uma plataforma de produção flutuante deste tipo serão, frequentemente, proporcionados, igualmente, oleodutos de exportação para uma unidade de armazenamento e/ou para um sistema de carga/descarga, onde estes oleodutos de exportação são, frequentemente, tubagens rígidas de aço, os assim chamados, Tubagens de aço em Elevação Catenária (SCR) os quais, normalmente, pelo menos para parte do seu comprimento, estão na forma de catenárias. Estes SCR estão sujeitos a fatiga como resultado do movimento da plataforma flutuante.

Onde são empregues embarcações de carga/descarga para o transporte do fluido, de modo a que um sistema de carga/descarga tenha o maior tempo de disponibilidade possível, o fluido é geralmente transferido de uma unidade de produção/armazenamento/transferência para uma bóia de carga montada a uma distância da unidade de produção/armazenamento/transferência. Tendo uma bóia de carga, as suas peças ou a sua amarração podem ser executadas de tal modo que a embarcação de carga/descarga pode ser amarrada à bóia de carga independentemente da direcção do tempo atmosférico, proporcionando assim um tempo de disponibilidade mais longo para o sistema de carga/descarga. A utilização desta bóia de carga 2 proporciona, igualmente, uma maior segurança, uma vez gue o ponto de carga/descarga fica situado a uma distância de, por exemplo, o equipamento de produção. A maiores profundidades, estas bóias de carga estão dispostas em flutuação na massa de água e mostrou-se que o movimento caracteristico da bóia de carga é crucial para o tempo de disponibilidade como para a vida de serviço da bóia de carga e dos seus sistemas associados correspondentes àqueles para as plataformas de boca de poço. Estas bóias de carga terão, normalmente, a forma de um cilindro com um eixo substancialmente vertical, onde o diâmetro do cilindro é normalmente cerca de 23 m e sua altura é 8 metros, 6 metros dos quais constituem o calado na massa de água. A bóia está, normalmente, equipada com uma placa rotativa no topo, permitindo assim que o navio-tanque carregue/descarregue do lado que é favorável com base na direcção do vento predominante.

Entre a unidade de produção/armazenamento/transferência e a bóia de carga haverá normalmente um tubo de aço, um SCR, para transferência de fluido que tem de ser carregado e/ou descarregado. Este tubo de aço está, normalmente, suspenso como uma catenária ou uma catenária modificada (onda alongada) da bóia de carga flutuante, desde o ponto de ligação à bóia de carga, para o interior da massa de água. Isto aplica-se particularmente quando a unidade de produção/armazenamento/transferência é, igualmente, composta pore uma unidade flutuando à superfície, tal como uma plataforma de produção ou um navio de produção e armazenamento. 3 0 documento GB 1533973, que é considerado ser a técnica anterior mais próxima, divulga uma bóia com as caracteristicas do preâmbulo da Reivindicação 4

Em geral, tem-se verificado ser dificil para estes tubos de elevação suspensos como uma catenária suportar a tensão do ponto da vista da fatiga, e este é um problema particular com tubagens de grande diâmetro. Ao mesmo tempo, é desejável que as tubagens de transferência tenham um grande diâmetro de modo a obter uma rápida transferência de fluido e, desse modo, por exemplo, menos tempo de ligação para a embarcação de carga/descarga. Verificou-se que a causa principal desta fatiga prematura nas tubagens são os movimentos relativamente grandes das estruturas flutuantes, induzidos pelas ondas. Estes movimentos induzidos pelas ondas propagam-se à tubagem, produzindo esforços dinâmicos no tubo de elevação. Os movimentos induzidos pelas ondas são uma combinação dos movimentos de arfagem, rolamento e mergulho que, em conjunto, conduzem a esforços na tubagem que podem resultar em fracturas de fatiga. Ao reduzir um ou mais dos componentes do movimento das estruturas flutuantes, poderia ser conseguida uma melhoria substancial nas caracteristicas de fatiga do tubo de elevação de aço e, desse modo, maior tempo de disponibilidade para as estruturas flutuantes, por exemplo, a bóia de carga ou a plataforma de boca de poço. 0 objectivo principal da uma estrutura flutuante com possíveis em mares agitados, transferência ligadas de um Tubagens de Aço de Elevação presente invenção é proporcionar os movimentos mais favoráveis de tal modo que as linhas de tipo especial, assim chamadas em Catenária, SCR, possam ser 4 suportadas de modo mais favorável, experimentando deste modo a menor carga de fatiga possível. É, consequentemente, um objectivo da presente invenção proporcionar uma estrutura que possa ser empregue como uma bóia de carga flutuante com uma característica de movimento melhorada relativamente às bóias de carga existentes. É um objectivo proporcionar uma bóia de carga que tenha uma maior capacidade de carga/descarga, sendo isto conseguido por meio de, entre outras coisas, um maior tempo de disponibilidade e um maior diâmetro de tubagem para as tubagens de transferência. É, igualmente, um objectivo proporcionar uma bóia de carga flutuante que esteja adaptada para ser utilizada em ligação com tubagens de aço de maior diâmetro do que o normal, sem quaisquer efeitos negativos nas características de fatiga do sistema de bóia de carga. É, igualmente, um objectivo proporcionar uma bóia de carga que possa ser utilizada em áreas com mares mais agitados do que aqueles em que as bóias de carga semelhantes existentes podem ser empregues. É um objectivo adicional da presente invenção proporcionar uma estrutura que possa ser empregue como uma plataforma de boca de poço, onde a necessidade de dispositivos de compensação seja substancialmente reduzida.

Foi proporcionada uma estrutura flutuante de acordo com as reivindicações anexas, que cumpre os objectivos acima mencionados.

Como indicado, a estrutura de acordo com a invenção pode ser utilizada para diversas finalidades. 0 mais óbvio é a sua 5 utilização como uma bóia de carga como descrito abaixo, mas uma outra área vantajosa de aplicação será como uma plataforma de boca de poço para áreas com condições de mar e ondulação relativamente favoráveis. A presente invenção refere-se a uma estrutura flutuante para utilização como, por exemplo, uma bóia de carga ou uma plataforma de boca de poço, compreendendo um elemento de superfície, colunas que ligam o elemento de superfície a um elemento de pontão submerso, dispositivos de amarração para fixar a estrutura ao leito do mar, pelo menos, um ponto de ligação para oleodutos de transferência para e da estrutura flutuante. Para uma bóia de carga a estrutura compreende, pelo menos, linhas de transferência de uma unidade de produção/processamento/armazenamento para a bóia de carga e dispositivos de amarração e transferência para transferir fluido da bóia de carga para uma embarcação de carga/descarga. Para utilização como uma plataforma de boca de poço a estrutura compreende uma disposição de ligação e boca de poço para tubos de elevação do leito do mar até a plataforma e, pelo menos, algum equipamento de processamento.

De acordo com a invenção o elemento de superfície está disposto em flutuação na superfície do plano de água. Num plano substancialmente horizontal o elemento de superfície tem uma secção substancialmente arredondada, e pode, por exemplo, ter uma forma exterior correspondente a um cilindro com um eixo substancialmente vertical. 0 elemento de superfície pode, em vez disso, ser previsto como octogonal, poligonal ou de qualquer outra forma, sendo o elemento essencial ter uma carga substancialmente igual, a partir de todos os lados, de quaisquer 6 esforços externos e, desse modo, tende a manter-se imóvel e não rodar na massa de água devido a estes esforços externos. 0 elemento de superfície tem uma altura vertical e uma parte desta está disposta para baixo na massa de água, formando um calado do elemento de superfície. 0 elemento de superfície pode ser concebido como um elemento anular cilíndrico, i. e., com uma abertura a passar no centro, ao longo de um eixo de simetria substancialmente vertical, como uma piscina aberta.

Uma pluralidade de colunas estende-se do elemento de superfície para baixo, para o elemento de pontão. 0 número de colunas pode ser variado. As colunas podem ter uma forma substancialmente cilíndrica, mas podem, igualmente, ser concebidas com diferentes formas, tais como quadrada ou poligonal. As colunas podem ser, igualmente, previstas na forma de treliça. 0 elemento essencial aqui não é a própria forma das colunas, mas o facto de terem uma forma que tem pouca influência na caracterí stica de movimento da bóia de carga e de transmitirem as forças necessárias entre o elemento de superfície e o elemento de pontão.

Como o elemento de superfície, o elemento de pontão tem, igualmente, um perímetro exterior substancialmente arredondado num plano substancialmente horizontal, formando assim um perímetro exterior substancialmente cilíndrico do elemento de pontão, na direcção vertical. Por isto pretende-se significar tudo, desde um perímetro externo poligonal equilateral como, por exemplo, um perímetro octogonal ou hexadecagonal, até um perímetro externo circular. Outras variantes do pontão podem ser, igualmente, previstas, mas estas não são tão vantajosas. 0 elemento de pontão tem um volume e um calado na massa de água. 0 7 elemento de pontão pode ser concebido como um elemento de pontão anular com um eixo de simetria substancialmente vertical e, desse modo, com uma abertura interna a passar correspondente a uma piscina aberta, mas pode ser previsto, igualmente, um elemento de pontão cilíndrico com um eixo substancialmente vertical coincidente com o eixo vertical do elemento de superfície, sem uma abertura a passar. 0 sistema para amarrar a estrutura ao leito do mar é um, assim chamado, sistema de amarração rígido, estendendo-se da estrutura até dispositivos de ancoramento no leito do mar. A escolha do sistema de fixação do sistema de amarração à estrutura e ao leito do mar será decidida por um especialista, mas pode ser prevista uma variante, por exemplo, onde as linhas de amarração se estendem a partir do lado exterior do elemento de superfície com uma orientação inclinada para baixo, para o leito do mar. Podem, igualmente, ser aqui previstos diferentes dispositivos de amarração para uma bóia de carga em comparação com uma plataforma de boca de poço.

De modo a conseguir a característica de movimento vantajosa, a estrutura flutuante de acordo com a invenção é concebida de acordo com os seguintes critérios, que se mostraram vantajosos, cuja dedução será explicada abaixo na parte pormenorizada da descrição. Um primeiro critério é que a proporção do volume do elemento de pontão dividido pela área da linha de água do elemento de superfície esteja no intervalo 4-12 e, de um modo preferido, aproximadamente 6 para a bóia de carga, mas podendo estar no intervalo 6 a 12 para a plataforma de boca de poço, de um modo preferido, no intervalo 10-12. Um segundo critério é que o calado do elemento de superfície dividido pelo calado do elemento de pontão esteja no intervalo 0,30 - 0,5 e, de um modo preferido, 0,3 - 0,4 para a bóia de carga e, de um modo preferido, 0,4 - 0,5 para outras aplicações como, e. g., a plataforma de boca de poço. Um critério final é que a rigidez vertical da amarração para a estrutura esteja no intervalo 20 - 75% para a estrutura flutuante de acordo com a invenção e, de um modo preferido, 50 - 75% para uma bóia de carga, mas no intervalo 20 - 50% para uma plataforma de boca de poço, relativamente à rigidez da linha de água (pgWa) onde p é a densidade da água, g é a aceleração da gravidade e Wa é a área do plano de água. O facto desta estrutura flutuante proporcionar condições de suporte particularmente boas para um tubo de elevação de aço do tipo SCR pode, igualmente, ser explorado em diferentes áreas de aplicação. Um exemplo disto é uma bóia de carga e outra é uma plataforma de boca de poço para áreas com condições de ondulação favoráveis, tal como por exemplo, a costa ocidental de África. Uma plataforma de boca de poço pode ser uma estrutura flutuante, cujas caracteristicas externas sejam razoavelmente semelhantes a uma bóia de carga, embora, geralmente, ligeiramente maiores e com várias outras funções. A plataforma de boca de poço será ligada ao reservatório de hidrocarboneto por meio de tubos de elevação verticais rigidos. As, assim chamadas, bocas de poço que são válvulas que regulam o fluxo de petróleo, estão situadas na própria plataforma, ao contrário das, assim chamadas, soluções submarinas onde as válvulas da boca de poço estão situadas em estruturas no leito do mar.

Uma plataforma de boca de poço será, frequentemente, uma alternativa economicamente favorável às soluções submarinas, mas 9 requer que o movimento seja compensado por equipamento mecânico apropriado no convés da plataforma. Consequentemente o movimento da plataforma deve ser tão favorável quanto possivel relativamente às condições de ondulação existentes no terreno.

Uma vez que o fluxo de hidrocarboneto tenha alcançado o convés da plataforma de boca de poço, é frequentemente submetido a uma determinada quantidade de processamento antes de ser enviado para uma instalação de produção total. Esta instalação de produção pode ser uma outra plataforma, um navio de produção ou o fluxo de hidrocarboneto é enviado para terra através de oleodutos. Em qualquer caso, o fluxo de hidrocarboneto será exportado através de um tubo de elevação de aço do tipo SCR. Consequentemente, neste caso serão apreciados os benefícios do movimento favorável da plataforma, para unir o tubo de elevação de aço e para a disposição de compensação de altura da onda das bocas de poço no topo dos tubos de elevação rígidos da boca de poço. A segunda área de aplicação para a estrutura flutuante de acordo com a invenção é como uma bóia de carga. Os oleodutos de transferência da bóia de carga para uma unidade de produção/processamento/armazenamento e/ou para a unidade de carga/descarga estendem-se aproximadamente como catenárias de tubagens normalmente rígidas, por exemplo, SCR, a partir da bóia de carga. Na maioria dos casos, além disso, a unidade de produção/processamento/armazenamento consiste numa segunda unidade flutuante. Outras variantes podem ser previstas com transferência por catenária a partir de, uma unidade de produção no leito do mar ou baseada num poço, uma disposição de armazenamento na costa ou uma estrutura de plataforma fixa e, 10 portando, a invenção não estará limitada a incluir apenas bóias de carga onde os oleodutos de transferência se estendem de uma unidade flutuante para a bóia de carga. Podem, igualmente, ser previstos oleodutos de transferência estendendo-se sobre/através de um elemento flutuante que está submerso ou posicionado na superfície da água, as suas tubagens formando, desse modo, uma catenária aproximada na direcção da bóia de carga.

Numa forma de realização preferida da estrutura flutuante as colunas exercem pouco influência no padrão de movimento da estrutura, sendo compostas por treliça, elementos completa ou parcialmente fechados, de um modo preferido, de forma cilíndrica com um reduzido diâmetro médio, poligonal, equilateral, outras formas e/ou uma sua combinação. Em algumas formas de realização da invenção as colunas podem formar, completa ou parcialmente, elementos flutuantes de modo a aumentar a capacidade de flutuação da estrutura.

De modo a proporcionar um tempo de disponibilidade óptimo para a estrutura flutuante quando é utilizada como uma bóia de carga, numa forma de realização preferida, a unidade de superfície compreende um elemento de plataforma rotativa para variar a orientação da amarração e dispositivos de transferência para transferir fluido.

Numa forma de realização preferida da estrutura flutuante, o elemento de superfície tem uma proporção do calado dividido pela altura total aproximadamente igual a 0,75 e o elemento de superfície tem uma forma substancialmente cilíndrica com um eixo central orientado de modo substancialmente vertical e uma 11 abertura central a passar, semelhante a uma piscina aberta, através do elemento de superfície e do elemento de pontão.

Além disso, o elemento de pontão é composto por um pontão anular, e. g., octogonal com um diâmetro exterior médio. Numa forma de realização preferida a proporção do diâmetro do elemento de superfície dividido pelo diâmetro exterior do pontão anular é, aproximadamente, igual a 0,7. A invenção será agora explicada com maior pormenor, com uma explicação de uma forma de realização na forma de uma bóia de carga e a dedução teórica da invenção, com referência aos desenhos anexos. Esta forma de realização não deve ser considerada como limitando a invenção a uma bóia de carga, uma vez que pode ser, igualmente, empregue como uma plataforma de boca de poço. Os desenhos anexos são como segue: A fig. 1 é uma vista de uma bóia de carga de acordo com a invenção, utilizada entre uma unidade flutuante de produção/armazenamento e uma embarcação de carga/descarga. A fig. la é uma vista em corte da bóia de carga de acordo com uma forma de realização da invenção. A fig. lb é a forma de realização da fig. la, vista de cima. A fig. 2 é um diagrama de forças na direcção vertical actuando na bóia de carga de acordo com a invenção, relativamente aos períodos de ondulação. 12 A fig. 3 é uma vista que tenta mostrar a influência de forças de pressão e acelerações de partículas num perfil de ondulação, numa bóia de carga de acordo com a invenção. A fig. 4 é um diagrama com o operador de resposta para o movimento de rolamento/mergulho relativamente aos periodos de ondulação para uma bóia de carga de acordo com a invenção. A fig. 5 é um diagrama com o operador de altura da onda relativamente aos periodos de ondulação com a influência da rigidez de amarração para uma bóia de carga de acordo com a invenção.

Uma forma de realização da bóia de carga de acordo com a invenção é ilustrada na fig. 1. Deve notar-se que os elementos na figura não são mostrados na escala correcta uns relativamente aos outros. A bóia 1 de carga compreende um elemento 2 de superfície que flutua na superfície 12 da água. As colunas 3 estendem-se desde o elemento de superfície, para baixo, para um elemento 4 de pontão. A bóia 1 de carga é amarrada por um, assim chamado, sistema 5 de amarração rígido ao leito 6 do mar. 0 sistema 5 de amarração é ilustrado com linhas de amarração estendendo-se desde o exterior do elemento de superfície num ângulo oblíquo para baixo, para o leito 6 do mar. 0 ângulo das linhas de amarração é tal que deixa o pontão livre e, em muitos casos, estará no intervalo de cerca de 30 graus com um eixo vertical. Outras variantes de amarração podem ser previstas, por exemplo, onde as linhas de amarração são passadas em dispositivos de guia no elemento de pontão. 13 A partir de um ponto 7 de ligação na bóia 1 de carga, um oleoduto 8 de transferência estende-se até à unidade 9 de produção/armazenamento que, neste caso, é um navio flutuante de produção/armazenamento. Uma vez que esta unidade 9 não é uma parte da invenção não é descrita para além disto. Apenas é mostrada uma tubagem 8, mas podem, igualmente, ser previstas diversas tubagens paralelas. Em ligação com uma amarração e um sistema 10 de transferência, estendem-se mangueiras a partir da bóia 1 de carga, para transferência de fluido entre a bóia 1 e uma embarcação 11 de carga de carga/descarga. A amarração e o sistema 10 de transferência são montados, de um modo preferido, numa junta 13 articulada que faz parte do elemento 2 de superfície. Neste caso, o sistema 10 de amarração e transferência é composto por uma mangueira flexível flutuando à superfície da água que é passada até a embarcação, de través. Outras variantes podem naturalmente ser aqui previstas, tais como uma bóia submersa, um portaló de transferência telescópico, etc.

Nas figs la e lb, os elementos construtivos da bóia 1 de carga são mostrados mais pormenorizadamente. A bóia 1 de carga tem um elemento 2 de superfície, que está disposto em flutuação na superfície 12 da água. Nesta forma de realização, o elemento de superfície tem uma forma substancialmente anular cilíndrica com um eixo substancialmente vertical. O elemento 2 de superfície tem um diâmetro 21 e uma altura 22 na direcção vertical, mais um calado 23 na massa de água abaixo, sob a superfície 12. Quatro colunas 3 estendem-se a partir do fundo do elemento 2 de superfície, para baixo, para o elemento 4 de pontão. As colunas 3 têm um diâmetro 31 de coluna e uma distância 32 entre o eixo central e as colunas. 0 pontão 4, 14 neste caso, é um pontão 4 anular octogonal com um diâmetro 41 e um calado 42 na massa de água abaixo, sob a superfície 12.

Numa forma de realização de uma bóia de carga de acordo com a invenção, as dimensões da bóia de carga na última coluna na tabela correspondem aos valores para uma forma de realização da invenção como uma plataforma de boca de poço:

Unidade Número de referência Valor da bóia de carga Plataforma de boca de poço Diâmetro da unidade de superfície 21 20 43 Altura da unidade de superfície 22 8 12 Calado da unidade de superfície 23 6 8 Diâmetro das colunas 31 3 3 Distância entre os centros das colunas 32 11 26 Diâmetro do pontão 41 28 59 Calado do pontão 42 17 17

Segue-se agora uma dedução teórica do processo do pensamento por trás da concepção acima mencionada da bóia de carga de acordo com a invenção.

Um corpo movendo-se nas ondas estará sujeito a forças de pressão variáveis sobre a sua superfície. Se estas forças de pressão forem integradas, são obtidas forças de actuação globais variáveis para os movimentos induzidos pelas ondas. A presença 15 do corpo na água perturbará o padrão ideal de pressão nas ondas devido à reflexão e difracção. O efeito disto é incluído ajustando a massa total que, aparentemente, acompanha o movimento; a, assim chamada, "massa adicionada". Em partes submersas da estrutura é, frequentemente, vantajoso considerar as acelerações de partículas actuando na massa líquida deslocada por um corpo, incluindo a massa adicional, em vez de integrar a pressão a partir do potencial de pressão difractada (o método de Morrison).

Se tomarmos uma bóia de carga de acordo com a invenção como indicado na fig. 1 e a considerarmos, pode dizer-se de um modo bastante simplificado que a parte do corpo que flutua à superfície está sujeita a forças de pressão, ao passo que o pontão subaquático está sujeito a forças de massa.

Com base nesta consideração, pode ser dito para a presente invenção que as forças de pressão na parte de superfície darão uma força de pressão orientada verticalmente, que está desfasada 180 graus relativamente às forças devidas à parte subaquática e são, essencialmente devidas à aceleração de partículas no líquido. Estes dois componentes que são obtidos com uma bóia de carga de acordo com a invenção terão, consequentemente, uma tendência a eliminar-se mutuamente. Podem agora ser feitas tentativas para conceber as partes na superfície da água e sob a superfície de tal modo que as forças opostas se eliminem na maior extensão possível, de um modo preferido, mais numa área com períodos de ondulação que são importantes para a fatiga dos tubos de elevação de aço. 16 deverão relações água, o

De modo a conseguir isto, deverão existir especificas entre a área da secção da bóia na linha de volume da parte subaquática e o calado de ambos. A Fig. 2 ilustra como estas forças, tipicamente, podem estar relacionadas umas com as outras numa dada configuração. A linha continua é a força devida à pressão sob o fundo da parte da superfície sozinha, a linha pontilhada são as forças de massa que actuam no pontão e a linha tracejada é a soma destas duas. Como pode ser visto, estas duas forças cancelar-se-ão completamente por um período de cerca de 8-10 segundos e a resultante será, geralmente, muito menor para todos os períodos. O movimento de arfagem resultante será, consequentemente, substancialmente mais favorável para a bóia com a estrutura e as condições escolhidas de acordo com a invenção do que para uma bóia que apenas flutue à superfície.

Mostra-se que a configuração escolhida é, igualmente, extremamente favorável no que se refere aos movimentos de rolamento e mergulho. Este efeito pode, igualmente, ser explicado pela diferença entre forças de pressão e acelerações de partículas num perfil de ondulação. Tentou-se ilustrar isto na fig. 3.

Para uma onda como indicado na figura, as forças de pressão, que são dominantes para a bóia à superfície, resultam num momento com um sentido anti-horário. Todavia, as forças de aceleração horizontais, actuarão no sentido oposto devido ao valor decrescente da aceleração, do sentido descendente, em profundidade (conhecido como o efeito de Smith). 17 A Fig. 4 ilustra a melhoria substancial no movimento de rolamento e mergulho que é conseguido por esta alteração construtiva de acordo com a invenção, representada pelo operador de resposta para o movimento de rolamento/mergulho. O terceiro método empregue de modo a melhorar as caracteristicas do movimento para a bóia de carga de acordo com a invenção, deve ter uma interacção entre o sistema de amarração e as forças hidrodinâmicas que actuam na estrutura.

Cada estrutura flutuante que intersecta a linha de água tem uma, assim chamada, rigidez da linha de água. Em conjunto com a massa total da estrutura isto define o periodo natural da estrutura durante o movimento de arfagem. Se a unidade for sujeita à excitação da onda com um valor de período que esteja próximo deste período natural, isto poderia resultar em flutuações muito grandes.

Pode provar-se que o período natural para uma estrutura flutuante será sempre mais elevado do que o período de cancelamento devido à interacção entre a massa e as forças de pressão como discutido acima.

Adicionando uma rigidez externa extra é possível, todavia, reduzir o período natural. Se for suficientemente reduzido para coincidir com o período de cancelamento, quase nenhuma excitação de onda ocorrerá no período natural e nenhum movimento substancial ocorrerá, mesmo que haja uma grande quantidade de energia de excitação da onda no período natural. 18

De modo a conseguir este efeito, a rigidez vertical do sistema de amarração deve ser maior gue 25% da rigidez da linha de água, de um modo preferido, maior gue 50% mas, de um modo muito preferido, maior gue 75% da rigidez da linha de água. A escolha da rigidez da amarração poderia afectar a escolha óptima das dimensões para a parte da superfície e a parte do pontão. A correlação entre o operador de movimento para o movimento de arfagem e a rigidez vertical do sistema de amarração é ilustrada na fig. 5. A invenção foi agora explicada por meio de uma forma de realização, gue apenas se destina a ser um exemplo, e podem ser previstas diversas variantes e alterações relativamente àquela, que estão no âmbito da invenção como definida nas reivindicações seguintes. Por exemplo, o elemento de superfície pode ser octogonal ou poligonal. O elemento de pontão pode ser previsto como cilíndrico e sem uma piscina aberta. As colunas podem ser de forma cónica com uma peça de treliça inferior, etc.

Lisboa, 6 de Setembro de 2010 19

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Estrutura flutuante, especialmente apropriada como, por exemplo, uma bóia de carga ou plataforma de boca de poço, compreendendo um elemento (2) de superfície com uma secção substancialmente arredondada num plano substancialmente horizontal, colunas (3) ligando o elemento (2) de superfície a um elemento (4) de pontão submerso, o qual, num plano substancialmente horizontal tem um perímetro externo substancialmente arredondado e um calado na massa de água, dispositivos (5) de amarração para fixar a estrutura (1) ao leito (6) do mar e, pelo menos, um ponto (7) de ligação para os oleodutos (8) de transferência para uma segunda unidade, por exemplo, uma instalação no leito do mar, navio de produção flutuante, embarcação de carga/descarga, etc., caracterizada por o elemento (2) de superfície estar disposto em flutuação na superfície (12) do plano de água, com um calado na massa de água e por a proporção do volume do elemento (4) de pontão dividido pela área da linha de água do elemento (2) de superfície estar no intervalo 4-12 [m1/m2] e, por o calado do elemento (2) de superfície dividido pelo calado do elemento (4) de pontão estar no intervalo 0,3-0,5 e por os dispositivos de amarração terem uma rigidez vertical de amarração para a bóia (1) de carga no intervalo 20-75% da rigidez da linha de água para a estrutura (1). 1 1 caracterizada por ser uma bóia de carga compreendendo um ponto (7) de fixação para oleodutos (8) de transferência de
2. 2 Estrutura flutuante de acordo com reivindicação 1, uma unidade (9) de produção/processamento/armazenamento para a bóia (1) de carga e dispositivos (10) de amarração e transferência para transferir fluido da bóia (1) de carga para uma embarcação (11) de carga/descarga e, por a proporção do volume do elemento (4) de pontão dividido pela área da linha de água do elemento (2) de superfície estar no intervalo 4-7 [m3/m2] e, de um modo preferido, aproximadamente 6, e o calado do elemento (2) de superfície dividido pelo calado elemento (4) de pontão estar no intervalo 0,31-0,43 e onde a rigidez vertical da amarração para a bóia (1) de carga é superior a 50% da rigidez do plano de água para a estrutura.
3. 3. Estrutura flutuante de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o oleoduto (8, 10) de transferência da bóia de carga para a unidade de produção/processamento/armazenamento e/ou a unidade de carga/descarga se estender como catenárias a partir da bóia (1) de carga.
4. 4. Estrutura flutuante de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada por a unidade (9) de produção/processamento/armazenamento ser composta por uma segunda unidade flutuante.
5. 5. Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações 2-4, caracterizada por a unidade (2) de superfície compreender um elemento (13) rotativo de convés para variar a orientação da amarração e dos dispositivos (10) de transferência para transferência de fluido. 2
6. 6. Estrutura flutuante de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ter a forma de uma plataforma de boca de poço compreendendo disposições de fixação e de boca de poço para, pelo menos, um tubo de elevação rigido, substancialmente vertical, estendendo-se a partir de um poço e, pelo menos, um ponto de ligação para um oleoduto de transferência a partir da plataforma de boca de poço para uma segunda unidade, por exemplo, uma bóia de carga, unidade de armazenamento ou outra unidade, onde a proporção do volume do elemento (4) de pontão dividido pela área da linha de água do elemento (2) de superfície está no intervalo 6-12 [m3/m2] , de um modo preferido 10-12 [m3/m2] , e o calado do elemento (2) de superfície dividido pelo calado do elemento (4) de pontão está no intervalo 0,4-0,5 e onde a rigidez vertical da amarração para a bóia (1) de carga está no intervalo 20-50% da rigidez do plano de água para a estrutura.
7. 7. Estrutura flutuante de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por compreender, pelo menos, algum equipamento de processamento.
8. 8 . Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações acima mencionadas, caracterizada por as colunas (3) exercerem pouca influência no padrão de movimento da estrutura, sendo composta por elementos de treliça, completa ou parcialmente fechados, por exemplo, cilíndricos com um diâmetro médio reduzido e/ou uma sua combinação. 3
9. 9. Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações acima mencionadas, caracterizada por as colunas (3) formarem elementos, pelo menos, parcialmente, flutuantes.
10. 10. Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações acima mencionadas, caracterizada por o elemento (2) de superfície ter uma forma substancialmente cilíndrica ou, de modo alternativo, uma forma anular com um eixo central orientado de modo substancialmente vertical.
11. 11. Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações acima mencionadas, caracterizada por o elemento (4) de pontão ser composto por um pontão anular octogonal com um diâmetro exterior médio.
12. 12. Estrutura flutuante de acordo com as reivindicações 2, 10 e 11, caracterizada por a proporção entre um diâmetro do elemento (2) de superfície dividido pelo diâmetro médio do pontão (4) anular estar no intervalo 0,7.
13. 13. Estrutura flutuante de acordo com uma das reivindicações acima mencionadas, caracterizada por o elemento (2) de superfície ter uma proporção entre o calado dividido pela altura total aproximadamente igual a 0,75. Lisboa, 6 de Setembro de 2010 4