WO2023193071A1 - Equipamento para determinação da tensão em linhas de ancoragem - Google Patents

Equipamento para determinação da tensão em linhas de ancoragem Download PDF

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WO2023193071A1
WO2023193071A1 PCT/BR2022/050051 BR2022050051W WO2023193071A1 WO 2023193071 A1 WO2023193071 A1 WO 2023193071A1 BR 2022050051 W BR2022050051 W BR 2022050051W WO 2023193071 A1 WO2023193071 A1 WO 2023193071A1
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equipment
link
bar
solid
hydraulic cylinder
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PCT/BR2022/050051
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jairo Bastos de ARAUJO
Original Assignee
Araujo Jairo Bastos De
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/12—Slings comprising chains, wires, ropes, or bands; Nets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G15/00—Chain couplings, Shackles; Chain joints; Chain links; Chain bushes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/08—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using fluid means

Definitions

  • the present invention finds its field of application among equipment for directly measuring and/or monitoring the tension of anchor lines which have the function of keeping platforms or floating units (FPSO) that operate in activity stabilized in a given position. exploration or production of oil at sea. More particularly, equipment that is independent of the anchor line, that is, it is installed on the line just to make the measurement and is then removed, leaving the line free. Installation can be carried out on the line exclusively using a remotely operated underwater vehicle, in this case eliminating the need for divers.
  • FPSO floating units
  • FPSO originates from the English language “Floating, Production, Storage and Offoading which in Portuguese is translated as Floating Production, Storage and Transfer Unit.
  • anchor lines [0005] The challenge involving anchor lines is due not only to the self-weight that these anchor lines reach due to the great depth to the ocean floor, but all the drag influences that they suffer due to marine currents, sometimes in different directions according to the depth, the swing itself caused by waves on the sea surface and the drag by winds that act on the surface and reach the floating unit. [0006] Breakage of anchor lines can be caused not only by the factors mentioned above as an example, but can be due to operational problems with inspection and maintenance of the floating unit, as well as the manufacturing of the anchor line itself.
  • the floating units When they are in the construction process, the floating units have integrated equipment, voltage monitoring systems for the anchor lines, which will be connected to them in the future. These integrated systems are subjected to the action of the marine environment which, over time, begin to present mechanical and electrical failures and begin to compromise the safety of the system as a whole. It is almost mandatory to use alternative equipment to monitor the tension in these anchor lines.
  • Document GB 532 772 A of 1941 is a good example of this type of concern and means of prevention.
  • This document describes a link-shaped device that becomes an integral part of an anchor line, constructed with a sectioned central element. Contacts Electrical elements are fixed to each of the sectioned ends of this central element, staying away from each other. These contacts are connected to a module that is fixed laterally to the link and houses batteries and a lamp. When the tension is excessive, the chain link tends to undergo stretching deformation and the two branches of the central element come into contact, closing the electrical circuit that turns on the lamp and attracts the attention of the personnel involved.
  • the technique evolved towards more sophisticated devices based on calculations made with data extracted from correlations with phenomena suffered by an anchor line, for example, the existence of a relationship between the vibration frequency of a given line and the active voltage.
  • the device measures the natural frequency of vibration of a line and the tension acting on this line can be calculated through the specific weight of the line and its free length between two support or fixation points.
  • Document PI 0401668-8 A illustrates yet another modality for monitoring tension or rupture in submerged lines in general, including anchoring lines. It comprises a device fixed to a region of a given line with a sensor that is relative to some parameter that indicates an angular variation of this device and a communication unit to transmit a variation in said parameter to a control base.
  • This method is based on the fact that an anchor line assumes a certain inclination in relation to the waterline and the inclination is a function of the tension acting on the line.
  • the active tractions are obtained through calculations based on the measurement of the angles that are recorded by the sensor.
  • the objective of the invention is equipment to directly measure and/or monitor the tension in the anchor lines of any floating unit engaged in oil prospecting and production activities at sea.
  • ROV Remotely Operated Vehicle
  • the equipment is inserted at a point on an anchor line and supported on it without becoming an integral part of this line so that, once the necessary data has been collected, this equipment is decoupled from the first line and is inserted into another line in which a voltage measurement needs to be made.
  • the equipment is preferably manipulated only by means of an ROV and, in this case, the need for divers is not required and, therefore, adds a much desired safety factor currently in offshore operations.
  • this equipment which basically comprises: an upper bar and a lower bar, connected to them a bidirectional hydraulic cylinder, a pressure transducer with load cell adapted to the hydraulic output of the pressure generation unit to the cylinder and a solid vertical bar with a extensometer installed on it.
  • the free ends of the equipment bars are inserted through the jointless links of the anchor line mooring and subsequently locking the equipment temporarily in the latter.
  • a second embodiment is directed to anchor lines whose links have mallets, but which can also be used for hollow links, in which the temporary fixation takes place on the crown of the links immediately above and below the links that will be under the action of the equipment between the bars and, to this end, the conformation of the upper bar and lower bar, is bipartite.
  • Figure 1 is a side view representation of a first embodiment of the equipment of the present invention suitable for adaptation on lines with mooring links without knuckles.
  • Figure 2 is a perspective representation of one of the bars of the equipment of the present invention which allows you to see details of its conformation.
  • Figure 3 is a side view representation of the equipment of Figure 1 adapted to an anchor line without active drive.
  • Figure 4 is a longitudinal sectional representation of the equipment of Figure 1 in order to show the chocks that prevent the relative movement of components of the equipment.
  • Figure 5 is a side view representation of the equipment of Figure 1 adapted to an anchor line with active drive.
  • Figure 6 is a representation of a typical equipment installation scenario carried out by a support boat and an ROV on an FPSO anchor line.
  • Figure 7 is a perspective representation of one of the equipment bars in a second embodiment of the invention which allows details of its conformation to be seen.
  • Figure 8 is a perspective representation of a second embodiment of the equipment of the present invention suitable for adaptation to mooring lines with links that have a hammer.
  • the present invention refers to equipment for measuring directly and/or monitor the tension of anchor lines which have the function of keeping floating units that operate in oil prospecting or production activities at sea stabilized in a certain position. More particularly, equipment that is independent of the anchor line, that is, it is installed on the line just to make the measurement and is then removed, leaving the line free. The installation is carried out on the line to be monitored exclusively by means of a remotely operated underwater vehicle, which can eliminate the need for divers.
  • the anchor line diversion pulleys known by the English term “fairleads”, when installed on the emerged portion of the columns of semi-submersible platforms or the hulls of FPSO ships so that a part of these anchor lines was outside of water and it was possible for a technical team to assemble and disassemble equipment to assess tension.
  • the anchor line (LA) mentioned throughout this report is formed by a plurality of links (W).
  • Links (W) can be links (W) without a hammer or links (W) with a hammer.
  • the equipment (A) for directly measuring and/or monitoring the tension in an anchor line (LA) in a first embodiment more appropriate to be installed in links (W) without a joint, can be seen with the help of Figures 1 and Figure 2 and comprises:
  • an upper bar (B1) and a lower bar (B2) (see Figure 2 where the lower bar (B2) is represented), which are each a solid, machined piece with identical conformation that starts with a structure split (BP) with a first hole (01) in each for adapting an axis (E), a second hole (02) for adapting an axis (E), then becoming a solid structure (ES) with a substantially rectangular straight section, which forms an angle (a) greater than 90° and less than 180° in relation to the bipartite structure (BP), extends to a median point from which the dimensions of the rectangular straight section decrease and extend up to an eyelet-shaped end (G) to which an auxiliary cable can be fixed to facilitate assembly on the anchor line; on the surface that is internal to the angulation, in the solid structure (ES) and close to the position of the second hole (02) there is a recess (R) so that a curved part of a link (W), called crown (C), can be fitted into this recess (R) and provide
  • a bidirectional hydraulic cylinder has the end of one of its rods (H1) positioned between the split structure (BP), where it is connected to the latter with the possibility of movement through an axis (E), inserted into the first hole (01) of the upper bar (B1) and the end of its other rod (H2) positioned between the structure split (BP), where it is connected to the latter without the possibility of movement also through an axis (E), inserted in the first hole (01) of the lower bar (B2) and this hydraulic cylinder (CH) acts with one of the rods (H1 or H2) distended under constant calibrated hydraulic pressure load when in operation;
  • BV a rigid vertical bar (BV), which comprises the union at its upper end to an extensometer-type load cell (EX), which, in turn, has the free end positioned between the split structure (BP), end which is connected with the possibility of movement through an axis (E) inserted in the second hole (02) of the upper bar (B1), the lower end of the vertical bar (BV) being positioned between the split structure (BP), the end that is connected with the possibility of movement also through an axis (E) inserted in the second hole (02) of the lower bar (B2), and the vertical bar (BV) serves as the central point of support and rotation of the bars: upper (B1 ) and lower (B2) by the expansion action of one of the rods (H1 or H2) of the hydraulic cylinder (CH);
  • EX extensometer-type load cell
  • - shims (C1 and 02) are rigidly joined close to the holes (01 and 02) on the inside of the split structure (BP), ( Figures 2 and 4) and serve to support the end of the rod (H1) of the hydraulic cylinder (CH ) and the vertical bar (BV) and prevent relative movements between the latter during equipment operation (A).
  • a hydraulic power unit (UPH) ( Figure 6 and enlarged in the dashed area) located in a support unit (UA) is responsible for supplying and maintaining the hydraulic pressure that feeds the hydraulic cylinder (CH) of the equipment (A), one pressure transducer (TP) installed between the output of the hydraulic power unit (UPH) and the input of the oil supply lines (LO) that supply pressure to the hydraulic cylinder (CH) serves to record hydraulic pressure variation for any variation in tension of the anchor lines (LA) on the equipment (A).
  • TP pressure transducer
  • Equipment (A) for directly measuring and/or monitoring tension in an anchor line in a second embodiment is more appropriate for installation in lashing links (W) with a hammer, but allows its use with links (W) without joints, presents a modification in the construction of the upper bars (B1) and lower bar (B2) (see Figure 7 where the lower bar is represented), where each of the bars (B1 or B2) is formed by a first solid piece (P1) and a second solid piece (P2), machined and with identical conformation that each starts with a first solid structure (PE) with a first hole (01) in each one for adapting a axis (E), a second hole (02) for adapting an axis (E), shims (C1 and 02) are rigidly joined close to the holes (01 and 02) on the inside of the first structure (PE), ( Figure 7 ) and serve to support the rods (H1 and H2) of the hydraulic cylinder (CH) and the vertical bar (BV) and prevent relative movements between the
  • the assembly of the second embodiment of the equipment (A) on anchor lines (LA) with links (W) with a hammer involves the occupation of at least five links (W) of an anchor line (LA), which are parallel to the hydraulic cylinder (CH) and the vertical bar (BV), where a first link (W1) is fitted longitudinally between the solid structures (ES) of the solid parts (P1 and P2) of the upper bar (B1 ), a second link (W2), a third link (W3) and a fourth link (W4) are free below the first link (W1), a fifth link (W5) is fitted longitudinally between the solid structures (ES) of the solid parts (P1 and P2) of the lower bar (B2) and, in this way, the upper crown (C) of the link (W2) and the lower crown (C) of the link (W4) fit into the recesses (R) of the upper (B1) and lower (B2) bars respectively and prevent the equipment (A) from sliding.
  • the extensometer is a load cell that is based on the electrical principle of a circuit (Wheatstone bridge) that, when joined to a part, changes the voltages if there are small deformations of the part's materials. Millivolt variations are directly converted to charge or force.
  • the pressure transducer (TP) is also a load cell that uses electrical equipment that measures small pressure variations.
  • This electrical equipment which also uses a strain gauge (EX) inside, is installed at the hydraulic load outlet of the Hydraulic Power Unit (UPH), equipment that supplies pressure to the hydraulic cylinder (CH), allowing then to convert the pressure of direct form for strength.
  • UHP Hydraulic Power Unit
  • CH hydraulic cylinder
  • equipment (A) for directly measuring and/or monitoring tension in an anchor line (LA) has the following main advantages:
  • the main concept that guides the present invention is equipment for directly measuring and/or monitoring tension in an anchor line of a floating prospecting unit and production of oil at sea, which is assembled at a point on this anchoring line without becoming an integral part of the latter so that, Once the necessary data has been collected, this equipment can be dismantled from the first line and mounted on another line in which it is necessary to measure the tension without any special maneuver.
  • these equipment will be able to envisage and practice variations, modifications, alterations, adaptations and equivalents that are applicable and compatible with the work environment in question, without, however, departing from the scope of the spirit and scope of the invention, which are represented by the claims that follow.

Abstract

É relatado na presente invenção um equipamento (A) para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem (LA) em tempo real sem necessidade de pós tratamento de uma unidade flutuante de prospecção ou produção de petróleo no mar, o qual é montado em um ponto desta linha de ancoragem sem que se torne parte integrante desta última, que basicamente compreende: uma barra superior (B1) e uma barra inferior (B2), as quais são interligadas, em uma extremidade, por um cilindro hidráulico (CH), e em uma região mais central por uma barra vertical (BV); a instalação é feita na linha a ser monitorada exclusivamente por meio de um veículo submarino operado remotamente (ROV), dispensando neste caso a atuação de mergulhadores.

Description

EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM
CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os equipamentos para medir diretamente e/ou monitorar a tensão de linhas de ancoragem as quais tem a função de manter estabilizadas em um determinado posicionamento plataformas ou unidades flutuantes (FPSO) que atuem em atividade de prospecção ou produção de petróleo no mar. Mais particularmente um equipamento que é independente da linha de ancoragem, isto é, é instalado na linha apenas para fazer a medição e depois é retirado deixando a linha livre. A instalação pode ser feita na linha exclusivamente por meio de um veículo submarino operado remotamente, dispensando neste caso a atuação de mergulhadores.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] A produção de petróleo em alto mar, com lâminas d’agua cada vez maiores, tem se tornado um verdadeiro desafio em relação a estabilizar de forma segura as plataformas ou navios FPSO por meio de linhas de ancoragem em posição de operação.
[0003] A sigla FPSO tem origem no idioma inglês “Floating, Production, Storage and Offoading que no idioma português é traduzido como Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Transferência.
[0004] Para fins de simplificação, plataformas e navios FPSO serão tratados ao longo do texto a seguir por “unidade flutuante” genericamente.
[0005] O desafio que envolve as linhas de ancoragem se deve não só pelo peso próprio que estas linhas de ancoragem atingem devido à grande profundidade até o solo do oceano, mas todas as influências de arraste que elas sofrem devido a correntes marinhas, às vezes em direções diferentes de acordo com a profundidade, o próprio balanço provocado pelas ondas da superfície do mar e o arraste por ventos que atuam na superfície e atingem a unidade flutuante. [0006] O rompimento de linhas de ancoragem pode ser ocasionado não só pelos fatores mencionados acima como exemplo, mas podem ser devido a problemas operacionais de inspeção e manutenção da unidade flutuante, bem como a própria fabricação da linha de ancoragem.
[0007] O rompimento de uma ou mais linhas de ancoragem pode levar a unidade flutuante a um deslocamento na sua posição além da margem de segurança e causar problemas muito sérios, principalmente em relação aos tubos de produção ligados a ela, os quais podem vir a romper levando a desastres ambientais importantes assim como risco de morte para a tripulação embarcada.
[0008] A principal garantia da integridade de todo o sistema de ancoragem, que mantém uma determinada unidade flutuante em operação segura, é baseada na monitoração da tensão à qual cada uma das linhas de ancoragem está submetida.
[0009] Quando estão em processo de construção, as unidades flutuantes têm como equipamento integrado, sistemas de monitoração de tensão para as linhas de ancoragem, que serão futuramente ligadas a ela. Esses sistemas integrados são submetidos à ação do ambiente marinho que, ao longo do tempo, começam a apresentar falhas mecânicas e elétricas e passam a comprometer a segurança do sistema como um todo. Torna-se quase que obrigatório que se lance mão de equipamentos alternativos para que a monitoração da tensão nestas linhas de ancoragem seja realizada.
[0010] É bem antiga a preocupação com a integridade de linhas de ancoragem de embarcações, mesmo com aquelas mais simples que não têm um comprometimento maior do que manter uma embarcação posicionada apenas.
[0011] O documento GB 532 772 A de 1941 é um bom exemplo deste tipo de preocupação e meio de prevenção. Neste documento é descrito um dispositivo em forma de elo que se torna parte integrante de uma linha de ancoragem, construído com um elemento central seccionado. Contatos elétricos são fixados em cada uma das extremidades seccionadas deste elemento central, ficando afastados um do outro. Esses contatos são ligados a um módulo que é fixado lateralmente ao elo e aloja baterias e uma lâmpada. Quando a tensão é excessiva, a tendência é que o elo da corrente sofra uma deformação de alongamento e os dois ramos do elemento central entrem em contato fechando o circuito elétrico que acende a lâmpada e chama a atenção do pessoal envolvido.
[0012] Com o passar do tempo a técnica evoluiu para dispositivos mais sofisticados baseados em cálculos feitos com dados extraídos de correlações com fenômenos sofridos por uma linha de ancoragem, por exemplo, a existência de uma relação entre a frequência de vibração de uma determinada linha e a tensão atuante. Nesta técnica o dispositivo mede a frequência natural de vibração de uma linha e a tensão que atua nesta linha pode ser calculada por meio do peso específico da linha e seu comprimento livre entre dois pontos de apoio ou fixação.
[0013] O documento PI 0401668-8 A ilustra mais uma modalidade de monitoração de tensão ou rompimento em linhas submersas em geral, dentre elas, as de ancoragem. Compreende um dispositivo fixado a uma região de uma determinada linha com um sensor que seja relativo a algum parâmetro que indique uma variação angular deste dispositivo e uma unidade de comunicação para transmitir a uma base de controle uma variação no referido parâmetro. Este método é baseado no fato de uma linha de ancoragem assumir uma determinada inclinação em relação à linha d'água e a inclinação é função da tensão atuante na linha. As trações atuantes são obtidas por meio de cálculos baseados na medição dos ângulos que são registrados pelo sensor.
[0014] Mais um tipo de equipamento para essa finalidade está ilustrado no documento US 2013/0067881 A1 , que mostra uma montagem de um dispositivo similar a uma manilha, com um corpo no qual um dos lados é em forma de um eixo fixo com braços se estendendo paralelos em cada uma das extremidades deste eixo fixo. Nas outras extremidades de cada um dos braços é interposto um eixo. Em, pelo menos um dos braços, é formado um recesso no interior do qual é alojado um sensor de pressão o qual atua como medidor de tensão.
[0015] Outros exemplos da técnica se baseiam em dados de deformação ou redução de largura de um determinado elo e em alteração de propriedades eletromagnéticas do aço quando tracionado.
[0016] O que é importante observar é que as soluções apresentadas acima são instaladas permanentemente ou fazem parte integrante do sistema de linhas de ancoragem, passando a ser usados como um dos componentes da mesma.
[0017] A técnica se ressentia de um equipamento para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem que fosse simples em sua concepção, adaptado em um ponto de uma linha de ancoragem sem que seja parte integrante desta e, assim, uma vez coletados os dados necessários, o equipamento pudesse ser desmontado desta linha e ser montado em outra linha acarretando redução de custos.
[0018] O documento BR112016021783-7 da requerente veio suprir essa lacuna na técnica e mostra um equipamento para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem de qualquer unidade flutuante que atue nas atividades de prospecção e produção de petróleo no mar, o qual é montado em um ponto desta linha de ancoragem sem que se torne parte integrante desta última. Uma vez coletados os dados necessários, este equipamento pode ser desmontado da primeira linha e montado em outra linha na qual seja preciso fazer uma medição da tensão. Embora tenha sido um avanço em relação à técnica e com monitoramento eficiente, a montagem na linha ainda requer uma assistência para montagem e desmontagem realizada por mergulhadores ou escaladores.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0019] É objetivo da invenção um equipamento para medir diretamente e/ou monitorar a tensão nas linhas de ancoragem de qualquer unidade flutuante que atue nas atividades de prospecção e produção de petróleo no mar.
[0020] O equipamento é descido até uma determinada profundidade a partir de uma embarcação de apoio ligado a cabo de sustentação suportado por um guincho ou guindaste e em seguida, por meio de um veículo submarino operado remotamente conhecido na técnica pela sigla ROV (“Remotely Operated Vehicle”), que executa as operações de conduzir ao ponto onde é instalado e executar a instalação e, posteriormente a desinstalação.
[0021] O equipamento é inserido em um ponto de uma linha de ancoragem e apoiado nela sem que se torne parte integrante desta linha de modo que, uma vez coletados os dados necessários, este equipamento é desacoplado da primeira linha e é inserido em outra linha na qual seja preciso fazer uma medição da tensão.
[0022] O equipamento preferencialmente é manipulado só por meio de um ROV e, neste caso, é dispensada a atuação de mergulhadores e, com isso, agrega um fator de segurança muito desejado atualmente em operações “offshore”.
[0023] O objetivo é alcançado pela concepção deste equipamento que basicamente compreende: uma barra superior e uma barra inferior, ligados a elas um cilindro hidráulico bidirecional, um transdutor de pressão com célula de carga adaptado à saída hidráulica da unidade de geração de pressão para o cilindro e uma barra vertical sólida com um extensômetro instalado nela.
[0024] Em uma primeira concretização as extremidades livres das barras do equipamento são inseridas através dos elos sem malhete da amarra da linha de ancoragem e posteriormente travando o equipamento temporariamente nestas últimas.
[0025] Uma segunda concretização é dirigida a linhas de ancoragem cujos elos possuem malhetes, mas que pode ser usada também para elos vazados, na qual a fixação temporária se dá na coroa dos elos imediatamente acima e abaixo dos elos que vão ficar sob ação do equipamento entre as barras e, para tal, a conformação da barra superior e da barra inferior, é bipartida.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0026] A Figura 1 é uma representação em vista lateral de uma primeira concretização do equipamento da presente invenção própria para adaptação em linhas com elos de amarra sem malhetes.
[0027] A Figura 2 é uma representação em perspectiva de uma das barras do equipamento da presente invenção a qual permite ver detalhes de sua conformação.
[0028] A Figura 3 é uma representação em vista lateral do equipamento da Figura 1 adaptado a uma linha de ancoragem sem acionamento ativo.
[0029] A Figura 4 é uma representação em corte longitudinal do equipamento da Figura 1 de forma a mostrar os calços que impedem o movimento relativo de componentes do equipamento.
[0030] A Figura 5 é uma representação em vista lateral do equipamento da Figura 1 adaptado a uma linha de ancoragem com acionamento ativo.
[0031] A Figura 6 é uma representação de um cenário típico de instalação do equipamento realizado por um barco de apoio e um ROV em uma linha de ancoragem de um FPSO.
[0032] A Figura 7 é uma representação em perspectiva de uma das barras do equipamento em uma segunda concretização para a invenção a qual permite ver detalhes de sua conformação.
[0033] A Figura 8 é uma representação em perspectiva de uma segunda concretização do equipamento da presente invenção própria para adaptação em linhas de amarra com elos que tem malhete.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0034] Refere-se a presente invenção a um equipamento para medir diretamente e/ou monitorar a tensão de linhas de ancoragem as quais tem a função de manter estabilizadas em um determinado posicionamento unidades flutuantes que atuem em atividade de prospecção ou produção de petróleo no mar. Mais particularmente um equipamento que é independente da linha de ancoragem, isto é, é instalado na linha apenas para fazer a medição e depois é retirado deixando a linha livre. A instalação é feita na linha a ser monitorada exclusivamente por meio de um veículo submarino operado remotamente, pode dispensar a atuação de mergulhadores.
[0035] O desenvolvimento do equipamento ocorreu por conta da necessidade dos operadores e do mercado de produção de petróleo, em determinar as tensões das linhas de ancoragem das unidades flutuantes visando garantir a segurança operacional e atender aos requisitos das sociedades classificadoras.
[0036] A maioria dos sistemas e métodos utilizados atualmente para medir as tensões nas linhas leva em conta para a determinação da tensão fatores dos mais diversos e indiretos, ou seja, para um dado adquirido pelo sistema existe um pós-tratamento matemático com uma série de cálculos e aproximações cujo resultado final inclui erros derivados que variam na ordem de 20% a 30% e, desta forma, podem comprometer a segurança da unidade flutuante.
[0037] As polias de desvio de linhas de ancoragem, conhecidas pelo termo em inglês “fairleads”, quando instaladas na porção emersa das colunas das plataformas semi-submersiveis ou dos cascos dos navios FPSO de forma que uma parte dessas linhas de ancoragem ficava fora da água e era possível a uma equipe técnica montar e desmontar equipamentos para a avaliação da tensão.
[0038] Para o caso dos “fairleads” instalados na porção submersa das colunas das plataformas semi-submersiveis ou no casco dos navios FPSO abaixo da linha d’água. Nesta situação a operação de instalação e desinstalação do equipamento na linha a ser monitorada é realizada por meio de um ROV, podendo ser dispensada a atuação de mergulhadores. Com isso a exigência de maior segurança nas operações com equipamentos principalmente submersos e no entorno das unidades é cumprida.
[0039] A linha de ancoragem (LA) mencionada ao longo do presente relatório é formada por uma pluralidade de elos (W). Os elos (W) podem ser elos (W) sem malhete ou elos (W) com malhete.
[0040] O equipamento (A) para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem (LA) em uma primeira concretização mais apropriada para ser instalado em elos (W) sem malhete, pode ser visto com o auxílio das Figuras 1 e Figura 2 e compreende:
- uma barra superior (B1) e uma barra inferior (B2) (ver Figura 2 onde está representada a barra inferior (B2)), as quais são, cada uma, uma peça sólida, usinada e com conformação idêntica que começa por uma estrutura bipartida (BP) com um primeiro orifício (01) em cada uma para adaptação de um eixo (E), um segundo orifício (02) para adaptação de um eixo (E), a seguir passa a ser uma estrutura sólida (ES) com uma seção reta substancialmente retangular, que forma um ângulo (a) maior que 90° e menor que 180° em relação à estrutura bipartida (BP), se estende até um ponto mediano a partir do qual diminui as dimensões de seção reta retangular e prolonga até uma extremidade em forma de olhai (G) no qual pode ser fixado um cabo auxiliar para facilitar a montagem na linha de ancoragem; na superfície que fica interna à angulação, na estrutura sólida (ES) e próxima à posição do segundo orifício (02) existe um rebaixo (R) para que uma parte curva de um elo (W), denominado como coroa (C), possa ser encaixada neste rebaixo (R) e promova um leve travamento entre o equipamento (A) e a linha de ancoragem (LA);
- um cilindro hidráulico (CH) de atuação bidirecional tem a extremidade de uma de suas hastes (H1) posicionada entre a estrutura bipartida (BP), onde é ligada a esta última com possibilidade de movimento por intermédio de um eixo (E), inserido no primeiro orifício (01 ) da barra superior (B1) e a extremidade de sua outra haste (H2) posicionada entre a estrutura bipartida (BP), onde é ligada a esta última sem possibilidade de movimento por intermédio também de um eixo (E), inserido no primeiro orifício (01) da barra inferior (B2) e este cilindro hidráulico (CH) atuar com uma das hastes (H1 ou H2) distendida sob atuação de carga constante de pressão hidráulica calibrada quando em operação;
- uma barra vertical (BV) rígida, que compreende a união por sua extremidade superior a uma célula de carga do tipo extensômetro (EX), a qual, por sua vez, tem a extremidade livre posicionada entre a estrutura bipartida (BP), extremidade que é ligada com possibilidade de movimento por intermédio de um eixo (E) inserido no segundo orifício (02) da barra superior (B1), a extremidade inferior da barra vertical (BV) ser posicionada entre a estrutura bipartida (BP), extremidade que é ligada com possibilidade de movimento por intermédio também de um eixo (E) inserido no segundo orifício (02) da barra inferior (B2), e a barra vertical (BV) servir como ponto central de apoio e giro das barras: superior (B1) e inferior (B2) pela ação de expansão de uma das hastes (H1 ou H2) do cilindro hidráulico (CH);
- calços (C1 e 02) são rigidamente unidos próximos aos orifícios (01 e 02) na parte interna da estrutura bipartida (BP), (Figuras 2 e 4) e servem para apoiar a extremidade da haste (H1) do cilindro hidráulico (CH) e da barra vertical (BV) e impedir movimentos relativos entre estes últimos durante a operação do equipamento (A).
- uma unidade de potência hidráulica (UPH) (Figura 6 e ampliada na área tracejada) localizada em uma unidade de apoio (UA) é responsável pelo fornecimento e manutenção da pressão hidráulica que alimenta o cilindro hidráulico (CH) do equipamento (A), um transdutor de pressão (TP) instalado entre a saída da unidade de potência hidráulica (UPH) e a entrada das linhas de alimentação de óleo (LO) que fornecem pressão para o cilindro hidráulico (CH) serve para registro de variação de pressão hidráulica por qualquer variação de tensão das linhas de ancoragem (LA) sobre o equipamento (A).
[0041] A montagem do equipamento (A) em linhas de ancoragem (LA) com elos (W) sem malhete, pode ser melhor visto com auxílio da Figura 3, envolve a ocupação de pelo menos cinco elos (W) de uma linha de ancoragem (LA), os quais ficam paralelos ao cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV), onde um primeiro elo (W1) é atravessado pela extremidade com olhai (G) da barra superior (B1 ), um segundo elo (W2), um terceiro elo (W3) e um quarto elo (W4) ficam livres abaixo do primeiro elo (W1), um quinto elo (W5) é atravessado pela extremidade com olhai (G) da barra inferior (B2) onde a coroa (C) superior do elo (W2) e a coroa (C) inferior do elo (W4) se encaixam nos rebaixos (R) das barras superior (B1 ) e inferior (B2) respectivamente e impedem o deslizamento do equipamento (A) (Figura 4).
[0042] O equipamento (A) para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem em uma segunda concretização (Figura 7 e Figura 8) é mais apropriado para instalação em elos de amarra (W) com malhete, mas permite o seu emprego com elos (W) sem malhetes, apresenta modificação na construção das barras superior (B1 ) e barra inferior (B2) (ver Figura 7 onde está representada a barra inferior), onde cada uma das barras (B1 ou B2) é formada por uma primeira peça sólida (P1) e uma segunda peça sólida (P2), usinadas e com conformação idêntica que começa cada uma, por uma primeira estrutura (PE) sólida com um primeiro orifício (01) em cada uma para adaptação de um eixo (E), um segundo orifício (02) para adaptação de um eixo (E), calços (C1 e 02) são rigidamente unidos próximos aos orifícios (01 e 02) na parte interna da primeira estrutura (PE), (Figura 7) e servem para apoiar as hastes (H1 e H2) do cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV) e impedir movimentos relativos entre estes últimos durante a operação do equipamento (A), a seguir continua a ser uma estrutura sólida (ES) com uma seção reta substancialmente retangular, que forma um ângulo (a) maior que 90° e menor que 180° em relação à primeira estrutura (PE), se estende até um ponto mediano no qual diminui as dimensões de seção reta retangular e prolonga com um afastamento do eixo horizontal da estrutura sólida (ES) para fora até uma extremidade simples (S); na superfície externa da estrutura sólida (ES) oposta à angulação (a) e logo a seguir à posição do segundo eixo (E2) das peças sólidas (P1 e P2) é fixamente unida uma barra de união (PU) que une a primeira peça sólida (P1) à segunda peça sólida (P2) formando a estrutura das barras superior e inferior (B1 ou B2) e, na superfície na qual existe a angulação (a) de cada uma das peças sólidas (P1 e P2), encontra-se um rebaixo (R) para que a coroa (C) de um elo (W), possa ser encaixada neste e promova um leve travamento entre o equipamento (A) e a linha de ancoragem (LA).
[0043] A montagem da segunda concretização do equipamento (A) em linhas de ancoragem (LA) com elos (W) com malhete, melhor visto na Figura 8, envolve a ocupação de pelo menos cinco elos (W) de uma linha de ancoragem (LA), os quais ficam paralelos ao cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV), onde um primeiro elo (W1) é encaixado longitudinalmente entre as estruturas sólidas (ES) das peças sólidas (P1 e P2) da barra superior (B1 ), um segundo elo (W2), um terceiro elo (W3) e um quarto elo (W4) ficam livres abaixo do primeiro elo (W1), um quinto elo (W5) é encaixado longitudinalmente entre as estruturas sólidas (ES) das peças sólidas (P1 e P2) da barra inferior (B2) e, deste modo, a coroa (C) superior do elo (W2) e a coroa (C) inferior do elo (W4) se encaixam nos rebaixos (R) das barras superior (B1) e inferior (B2) respectivamente e impedem o deslizamento do equipamento (A).
[0044] Ao ser aplicada pressão hidráulica ao cilindro hidráulico (CH) (Figura 4), uma das hastes (H1 ou H2) se expande e, por causa da angulação (a) das barras superior (B1) e inferior (B2) e dos eixos (E) inseridos nos segundos orifícios (02) onde estão ligados a barra vertical (BV), as extremidades livres destas barras (B1 e B2) se aproximam, com isso os elos (W2) e (W4) passam a ficar travados nos rebaixos (R), o elo (W3) fica afrouxado Figura 5 e, a partir daí, a tensão atuante na linha de ancoragem (LA) é transferida para o equipamento (A) e qualquer diferença na tensão da linha de ancoragem (LA) por menor que seja é registrada tanto pela célula de carga do tipo extensômetro (EX) quanto pelo transdutor de pressão (TP).
[0045] O extensômetro (EX) é uma célula de carga que é baseado num princípio elétrico de um circuito (ponte de Wheatstone) que, quando unido numa peça, muda as voltagens caso haja pequenas deformações dos materiais da peça. As variações de milivolts são convertidas de forma direta para carga ou força.
[0046] O transdutor de pressão (TP) é também uma célula de carga que usa um equipamento elétrico que mede pequenas variações de pressão. Este equipamento elétrico, que também utiliza um extensômetro (EX) no seu interior, é instalado na saída de carga hidráulica da Unidade de Potência Hidráulica (UPH), equipamento que fornece pressão para o cilindro hidráulico (CH), permitindo então converter a pressão de forma direta para força.
[0047] A diferença entre a célula de carga do tipo extensômetro (EX) e o transdutor de pressão (TP), embora os dois utilizem o mesmo princípio elétrico, é que um é instalado diretamente na peça que está submetida ao esforço, e o outro está na saída de pressão que alimenta o cilindro hidráulico.
[0048] A precisão de dados registrados tanto na célula de carga do tipo extensômetro (EX) quanto no transdutor de pressão (TP) é muito alta e a margem de erro associada às medições é estimada em torno de apenas 0,3%. O uso dos dois dispositivos de medição dedicados ao equipamento e com correspondência direta de valores de força aumenta a confiabilidade das medições.
[0049] Em testes práticos de campo foi obtida uma margem de erro em resultados de medições realizadas com o equipamento (A) em torno de 0,5%.
[0050] De acordo com as características das concretizações que foram expostas acima pode ser declarado com segurança que o equipamento (A) para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem (LA) apresenta como principais vantagens:
- Dispensa desconectar ou manusear a linha de ancoragem (LA) para que seja obtido o valor de tensão;
- Opera em linhas de ancoragem que possuam qualquer angulo e pode ser desenvolvido para qualquer diâmetro ou tipo de elo;
- Não interfere com a operação da plataforma, pois para ela o dispositivo é totalmente passivo,
- Obtém a informação do valor da tensão imediatamente com alta precisão;
- Todos os componentes possuem fácil fabricação e montagem, e, portanto, podem ser facilmente substituídos, quando necessário,
- Pode identificar se uma linha está rompida,
- Possui rapidez na sua instalação e movimentação,
- Não requer manipulação humana para operação de inserção e retirada da linha de ancoragem.
[0051] Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, o conceito principal que norteia a presente invenção que é um equipamento para medir diretamente e/ou monitorar a tensão em uma linha de ancoragem de uma unidade flutuante de prospecção e produção de petróleo no mar, o qual é montado em um ponto desta linha de ancoragem sem que se torne parte integrante desta última de modo que, uma vez coletados os dados necessários, este equipamento pode ser desmontado da primeira linha e ser montado em outra linha na qual seja preciso fazer uma medição da tensão sem qualquer manobra especial, se mantém preservado quanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da invenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM apropriado para ser instalado em elos (W) sem malhete caracterizado por compreender:
- uma barra superior (B1) e uma barra inferior (B2), as quais são, cada uma, uma peça sólida, usinada e com conformação idêntica que começa por uma estrutura bipartida (BP) com um primeiro orifício (01) em cada uma para adaptação de um eixo (E), um segundo orifício (02) para adaptação de um eixo (E), a seguir passa a ser uma estrutura sólida (ES) com uma seção reta substancialmente retangular, que forma um ângulo (a) maior que 90° e menor que 180° em relação à estrutura bipartida (BP), se estende até um ponto mediano a partir do qual diminui as dimensões de seção reta retangular e prolonga até uma extremidade em forma de olhai (G) no qual pode ser fixado um cabo auxiliar para facilitar a montagem na linha de ancoragem; na superfície que fica interna à angulação, na estrutura sólida (ES) e próxima à posição do segundo orifício (02) existe um rebaixo (R) para que uma parte curva de um elo (W), denominado como coroa (C), possa ser encaixada neste rebaixo (R) e promova um leve travamento entre o equipamento (A) e a linha de ancoragem (LA);
- um cilindro hidráulico (CH) de atuação bidirecional tem a extremidade de uma de suas hastes (H1 ) posicionada entre a estrutura bipartida (BP), onde é ligada a esta última com possibilidade de movimento por intermédio de um eixo (E), inserido no primeiro orifício (01) da barra superior (B1) e a extremidade de sua outra haste (H2) posicionada entre a estrutura bipartida (BP), onde é ligada a esta última sem possibilidade de movimento por intermédio também de um eixo (E), inserido no primeiro orifício (01) da barra inferior (B2) e este cilindro hidráulico (CH) atuar com uma das hastes (H1 ou H2) distendida sob atuação de carga constante de pressão hidráulica calibrada quando em operação;
- uma barra vertical (BV) rígida, que compreende a união por sua extremidade superior a uma célula de carga do tipo extensômetro (EX), a qual, por sua vez, tem a extremidade livre posicionada entre a estrutura bipartida (BP), extremidade que é ligada com possibilidade de movimento por intermédio de um eixo (E) inserido no segundo orifício (02) da barra superior (B1), a extremidade inferior da barra vertical (BV) ser posicionada entre a estrutura bipartida (BP), extremidade que é ligada com possibilidade de movimento por intermédio também de um eixo (E) inserido no segundo orifício (02) da barra inferior (B2), e a barra vertical (BV) servir como ponto central de apoio e giro das barras: superior (B1) e inferior (B2) pela ação de expansão de uma das hastes (H1 ou H2) do cilindro hidráulico (CH);
- calços (C1 e 02) são rigidamente unidos próximos aos orifícios (01 e 02) na parte interna da estrutura bipartida (BP), e servem para apoiar a extremidade da haste (H1 ) do cilindro hidráulico (CH) e da barra vertical (BV) e impedir movimentos relativos entre estes últimos durante a operação do equipamento (A).
- uma unidade de potência hidráulica (UPH) localizada em uma unidade de apoio (UA) é responsável pelo fornecimento e manutenção da pressão hidráulica que alimenta o cilindro hidráulico (CH) do equipamento (A), um transdutor de pressão (TP) instalado entre a saída da unidade de potência hidráulica (UPH) e a entrada das linhas de alimentação de óleo (LO) que fornecem pressão para o cilindro hidráulico (CH) serve para registro de variação de pressão hidráulica por qualquer variação de tensão das linhas de ancoragem (LA) sobre o equipamento (A).
2 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM de acordo com a reivindicação 1 , mais apropriado para instalação em elos de amarra (W) com malhete, mas permite o seu emprego com elos (W) sem malhetes, apresenta modificação na construção das barras superior (B1) e barra inferior (B2) caracterizado por cada uma das barras (B1 ou B2) ser formada por uma primeira peça sólida (P1) e uma segunda peça sólida (P2), usinadas e com conformação idêntica que começa cada uma, por uma primeira estrutura (PE) sólida com um primeiro orifício (01) em cada uma para adaptação de um eixo (E), um segundo orifício (02) para adaptação de um eixo (E), calços (C1 e 02) serem rigidamente unidos próximos aos orifícios (01 e 02) na parte interna da primeira estrutura (PE), e servirem para apoiar as hastes (H1 e H2) do cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV) e impedir movimentos relativos entre estes últimos durante a operação do equipamento (A), a seguir continuar a ser uma estrutura sólida (ES) com uma seção reta substancialmente retangular, que forma um ângulo (a) maior que 90° e menor que 180° em relação à primeira estrutura (PE), se estende até um ponto mediano no qual diminui as dimensões de seção reta retangular e prolonga com um afastamento do eixo horizontal da estrutura sólida (ES) para fora até uma extremidade simples (S); na superfície externa da estrutura sólida (ES) oposta à angulação (a) e logo a seguir à posição do segundo eixo (E2) das peças sólidas (P1 e P2) é fixamente unida uma barra de união (PU) que une a primeira peça sólida (P1) à segunda peça sólida (P2) formando a estrutura das barras superior e inferior (B1 ou B2) e, na superfície na qual existe a angulação (a) de cada uma das peças sólidas (P1 e P2), encontra-se um rebaixo (R) para que a coroa (C) de um elo (W), possa ser encaixada neste e promova um leve travamento entre o equipamento (A) e a linha de ancoragem (LA).
3 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a montagem do equipamento (A), envolver a ocupação de pelo menos cinco elos (W) de uma linha de ancoragem (LA), os quais ficam paralelos ao cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV), onde um primeiro elo (W1) é atravessado pela extremidade com olhai (G) da barra superior (B1), um segundo elo (W2), um terceiro elo (W3) e um quarto elo (W4) ficarem livres abaixo do primeiro elo (W1), um quinto elo (W5) ser atravessado pela extremidade com olhai (G) da barra inferior (B2) onde a coroa (C) superior do elo (W2) e a coroa (C) inferior do elo (W4) se encaixarem nos rebaixos (R) das barras superior (B1) e inferior (B2) respectivamente e impedirem o deslizamento do equipamento (A).
4 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por a montagem do equipamento (A), envolver a ocupação de pelo menos cinco elos (W) de uma linha de ancoragem (LA), os quais ficam paralelos ao cilindro hidráulico (CH) e a barra vertical (BV), onde um primeiro elo (W1) é encaixado longitudinalmente entre as estruturas sólidas (ES) das peças sólidas (P1 e P2) da barra superior (B1 ), um segundo elo (W2), um terceiro elo (W3) e um quarto elo (W4) ficarem livres abaixo do primeiro elo (W1), um quinto elo (W5) ser encaixado longitudinalmente entre as estruturas sólidas (ES) das peças sólidas (P1 e P2) da barra inferior (B2) e, deste modo, a coroa (C) superior do elo (W2) e a coroa (C) inferior do elo (W4) se encaixarem nos rebaixos (R) das barras superior (B1) e inferior (B2) respectivamente e impedirem o deslizamento do equipamento (A).
5 - EQUIPAMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA TENSÃO EM LINHAS DE ANCORAGEM de acordo com a reivindicação 1 e 2 caracterizado por ao ser aplicada pressão hidráulica ao cilindro hidráulico (CH), uma das hastes (H1 ou H2) se expandir, por causa da angulação (a) das barras superior (B1) e inferior (B2) e dos eixos (E) inseridos nos segundos orifícios (02) onde estão ligados a barra vertical (BV), as extremidades livres destas barras (B1 e B2) se aproximarem, com isso os elos (W2) e (W4) passarem a ficar travados nos rebaixos (R), o elo (W3) ficar afrouxado e, a partir daí, a tensão atuante na linha de ancoragem (LA) ser transferida para o equipamento (A) e desta forma poder ser registrada.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2183350A (en) * 1985-10-26 1987-06-03 Erlau Ag Eisen Drahtwerk Device for checking overloading of chains
PL173419B1 (pl) * 1994-03-29 1998-03-31 Wegrzyn Grzegorz Miernik siły napięcia ogniwowego łańcucha
US10078025B2 (en) * 2014-03-26 2018-09-18 Bastos De Araújo, Jairo Device for determining tension on anchoring lines

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