MX2008011955A - Sistema y metodo de conexion para conectar y desconectar una unidad de flotacion hacia y desde una boya que esta concectada a una instalacion submarina. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema y un método de conexión para conectar y desconectar una unidad de flotación hacia y desde una boya que está conectada a una instalación submarina, en donde la boya comprende un primer dispositivo de conexión para conectar tuberías y/o líneas para transferir fluido, señales de control y/o energía eléctrica entre la boya y la unidad de flotación. El sistema de conexión comprende además una estructura de soporte que es movible lateralmente con respecto a la unidad de flotación y un arreglo de columna giratoria montado moviblemente en la estructura de soporte. El arreglo de columna giratoria comprende un segundo dispositivo de conexión para conectar al primer dispositivo de conexión en la boya; dispositivos de paro para abrir y cerrar al menos una de las tuberías y/o líneas en el primero y segundo dispositivos de conexión cuando se conecta y se desconecta la boya; y un cojinete de torreta para girar la boya con respecto a la unidad de flotación.

Description

SISTEMA Y METODO DE CONEXION PARA CONECTAR Y DESCONECTAR UNA UNIDAD DE FLOTACIÓN HACIA Y DESDE UNA BOYA QUE ESTÁ CONECTADA A UNA INSTALACIÓN SUBMARINA CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un método y a un sistema para conectar una unidad de flotación a una boya en un sistema submarino.

TÉCNICA ANTERIOR En el campo de la producción de petróleo y gas costa afuera, se conoce el uso de una embarcación con (y sin) posicionamiento dinámico (DP) . Por ejemplo, los pozos están ubicados en el lecho marino, y las conexiones de tubería para petróleo y/o gas, tuberías umbilicales, cables de control, cables de suministro de energía, etc. conducen desde los pozos hacia una boya. Alternativamente, la embarcación se puede utilizar para transferir petróleo, gas y otros medios, que naturalmente se transportan y se almacenan en barcos, de barco a barco, de la costa al barco o del barco a la costa. La boya comprende elementos de flotabilidad que hacen posible que flote a una cierta distancia (por ejemplo 40-70 m) bajo la superficie marina, y la boya está adaptada además para ser jalada y acoplada a la embarcación. La conexión entre la boya y la embarcación se puede implementar por un ROV (vehículo operado remotamente) desde la embarcación haciendo maniobras hacia la boya y uniendo un cable a ésta, de manera que el cable con la boya se jalan hacia un sistema de conexión en la embarcación, por ejemplo un compartimiento de torreta/cabeza giratoria dedicada internamente en la embarcación, en una solución de torreta externa, en una escotilla de perforación o hacia un sistema de cabeza giratoria/torreta en el lado del barco.

Con el fin de ubicar a la boya, ésta usualmente está equipada con un t anspondedor de ubicación.

Alternativamente, la boya puede ser jalada hacia el barco por medio de una boya de superficie que está conectada a la boya sumergida. Por lo tanto la embarcación puede ser una embarcación de producción, una embarcación de almacenamiento y/o una embarcación de desembarque para petróleo y/o gas, o alternativamente LNG (gas natural líquido), u otros tipos de unidades de flotación, tales como plataformas de flotación, etc. Con el posicionamiento dinámico, la embarcación normalmente no está anclada al lecho marino, o puede estar anclada muy ligeramente; en ambos casos esto significa que la embarcación tiene que utilizar sus motores para permanecer en la posición correcta. La embarcación comprende unidades de propulsión en la forma de hélices y propulsores conectados a un sistema de navegación, que aseguran que la embarcación se mantenga en posición en la boya dentro de limites dados, incluso cuando se vea influida por el viento y las olas. No obstante, el mal clima puede provocar que la embarcación no tenga la capacidad de permanecer en posición, lo cual da por resultado que por razones de seguridad ocurra un paro controlado de las lineas de transmisión, seguido por la desconexión de la embarcación desde la boya, asi se hace imposible que la embarcación se mueva libremente en forma independiente del equipo bajo la superficie. En casos dados, la boya puede estar equipada con dispositivos de anclaje al lecho marino. Existen diversos requerimientos asociados con esta conexión entre la boya y la embarcación. En primer lugar, la embarcación debe tener la capacidad de dar vuelta alrededor de la boya, mientras que la boya debe mantener su orientación original con respecto a los pozos en el lecho marino con el fin de evitar el daño a la tubería y a las conexiones de cable entre la instalación y la boya. Además, es importante para la conexión, y particularmente la desconexión, que ocurra de una manera rápida y controlada en el caso de cambios repentinos del clima. También es importante para las válvulas y tuberías relevantes en el sistema de conexión y en la boya, que se llenen de compuestos de hidrocarburo antes de la desconexión, con el fin de evitar la contaminación del agua . Otro objeto de la invención es que el sistema de conexión se puede emplear con tantos tipos de embarcaciones como sea posible y por lo tanto que el sistema de conexión también sea flexible en relación a dónde está montado en la embarcación. También es un objeto que la embarcación debe requerir la menor conversión posible con el fin de tener la capacidad de emplear el sistema de conexión.

LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de conexión para conectar y desconectar una unidad de flotación hacia y desde una boya que está conectada a una instalación submarina, en donde la boya comprende un primer dispositivo de conexión para conectar tuberías y/o líneas para transferir fluido, señales de control y/o energía eléctrica entre la boya y la unidad de flotación; en donde el sistema de conexión comprende además: una estructura de soporte que es movible lateralmente con respecto a la unidad de flotación; un arreglo de columna giratoria montado moviblemente en la estructura de soporte, en donde el arreglo de columna giratoria comprende · un segundo dispositivo de conexión para conectar al primer dispositivo de conexión en la boya; • dispositivos de paro para abrir y cerrar al menos una de las tuberías y/o líneas en el primero y segundo dispositivos de conexión cuando se conecta y se desconecta la boya; y • un cojinete de torreta para girar la boya con respecto a la unidad de flotación. La presente invención también se refiere a un método para conectar una unidad de flotación a una boya que está conectada a una instalación submarina, para conectar tuberías y/o líneas para transferencia de fluido, señales de control y/o energía eléctrica entre la boya y la unidad de flotación, el método está caracterizado porque comprende las siguientes etapas: - jalar la boya hacia una abertura en la unidad de flotación; bloqueo temporal de la boya a la embarcación ; movimiento lateral de una estructura de soporte con un arreglo de columna giratoria, para colocarla centralmente sobre la boya; conectar un segundo dispositivo de conexión en el arreglo de columna giratoria con un primer dispositivo de conexión en la boya; desconectar el arreglo de bloqueo temporal; abrir los dispositivos de paro en la boya y el arreglo de columna giratoria, con el fin de iniciar la transferencia entre la boya y la unidad de flotación. Cuando se desconecta la boya de la unidad de flotación, el método comprende además las siguientes etapas : cierre de los dispositivos de paro en la boya y el arreglo de columna giratoria; drenaje de las tuberías entre los dispositivos de paro por medio de un sistema de drenaje; conectar el arreglo de bloqueo temporal; desconectar el primero y el segundo dispositivos de bloqueo entre sí; desconectar el arreglo de bloqueo temporal con fin de desacoplar la boya de la unidad de flotación. Las modalidades preferidas adicionales se harán evidentes a partir de las reivindicaciones de patente dependientes .

DESCRIPCIÓN DETALLADA Ahora se describirá con detalle una modalidad preferida de la presente invención, haciendo referencia a las figuras la a 6 anexas: Las Figuras la-le ilustran las diferentes etapas en la conexión de la boya a la embarcación; La Figura lf ilustra una ampliación de las partes en la Figura le; La Figura 2 es una vista en perspectiva seccionada de la boya, el arreglo de columna giratoria y las partes de la embarcación; Las Figuras 3a y 3b ilustran una desconexión rápida de la boya desde la embarcación; La Figura 4 ilustra el sistema de drenaje para retirar fluido del dispositivo de conexión antes de la desconexión; La Figura 5 es una vista en perspectiva del arreglo de columna giratoria, en donde se puede observar el cojinete de torreta; y La Figura 6 ilustra detalles del cojinete de torreta . Con referencia a las Figuras la a lf, se muestra en el proceso una boya 1 siendo jalada hacia un compartimiento 2 de torreta/cabeza giratoria en una embarcación 3. La embarcación 3 preferentemente es del tipo mencionado en la introducción anterior, y tiene unidades de propulsión en la forma de hélices y propulsores conectados a un sistema de navegación, el cual asegura que la embarcación permanezca en posición en la boya dentro de limites dados. La embarcación preferentemente girará con la dirección del viento y las olas con el fin de facilitar la navegación. La boya debe mantener su orientación relativa al lecho marino con el fin de evitar el daño a la boya o a las conexiones de tubería y cables acoplados a ésta. Por lo tanto, el sistema de conexión de acuerdo a la invención comprende un cojinete de torreta 70 (figuras 5 y 6) integrado en un arreglo de columna giratoria 60. El cojinete de torreta 70 de preferencia es accionado hidráulicamente y proporciona orientación controlada de la boya con respecto a la embarcación. En la patente Noruega 306416 se describen adicionalmente un arreglo de columna giratoria 60 y su función. Por lo tanto esta publicación se incorpora en la presente en su totalidad como referencia. El sistema de conexión de acuerdo a la invención preferentemente está conectado al sistema de navegación de la embarcación y proporciona control de la boya y la embarcación entre sí y con relación al lecho marino, aunque se debe notar que la embarcación no necesita tener un sistema de posicionamiento dinámico con el fin de que funcione la presente invención. Con referencia ahora a la figura la, la boya 1 comprende una o varias conexiones de tubería 10 para petróleo, gas u otros fluidos provenientes de una instalación submarina además de, por ejemplo, cables umbilicales, de control y cables de suministro de energía (no mostrados en las figuras la-lc) . Cada conexión de tubería tiene una válvula de aislamiento controlada por accionador, integrada como una parte de la boya. La boya puede comprender además alambres de amarre 12 para acoplar la boya al lecho marino. La boya contiene elementos de flotabilidad que mantienen a la boya flotando a una distancia de aproximadamente 40-70 metros bajo la superficie del mar. En el centro de la parte superior de la boya 1 está montado un primer dispositivo de conexión 14, el cual en la modalidad preferida es un dispositivo de conexión de múltiples canales, adaptado para conectar tuberías y posiblemente también cables a un segundo dispositivo de conexión en la embarcación, los cuales se describirán con detalle enseguida. La boya comprende además una cubierta protectora 16 con un ojo de elevación 18, adaptado para permitir que un ROV se acople a un alambre de tracción 20 desde la embarcación hacia el ojo de elevación 18. La boya también comprende un medio de ubicación (no mostrado) , por ejemplo un transpondedor acústico, para localizar la boya y para la orientación de la boya con respecto a la instalación en el lecho marino. En una solución alternativa, la boya está conectada a una boya de superficie, que la embarcación emplea para localizar y subir la boya 1. En esta modalidad, el compartimiento de torreta/cabeza giratoria 2 está provisto como un compartimiento separado internamente en la embarcación (indicado por el número 3) . En el lecho 50 en este compartimiento 2 está montado un arreglo de bloqueo temporal 52 con una abertura 54 para la boya 1. Se puede observar a partir de las figuras la a lf que la abertura 54 y el arreglo de bloqueo 52 están adaptados para ajustarse a la forma de la boya 1. Sobre la abertura 54 está montado un arreglo de columna giratoria 60, acoplado a la embarcación por medio de una estructura de soporte 80. En la parte inferior, el arreglo de columna giratoria contiene un segundo dispositivo de conexión 62, adaptado para conectarse al primer dispositivo de conexión 14. El segundo dispositivo de conexión 62 también es una conexión de múltiples canales, y proporciona tanto el bloqueo del arreglo de columna giratoria 60 a la boya 1 como la posibilidad de la transferencia de fluido entre la boya 1 y la embarcación por medio del arreglo de columna giratoria 60. Los dispositivos de conexión 14, 62 típicamente comprenden dos conexiones de tubería con un diámetro de 12.7-15.2 cm (5-6") junto con cables de control eléctrico e hidráulico. Es preferible que los dispositivos de conexión tengan la capacidad de desconectarse entre sí con un cierto esfuerzo debido a la tracción y con desviación angular relativamente grande, lo cual puede ser necesario para hacer posible que la desconexión se realice rápidamente en condiciones de mal clima. El arreglo de columna giratoria 60 comprende además válvulas de aislamiento controladas por accionador en cada conexión de tubería. De esta manera, las conexiones de tubería se pueden cerrar por medio de las válvulas de aislamiento en la boya así como por las válvulas de aislamiento en el arreglo de columna giratoria, lo que es necesario cuando se desconecta la boya. Las válvulas de aislamiento se describen adicionalmente enseguida con referencia a la Figura 4. Las conexiones de tubería en el arreglo de columna giratoria 60 conducen a una unidad de procesamiento, tanques de almacenamiento o similares en la embarcación por medio de otras conexiones de tubería 66, como se ilustra en la Figura le. Como se mencionó anteriormente, el arreglo de columna giratoria 60 comprende un cojinete de torreta 70, que proporciona rotación controlada del segundo dispositivo de conexión 62 y con ello la rotación de la boya 1. De preferencia, el cojinete de torreta 70 es accionado con motores hidráulicos (ver figuras 5 y 6) . La estructura de soporte 80 soporta el arreglo de columna giratoria 60 con relación a la embarcación. La estructura de soporte comprende una pluralidad de impulsores 82 que permiten que la estructura de soporte 80 con el arreglo de columna giratoria 60 se muevan lateralmente a lo largo de rieles en el compartimiento 2. Esto significa que el arreglo de columna giratoria 60 se pueda apartar de la boya cuando se requiere para conducir operaciones sobre ésta. Por supuesto, la estructura de soporte 80 puede estar asegurada a la embarcación cuando se han logrado las posiciones deseadas, asi se previene que ocurra algún movimiento no deseado. La estructura de soporte 80 también comprende un dispositivo de elevación para subir y bajar el arreglo de columna giratoria con respecto a la boya 1. Esto será evidente a partir de la siguiente descripción. Cuando la boya está acoplada al arreglo de columna giratoria 60, la estructura de soporte 80, el cojinete de torreta 70 y el segundo dispositivo de conexión 62 transfieren fuerzas de torsión desde la boya hacia la embarcación . El sistema de conexión preferentemente comprende un sistema de drenaje para retirar fluido en el sistema antes de desconectar la boya. Esta es una operación que se conduce después de que se cierran las válvulas de aislamiento en el arreglo de columna giratoria y la boya respectivamente. El sistema de drenaje 90 se ilustra en la figura 4. Aquí se muestran la válvula de aislamiento hidráulica 91 en el arreglo de columna giratoria y la válvula de aislamiento hidráulico 92 en la boya, cada una de ellas cierra la conexión de fluido entre la boya y la embarcación. El número de referencia 93 designa un tanque de nitrógeno conectado a la conexión de fluido para inyectar nitrógeno hacia la conexión de fluido a través de un canal de inyección. La válvula de inyección puede controlarse por medio de una válvula. El número de referencia 94 designa un acumulador de desecho conectado a la conexión de fluido para recolectar el fluido y el nitrógeno presionados de la conexión de fluido a través de un canal de escape debido a la inyección de nitrógeno. El canal entre la conexión de fluido y el acumulador se puede cerrar por medio de una válvula.

Ahora se describirá el uso del sistema de conexión de acuerdo a la invención. Como se mencionó anteriormente, se emplea un ROV para unir un alambre de tracción 20 al ojo de elevación 18. Un malacate jala el alambre de tracción 20 y la boya es guiada hacia el compartimiento de torreta/cabeza giratoria 2 (ver figura la) por medio de la abertura 52. El arreglo de bloqueo temporal 54 bloquea la boya a la embarcación, asi se hace posible que se retire el alambre de tracción 20. La cubierta 16 con el ojo de elevación 18 después se retiran (ver figura Ib) . La estructura de soporte 80 con el arreglo de columna giratoria 60 después se empujan a los lados, con el resultado de que el primero y el segundo dispositivos de conexión en la boya y el arreglo de columna giratoria respectivamente se ubican centralmente arriba de cada uno (ver figura le) . El segundo dispositivo de conexión en el arreglo de columna giratoria también se gira por medio del cojinete de torreta 70, con ello se obtiene la orientación correcta con respecto al primer dispositivo de conexión 14 en la boya. Después de que se ha logrado la orientación correcta y generalmente cualquier cosa que esté lista para la conexión, el arreglo de columna giratoria 60 se baja hacia la boya. El primer dispositivo de conexión 14 en la boya se conecta al segundo dispositivo de conexión 62 en el arreglo de columna giratoria y la conexión se prueba por compresión. Los cables de control, los cables de suministro de energía y las conexiones hidráulicas después se conectarán entre la boya y el arreglo de columna giratoria (ver figuras ld-lf ) . Se debe notar que las conexiones de tubería 68 también pueden estar conectadas en el exterior de los dispositivos de conexión 14, 62, como se ilustra en la figura lf. Estas conexiones de tubería pueden tener sus propios dispositivos de conexión hidráulica, o pueden ser de un diseño más simple. El arreglo de bloqueo temporal ahora está desacoplado, así se provoca que la boya esté suspendida en el arreglo de columna giratoria por medio de los dispositivos de conexión 14, 62. El sistema de conexión de acuerdo a la invención ahora está lista para utilizarse, y las válvulas se pueden abrir para transferir fluido, algunas señales de control y energía eléctrica o similar. Antes de que se lleve a cabo la desconexión, las conexiones de tubería siempre se drenarán de fluido por medio del sistema de drenaje 90, como se describe anteriormente . Durante una desconexión normal de la boya a partir del sistema de conexión, usualmente las etapas anteriores se llevarán a cabo en orden inverso. Durante una desconexión rápida, la cubierta 16 con el ojo de elevación 18 no estarán montados en la boya antes de que ésta se desconecte. En vez de esto, la boya se tirará hacia el agua después de que todo el equipo se desconecte, y la cubierta se montará bajo el agua por medio de un ROV. Se debe notar que las fuerzas y la torsión en la presente invención se transfieren a través de los dispositivos de conexión por medio de cojinete de torreta en el arreglo de columna giratoria a la embarcación. En la técnica anterior, el cojinete de torreta está integrado como una parte de la abertura 54 en la embarcación, lo cual requiere una mayor modificación de la embarcación que en la presente invención, en donde el cojinete de torreta está integrado en el arreglo de columna giratoria real. Por lo tanto, la presente invención logra mayor flexibilidad con respecto al tipo de embarcaciones u otras unidades de flotación sobre las cuales pueden estar montados, y la operación de montaje también será más barata .

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de conexión para conectar y desconectar una unidad de flotación hacia y desde una boya que está conectada a una instalación submarina, en donde la boya comprende un primer dispositivo de conexión para conectar tuberías y/o líneas para transferir fluido, señales de control y/o energía eléctrica entre la boya y la unidad de flotación; en donde el sistema de conexión comprende además: una estructura de soporte que es móvil lateralmente con relación a la unidad de flotación; un arreglo de columna giratoria montado moviblemente sobre la estructura de soporte, en donde el arreglo de columna giratoria comprende: un segundo dispositivo de conexión para conectarse al primer dispositivo de conexión en la boya; dispositivos de paro para abrir y cerrar al menos una de las tuberías y/o líneas en el primero y segundo dispositivos de conexión para conectar y desconectar la boya; y un cojinete de torreta para hacer girar la boya con respecto a la unidad de flotación.

2. Sistema de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un sistema de drenaje para retirar fluido en el sistema de conexión antes de desconectar la boya.

3. Sistema de conexión según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende además un arreglo de bloqueo temporal para el bloqueo temporal de la boya a una abertura de recepción en la unidad de flotación.

4. Sistema de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque las tuberías son tuberías para petróleo y/o gas u otros fluidos que tienen que transferirse desde una unidad de flotación hacia la costa, desde la costa hacia una unidad de flotación o entre unidades de flotación.

5. Sistema de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque las líneas son líneas de señales para transmitir señales eléctricas u otros tipos de señales, líneas de transmisión de energía para transmitir energía eléctrica, hidráulica/química u otros tipos de energía, o similares.

6. Sistema de conexión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el arreglo de columna giratoria puede subirse y bajarse con respecto a la estructura de soporte.

7. Sistema de conexión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primero y el segundo dispositivos de conexión son dispositivos de conexión de múltiples canales.

8. Sistema de conexión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de flotación está colocada al lado de la boya por medio de un sistema de posicionamiento dinámico.

9. Sistema de conexión según la reivindicación 8, caracterizado porque los datos de posicionamiento provenientes del sistema de posicionamiento se emplean con el fin de mantener la posición rotacional de la boya con respecto a la instalación submarina.

10. Sistema de conexión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un malacate con un alambre adaptado para el acoplamiento a un ojo de elevación en una cubierta protectora sobre la boya, para jalar la boya hacia la unidad de flotación.

11. Método para conectar una unidad de flotación a una boya que está conectada a una instalación submarina, para conectar tuberías y/o líneas para transferir fluido, señales de control y/o energía eléctrica entre la boya y la unidad de flotación, el método está caracterizado porque comprende las siguientes etapas: jalar la boya hacia una abertura en la unidad de flotación; bloquear temporalmente la boya a la embarcación; movimiento lateral de una estructura de soporte con un arreglo de columna giratoria, asi se coloca centralmente sobre la boya; conectar un segundo dispositivo de conexión en el arreglo de columna giratoria con un primer dispositivo de conexión en la boya; desconectar el arreglo de bloqueo temporal; abrir dispositivos de paro en la boya y el arreglo de columna giratoria, con el fin de iniciar la transferencia entre la boya y la unidad de flotación.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque la desconexión de la boya desde la unidad de flotación se realiza por las siguientes etapas: cerrar dispositivos de paro en la boya y el arreglo de columna giratoria; drenaje de las tuberías entre los dispositivos de paro por medio de un sistema de drenaje; conectar el arreglo de bloqueo temporal; desconectar el primero y el segundo dispositivos de bloqueo entre sí; desconectar el arreglo de bloqueo temporal con el fin de desacoplar la boya de la unidad de flotación.