BRPI1003096A2 - sistema flutuante para instalação ou retirada de equipamentos e estruturas submarinas - Google Patents

Abstract

SISTEMA FLUTUANTE PARA INSTALAçãO OU RETIRADA DE EQUIPAMENTOS E ESTRUTURAS SUBMARINAS. Esta invenção está relacionada a sistemas flutuantes (1), compostos por balsas e barcos, com arquitetura de casco em formato de U invertido; utilizados no transporte, instalação ou retirada, de estruturas e equipamentos submarinos (4) de grandes dimensões, tais como: manifolds, módulos de bombeamento, sistemas de separação; instalados no fundo do mar. Numa de suas concretizações esta invenção esta relacionada com um sistema flutuante (1), tipo balsa, dotado de casco no formato de U invertido, onde é apoiado e transportado uma ou mais estruturas ou equipamentos submarino, tanto em operações de instalação como retirada. Em outra concretização, é possível utilizar dois barcos de serviço (11) e (12), projetados e construídos para trabalharem independentemente ou conjuntamente e solidariamente, interligados por uma estrutura removível (13), resultando num sistema flutuante (1), único, com uma capacidade de carga dobrada e com maior disponibilidade de espaço para operações de transporte, descida ou recuperação de equipamentos submarinos (4) de grandes dimensões; além de otimização da tripulação embarcada. Tal sistema pode ainda ter uma estrutura removível (13) dotada de torre de perfuração e executar operações de início de poço e intervenções leves.

Description

SISTEMA FLUTUANTE PARA INSTALAÇÃO OU RETIRADA DE EQUIPAMENTOS E ESTRUTURAS SUBMARINAS

CAMPO DE INVENÇÃO

A presente invenção pertence ao campo de embarcações e sistemas flutuantes utilizados no transporte, instalação ou retirada, de equipamentos e estruturas submarinas de grandes dimensões, tais como: manifolds, módulos de bombeamento, sistemas de separação, trechos de linhas submarinas, coletores (risers), sistemas de ancoragem e sistemas de perfuração de poços.

ESTADO DA TÉCNICA

Novas descobertas de campos de petróleo em águas profundas são acompanhadas por dificuldades técnicas e complexidade das operações necessárias. Produzir estes campos requer a perfuração de diversos poços submarinos e instalação de dezenas de equipamentos e tubulações no fundo do mar. Muito destes equipamentos necessitam ser removidos periodicamente para manutenção ou substituição, e novas instalações são necessárias.

Modernamente, com a prospecção e produção em águas cada vez mais profundas, existe uma tendência em instalar grandes equipamentos no fundo do mar, tais como: árvores de natal molhada, coletores de fluxo (manifold), módulo de bombeamento, sistemas de separação, etc.

A demanda de serviços de instalação de estruturas e equipamentos submarinos é suprida basicamente por embarcações com contrato de longo prazo e contratações de oportunidade também conhecidas como mercado Spot. Em qualquer ramo industrial e em particular no ramo de instalações de equipamentos submarinos existem momentos de equilíbrio entre a procura e a demanda de equipamentos e serviços; e períodos de desequilíbrio por conta de recessões econômicas ou por crescimentos de mercado acima das expectativas. Isto provoca uma verdadeira guerra de preços, ora aviltados para baixo ora para cima, afetando todo planejamento e viabilidade econômica das atividades de desenvolvimento e instalação de novos sistemas de produção offshore.

A construção de poços submarinos e a instalação de grandes equipamentos no fundo do mar requerem a utilização de meios navais sofisticados e especializados tais como: Sondas marítimas e barcos especiais de elevação de carga e lançamento, dotados de grandes guindastes e guinchos com capacidade de centenas até milhares de toneladas; e sistemas de posicionamento dinâmico, conhecidos como DP.

Tais recursos navais apresentam alto custo e por vezes é difícil o nivelamento dos recursos disponíveis com o cronograma de intervenções e operações requeridas, razão pela qual existe grande interesse da utilização de embarcações de custo menor e com maior flexibilidade operacional, que possam executar uma maior diversidade de tarefas e operações distintas.

Atualmente existe uma grande frota de embarcações especiais para elevação de grandes cargas, acima de mil toneladas para instalação de módulos e convés de plataformas de produção. Existem também balsas convencionais que são utilizadas para transporte de equipamentos submarinos, para serem lançados no fundo do mar por diversos métodos de instalação, por exemplo: o método pendular de lançamento descrito nos pedidos de patente Pl 0306058-6 e Pl 0502113-8. Alguns desses métodos apresentam limitações já que somente são aplicáveis em operação de lançamento não sendo aplicáveis em operações de recuperação de módulos submarinos de grandes dimensões; e ainda alguns deles têm capacidade para transporte de um único equipamento por viagem.

Usualmente muitas das estruturas e equipamentos submarinos são transportados e lançados por embarcações dedicadas a operações de montagem de módulos e deck de plataformas. Além da capacidade de carga destes recursos navais ser muito superior ao peso destes equipamentos submarinos, o transporte dos mesmos é feito desnecessariamente muito acima da linha da água, sobre o convés das embarcações. Isto dificulta e encarece o lançamento ou recuperação de tais equipamentos submarinos na água, já que tais equipamentos devem ser elevados e movidos lateralmente sobre o convés ou verticalmente através de furos de passagem, conhecidos por moon pool. Tais procedimentos levam ao uso de embarcações de maior porte e conseqüentemente de maior custo. Além disso, durante a elevação de tais equipamentos podem ocorrer oscilações pendulares, indesejáveis e perigosas, devido ao movimento induzidos pelas ondas do mar. A operação de introdução e/ou retirada de tais equipamentos submarinos na água submete os mesmos a esforços consideráveis.

Assim, desenvolver novos conceitos de sistemas flutuantes, embarcações e métodos de instalação ou recuperação, que dispensem o uso de Sondas ou grandes barcos dedicados a operações de lançamento de cargas, mais flexíveis a diferentes tipos de operação e com custo menor é fundamental para o desenvolvimento de campos de petróleo em águas profundas.

Desta forma, é altamente desejável desenvolver novas concepções de sistemas flutuantes e embarcações de baixo custo e com alta flexibilidade operacional, de forma que as mesmas possam ser alocadas tanto em contratos de longo prazo como em contratos de oportunidade, com capacidade para executar uma ampla variedade de operações de instalação e intervenção em equipamentos submarinos.

Esta maior flexibilidade operacional acompanhada por um menor custo permite um melhor equilíbrio do mercado, estabilizando e tornando o mesmo mais previsível, tanto para os usuários como pelos prestadores de tais serviços.

Portanto o atual estado da arte ainda prescinde de tecnologias e soluções que reduzam o uso de sondas marítimas e embarcações sofisticadas de elevação de carga pesada. SUMARIO DA INVENÇÃO

A presente invenção está fundamentada no uso de sistemas flutuantes de transporte e instalação dotados de cascos no formato de U invertido, viabilizado por um casco único em U invertido ou pela obtenção do mesmo efeito por meio do uso de dois cascos distintos interligados por uma estrutura removível. O carregamento dos equipamentos submarinos a serem transportados é feita por baixo; podendo ser utilizadas balsa auxiliares para movimentação entre o cais e a embarcação e vice versa. Para evitar os riscos de oscilação de grandes pesos, o equipamento não é deslocado lateralmente quando estiver elevado; praticamente o equipamento somente é movimentado verticalmente dentro da água ou na superfície muito próximo da linha d'água.

Tal configuração facilita a introdução e retirada de equipamentos da água de modo vertical através de um guincho de alta capacidade de carga, minimizando os esforços, sobre o equipamento submarino, resultantes da ação do movimento das ondas do mar. Isto aumenta a segurança da operação e permite realização de tais trabalhos em condições de mar mais severas, aumentando a janela operacional ao longo do ano.

Numa primeira concretização esta invenção esta relacionada com um sistema flutuante, tipo balsa, com o casco dotado de um vazio, isto é um vão livre no formato de U invertido; que facilita as operações de carregamento, transporte, lançamento ou retirada de equipamentos do fundo do mar. Tal balsa pode ser removida da água para facilitar o carregamento do equipamento submarino; e posteriormente a mesma já carregada com o equipamento submarino ser lançada na água e rebocada até o local de instalação do equipamento submarino. O reboque pode ser feito, por exemplo: por uma embarcação posicionada dinamicamente (DP), simples, dotada de pelo menos um guincho para fazer a descida do equipamento até o fundo do mar.

Numa segunda concretização da presente invenção, variante da primeira, a balsa também com casco no formato de U invertido possui dimensões e capacidade para acomodar um número maior de equipamentos submarino. Desta forma, devido ao maior calado e peso, a mesma não é retirada da água e o carregamento dos equipamentos é feito por uma segunda balsa convencional menor que entra por debaixo do vão existente no casco da primeira ou alternativamente o carregamento é por uma trilho de acesso interligando o cais com a balsa devidamente posicionada. Após o carregamento dos equipamentos, caso tal balsa não disponha de sistema de propulsão, a mesma balsa é rebocada conjuntamente com um ou mais equipamento submarino, até a locação onde será executada a instalação dos equipamentos. Alternativamente, tal balsa pode ser dotada de guincho e outras facilidades de forma que a mesma possa fazer a descida de equipamentos submarinos

Uma terceira concretização da presente invenção utiliza dois barcos de serviço mono casco, projetados e construídos para operarem individualmente ou acoplados lateralmente um ao outro, através de uma grande estrutura; que similarmente as concretizações anteriores, possui um espaço vazio similar a um casco com formato de U invertido, removível, resultando num conjunto flutuante único, similar a um Catamarã.

O conjunto, composto pelas duas embarcações e tal estrutura de acoplamento, comporta-se como uma embarcação única com: capacidade de carga dobrada, maior estabilidade, movimentos atenuados e um convés mais espaçoso; resultando numa embarcação mais adequada para operações de transporte, descida ou recuperação de equipamentos submarinos de grandes dimensões. Tal embarcação pode ter dois sistemas de propulsão, um de cada embarcação, que poderão operar independentemente ou conjuntamente através de um sistema de controle interligado as duas cabines de comando. Sobre tal estrutura de acoplamento poderão ainda ser instalados equipamentos de manuseio de cargas e outros adicionais aos existentes nas duas embarcações, tais como: guinchos, guindastes e containeres em geral, sistema de guincho dotado de freio hidrodinâmico ou centrifugo. Pode ainda existir mais de um tipo de estrutura auxiliar, cada uma dedicada a determinado tipo de trabalho. Toda mobilização destas estruturas ocorre de forma paralela a outras operações das embarcações minimizando o tempo perdido para reconfiguração destas estruturas.

Nos períodos onde não existir serviços de lançamento de grandes equipamentos submarinos, tal estrutura de acoplamento poderá ser removida e tais embarcações voltarem a operar como embarcações independentes para outros serviços submarinos, tais como: inspeção submarina, lançamento de sistemas de ancoragem, trabalhos com ROV, etc. O conjunto composto pelas duas embarcações acopladas tem um custo menor do que um barco especializado de elevação de grandes cargas, além de poderem operar desacopladas como embarcação de serviço em geral, se adaptando melhor as necessidades de mercado.

O sistema flutuante, objeto das concretizações acima, pode ser utilizada na operação reversa de instalação, isto é retirada de equipamento do fundo do mar e seu transporte até zona portuária localizada no litoral.

Tal equipamento submarino será então retirado da água para local sêco onde será submetido a um trabalho de reparo e substituição de equipamentos falhos.

A invenção prove ainda um Método para instalação e/ou retirada de equipamentos do fundo do mar em operações Offshore que utiliza o dito sistema flutuante ou embarcação de transporte, lançamento ou recuperação vertical de equipamentos submarinos acondicionados por baixo do convés principal, com cascos em formato de U invertido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As Figuras 1A e 1B mostram esquematicamente uma estrutura flutuante com formato de U invertido, que pode transportar um ou mais equipamentos submarinos.

As Figuras 2A a 2E mostram a seqüência de uma primeira concretização, de um sistema flutuante, tipo balsa, que transporta um equipamento submarino até o local de sua instalação;

As Figuras 3A e 3B mostram detalhes, de uma segunda concretização, de um sistema flutuante, tipo balsa, que transporta um ou mais equipamentos submarinos até o local de sua instalação;

As Figuras 4A e 4B mostram detalhes, de uma terceira concretização, de um sistema flutuante composto por duas embarcações acopladas por uma estrutura removível, com sistema de navegação e controle integrado.

A Figura 5 mostra esquematicamente o sistema de controle e navegação da terceira concretização, isto é, duas embarcações acopladas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Esta invenção torna possível o transporte, lançamento e recuperação de equipamentos submarinos de grande porte como manifolds, sistemas de separação, módulos de bombeio, etc.

Adicionalmente esta invenção torna possível, na concretização de sistema flutuante dotado de propulsão, realizar o transporte, lançamento ou recuperação, de um ou mais equipamentos submarinos a partir de uma única embarcação.

Fazem parte da presente invenção um sistema flutuante, capaz de acomodar e transportar um ou mais equipamentos submarinos, de acordo com a identificação de seus componentes, baseado na descrição das Figuras abaixo.

Para todas as Figuras serão utilizadas a seguinte lista de referência de componentes:

1 - estrutura flutuante

2 - vigas de apoio móveis 3 - guincho

4 - estrutura ou equipamento submarino

5 - superfície do mar

6 - embarcação de reboque ou simplesmente rebocador

7 - guincho

8 - cabo de reboque

9 - cabo do guincho

10 - balsa auxiliar

11 - embarcação de serviço

12 - embarcação de serviço

13 - estrutura removível

14 - ponte rolante

15 - guindaste

16 - container

17 - sistema de controle e navegação

18 - sistema de controle e navegação

19 - sistema de comunicação

20 - solo terrestre

As Figuras 1A e 1B, através de desenhos em vistas em perspectiva e frontal, mostram esquematicamente uma estrutura flutuante (1), com formato de U invertido, obtida da construção de um mono casco com tal geometria ou pela construção de duas embarcações associadas por uma estrutura removível, de forma que tais embarcações podem trabalhar conjuntamente como uma única embarcação ou trabalharem independentemente com a desmontagem da estrutura removível. O vão, resultado do formato ou configuração em U, é preparado e dotado de vigas (2) e suportes, moveis, de forma a ser possível o carregamento e acomodação de um ou mais equipamentos submarinos (4) a serem instalados ou retirados do fundo do mar.

A Figura 2A mostra uma primeira concretização, onde um equipamento submarino (4) encontra-se apoiado em terra (3).

A Figura 2B mostra na seqüência uma estrutura flutuante (1), tipo balsa com formato de U invertido, retirada e fora da água (3), por exemplo: através de uma rampa inclinada não mostrada na Figura, carregada com o dito equipamento submarino (4).

A Figura 2C mostra a seqüência onde a estrutura flutuante (1) já carregada com o equipamento submarino (4) foi lançada na água (5), para ser rebocada por uma embarcação (6), tipo rebocador, através do cabo de reboque (8), até o local de instalação,

A Figura 2D mostra o equipamento submarino (4) sendo descido pelo próprio guincho (3) da estrutura flutuante (1).

A Figura 2E mostra uma alternativa ao método da Figura 2D, onde o equipamento (4) é descido para o fundo do mar através do cabo (9) operado pelo guincho (7) localizado na embarcação de reboque (6).

A Figura 2F mostra na seqüência o equipamento submarino (4) sendo descido pelo guincho (7).

As Figuras 3A e 3B mostram detalhes, de uma segunda concretização semelhante à primeira, dos principais componentes de um sistema flutuante, tipo balsa (8), que transporta um ou mais equipamentos submarinos (4) até o local de sua instalação. Nesta concretização o sistema flutuante (1), tipo balsa, não é retirada da água. O carregamento pode ser realizado através de uma segunda balsa de serviço (10), mais simples.

As Figuras 4A e 4B mostram detalhes, de uma terceira concretização, dos principais componentes de um sistema flutuante (1) composto por: duas embarcações mono casco (11) e (12), gêmeas (semelhantes), acopladas por uma estrutura removível (13). Tal conjunto tem o comportamento semelhante a uma embarcação única dotada de dois cascos, tipo Catamarã. O carregamento dos equipamentos submarinos (4) pode ser executado por balsa auxiliar (10) de modo semelhante ao da segunda concretização.

A estrutura removível (13) possui um convés onde podem ser apoiados equipamentos de manuseio e descida de equipamentos submarinos, tais como: guincho (3), ponto rolante (14), guindaste (15), containeres (16), etc. A estrutura removível (13) poderá ser totalmente rígida ou possuir algumas juntas móveis que permitam algum grau de liberdade entre os cascos das embarcações (11) e (12). Um par de embarcações pode ter mais de um tipo de estrutura removível (13), por exemplo: uma estrutura removível (13) dotada de uma torre de perfuração para execução de operações de inicio de poço e fases em poços aberto, sem BOP; e também operações de intervenção leve, denominadas Iight workover. Alterando-se a estrutura removível (13), o sistema flutuante composto pelas embarcações (11) e (12), poderá executar operações de lançamento e remoção de equipamentos submarinos. Retirando-se a estrutura removível (13), os dois barcos podem operar independentemente executando serviços diversos.

A Figura 5 mostra esquematicamente que cada embarcação mono casco (12) e (13) acoplada, da terceira concretização, possuem sistemas de controle e navegação, independentes, dotados de sistema de comunicação (19) de forma que é possível um sistema operar como escravo do outro, permitindo que a embarcação seja operada de uma única cabine de comando como se fosse uma única embarcação. Quando a estrutura removível (13) é retirada, ambas as embarcações voltam a trabalhar independentemente.

Para melhorar a eficiência de operação de manuseio, preparação, descida e subida do equipamento submarino e respectivas ferramentas, poderão ser adicionados elementos, tais como: sistema de polia com guincho duplo, etc.

É importante alertar que meramente para simplificar a descrição, o método de instalação e recuperação dos equipamentos submarinos não será descrito em detalhe, desde que os mesmos são bem conhecidos no estado da técnica, além disso, não fazem parte do sistema e método descrito por esta invenção.

Na descrição são apresentados alguns detalhes para permitir um melhor entendimento da presente invenção. Entretanto para especialistas na técnica de instalação e retirada de equipamentos submarinos em geral é perfeitamente possível o entendimento e a execução sem estes detalhes e que numerosas variações ou modificações das descrições são possíveis.

Claims (12)

1. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de estruturas e equipamentos submarinos (4), em operações offshore, dito sistema sendo composto por: - uma estrutura flutuante (1), tipo balsa, um casco único com formato de um U invertido ou com dois cascos acoplados por uma estrutura removível, dotada de um espaço vazio com capacidade para acomodar e transportar um ou mais equipamentos submarinos (4) apoiados sobre vigas (2) próximas a linha d'água e com acesso direto para o mar; de forma que é possível descer ou retirar, verticalmente, tais equipamentos na água, com pequena oscilação pendular, através de um guincho (3).

2. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o carregamento do equipamento em uma estrutura flutuante (1), tipo balsa, ser executado no seco; a partir de uma rampa para subida da estrutura flutuante (1) e em seguida descida da estrutura flutuante (1) já carregada com o equipamento submarino;

3. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o carregamento do equipamento submarino (4) na estrutura flutuante (1), ser executado em águas abrigadas com o uso de uma balsa auxiliar (10);

4. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o carregamento do equipamento submarino (4) ser executado através de um trilho de carregamento, com a estrutura flutuante (1) encostada em um píer.

5. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - a referida estrutura flutuante (1) ser dotada de sistema de propulsão, composto por motores e thrusters.

6. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), em operações offshore, dito sistema sendo caracterizado e composto por: - dois barcos de serviço, (11) e (12), projetados e construídos para trabalharem independentemente ou conjunta e solidariamente, interligados por uma estrutura removível, resultando numa estrutura flutuante (1) única com casco no formato de U invertido; com uma capacidade de carga dobrada e com maior disponibilidade de espaço para operações de transporte, descida ou recuperação de equipamentos submarinos (4) de grandes dimensões; além da otimização da tripulação embarcada; podendo ainda executar operações de perfuração de fases em poço aberto para o fundo do mar e intervenções leves em poços, conhecida por Iight workover.

7. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por: - a estrutura removível (13) possuir um convés onde podem ser instalados equipamentos auxiliares de movimentação de carga, tais como: guincho (3), ponte rolante (14), guindaste (15), contêineres (16), etc;

8. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por: - a estrutura removível (13) possuir um espaço embaixo do convés principal com acesso direto ao mar, onde podem ser carregados um ou mais equipamentos (4) apoiados sobre vigas deslizantes (2).

9. Um sistema flutuante para transporte, instalação e recuperação de equipamentos submarinos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por: - a estrutura flutuante (1) é composta por duas embarcações mono casco (11) e (12), gêmeas (semelhantes), acopladas por uma estrutura removível (13). - existir um sistema de telecomunicação (19) entre os sistemas de controle e navegação, (17) e (18), das duas embarcações. - o sistema de controle e navegação de cada embarcação, elementos (17) e (18), poder operar independente ou conjuntamente uma sendo mestre e o outro escravo, de modo que a navegação e operação pode ser comandada de uma única cabine de comando e controle.

10. Um Método de execução de transporte e descida de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por que o lançamento é feito a partir de guincho (3) residente na estrutura flutuante (1);

11. Um Método de execução de transporte e descida de equipamentos submarinos (4), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por que o lançamento é feito a partir de guincho (7) residente numa segunda embarcação de reboque (6);

12. Um Método de execução de recuperação e transporte de equipamentos submarinos (4), para terra, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por que a recuperação de um equipamento (4), residente no fundo do mar, é executada de forma reversa a operação de lançamento;