BRPI0405799B1

BRPI0405799B1 - Estaca torpedo com poder de garra aumentado e com abas para ancoragem permanente ou temporária de estruturas flutuantes e método de instalação

Info

Publication number: BRPI0405799B1
Application number: BRPI0405799-6A
Authority: BR
Inventors: José De Medeiros Junior Cipriano; Fernando Gomes De Carvalho Luiz
Original assignee: Petroleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2018-06-12
Also published as: NO20073698L; AU2005317937B2; EP1827956A1; MX2007007543A; EP1827956B1; BRPI0405799A; NO337738B1; US7878137B2; US20090038525A1; WO2006067410A1; AU2005317937A1

Abstract

"estaca torpedo com poder de garra aumentado para ancoragem de estruturas flutuantes e método de instalação". é descrita uma estaca torpedo (100) para ancoragem de estruturas flutuantes utilizadas na perfuração e produção de poços de petróleo e gás, a estaca (100) sendo constituída de um corpo afilado (1) dotado de aletas (20) e ponta (30) de cravação no solo, a extremidade superior do mesmo sendo dotada de pelo menos duas placas (2) providas de abas (3), ditas abas sendo capazes de provocar uma rotação em torno de articulações (4) quando for exercido um esforço de arrancamento no sistema. com a continuidade do esforço de arrancamento, as placas (2) continuarão a girar até uma configuração final, quando atingem os pontos de contato (6) de batentes (5). a estaca (100) contempla uma modalidade para ancoragem permanente e outra para ancoragem temporária. o método de instalação das duas modalidades também é descrito.

Description

(54) Título: ESTACA TORPEDO COM PODER DE GARRA AUMENTADO E COM ABAS PARA ANCORAGEM PERMANENTE OU TEMPORÁRIA DE ESTRUTURAS FLUTUANTES E MÉTODO DE INSTALAÇÃO (51) Int.CI.: B63B 21/50 (73) Titular(es): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS (72) Inventor(es): CIPRIANO JOSÉ DE MEDEIROS JUNIOR; LUIZ FERNANDO GOMES DE CARVALHO

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ESTACA TORPEDO COM PODER DE GARRA AUMENTADO E COM ABAS PARA ANCORAGEM PERMANENTE OU TEMPORÁRIA DE ESTRUTURAS FLUTUANTES E MÉTODO DE INSTALAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção pertence ao campo dos equipamentos para ancoragem com carga vertical de estruturas flutuantes utilizadas na perfuração e produção de poços de petróleo e gás, mais especificamente ao campo dos equipamentos para ancoragem dessas estruturas utilizando o conceito de estaca de queda livre para cravação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] US 3,187,705 e US3,291,092 descrevem uma âncora de barco com um eixo internamente montado para penetrar no fundo do oceano.

[003] A ancoragem com carga vertical de estruturas flutuantes para perfuração e produção de petróleo é feita através de âncoras tipo VLA (Vertical Load Anchor), estruturas de gravidade, placas, estacas cravadas ou estacas perfuradas e cimentadas.

[004] As estacas cravadas são instaladas por bate-estacas, por jateamento ou por um sistema de sucção aplicável a estacas curtas de grande seção transversal. Esses sistemas de cravação exigem, geralmente, equipamentos especiais nas operações de instalação das estacas, ou, no caso das âncoras tipo VLA, é necessário uma grande área livre no fundo para cravação por arraste.

[005] O sistema de cravação de estacas de menor custo atualmente disponível é o de queda livre, objeto da patente brasileira PI-9603599-4, de propriedade da Requerente e aqui integralmente incorporada como referência, denominada Estaca Torpedo. Essa patente refere-se a uma estaca para ancoragem de estruturas flutuantes em águas profundas e ultra-profundas constituída basicamente de um corpo alongado, a extremidade inferior do qual é provida de uma ponteira afilada enquanto a extremidade superior é provida de um disco de fechamento. O corpo da estaca apresenta aletas verticais

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2/6 próximo ao topo. O interior do corpo da estaca é preenchido com material de alto peso específico, distribuído de forma que o centro de gravidade da estaca fique situado bem abaixo do centro de flutuação da mesma. A estaca é instalada utilizando a energia potencial gerada pela queda livre da mesma a partir de uma embarcação para garantir a penetração da mesma no solo marinho.

[006] Apesar dos desenvolvimentos propostos, a técnica ainda necessita de uma estaca para ancoragem de estruturas flutuantes empregadas na exploração de poços de petróleo e gás com poder de garra aumentado, a estaca sendo instalada no fundo do mar por queda livre e onde o poder de garra aumentado é proveniente de placas articuladas adaptadas à parte superior do corpo da mesma, tal estaca sendo descrita e reivindicada no presente pedido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] De um modo amplo, a invenção se refere a uma Estaca Torpedo com poder de garra aumentado para ancoragens com cargas verticais a ser utilizada em poços de perfuração e produção de petróleo e gás, constituída de um corpo afilado terminado em ponta para cravação no solo, que compreende, na modalidade da Estaca destinada a ancoragem permanente, aletas verticais ao longo do dito corpo afilado, e onde:

a extremidade superior do dito corpo é dotada externamente, de pelo menos duas placas móveis articuladas providas de abas, ditas abas sendo capazes de provocar rotação em torno de articulações quando for exercido esforço de arrancamento no sistema, até que ao final do esforço de arrancamento, as placas atingem pontos de contato de batentes, pelo que a dita Estaca é cravada no solo marinho com poder de garra aumentado. [008] E na modalidade da Estaca Torpedo com poder de garra aumentado para ancoragens temporárias com cargas verticais, esta compreende, adicionalmente:

internamente, um cilindro móvel, dito cilindro estando em comunicação com ditos batentes através de aberturas da parede do corpo, de modo que na

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3/6 operação de retirada da dita Estaca dito cilindro móvel é deslocado para cima com auxílio de um cabo conectado ao topo do mesmo, e os batentes se deslocam para o interior do corpo até que as placas se tornam paralelas ao corpo da Estaca.

[009] Assim, a invenção provê uma Estaca Torpedo para ancoragens com cargas verticais, em que abas formadas em placas provocam rotação em torno de articulações quando é exercido esforço de arrancamento no sistema até atingir pontos de contato de batentes, resultando em poder de garra aumentado.

[010] A invenção provê também uma Estaca Torpedo com poder de garra aumentado para ancoragens permanentes com cargas verticais.

[011] A invenção provê ainda uma Estaca Torpedo com poder de garra aumentado para ancoragens temporárias com cargas verticais cujo uso envolve a cravação e retirada do solo marinho da dita Estaca.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [012] A FIGURA 1 anexa ilustra uma modalidade da invenção utilizada para ancoragem permanente. A FIGURA 1A ilustra a Estaca com as abas fechadas. A FIGURA 1B ilustra a Estaca com as abas abertas.

[013] A FIGURA 2 anexa ilustra uma modalidade da invenção utilizada para ancoragem temporária. A FIGURA 2A ilustra a Estaca com as abas fechadas enquanto a FIGURA 2B ilustra a Estaca com as abas abertas.

[014] A FIGURA 3 anexa ilustra o processo de retirada da Estaca do fundo do mar aplicável na situação de ancoragem temporária. A FIGURA 3A ilustra o início da cravação da Estaca, com as abas fechadas e voltadas para cima. A FIGURA 3B ilustra o início do processo de retirada da estaca com o deslocamento do cilindro móvel para cima. A FIGURA 3C ilustra a estaca durante o processo de retirada com as abas fechadas e voltadas para baixo. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS [015] A invenção utiliza o conceito de estaca de queda livre para cravar a Estaca Torpedo dotada de um sistema de placas articuladas, visando

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4/6 aumentar o poder de garra da Estaca Torpedo para ancoragens com cargas verticais.

[016] A Estaca Torpedo, geralmente designada pelo numeral (100), é dotada de aletas (20), em geral quatro, diametralmente opostas, destinadas a aumentar o poder de garra da Estaca.

[017] Uma das modalidades da invenção está ilustrada nas Figuras 1A e 1B.

[018] A Estaca (100) conforme esta modalidade é destinada a uma ancoragem permanente, a Estaca permanecendo no fundo do mar.

[019] Conforme ilustrado nas Figuras 1A e 1B, a Estaca (100) é constituída de um corpo afilado (1), com a extremidade inferior dotada de ponta afunilada (30) e a extremidade superior dotada de placas (2) providas de abas (3), ditas abas sendo capazes de provocar uma rotação em torno de articulações (4) quando for exercido um esforço de deslocamento vertical ou arrancamento no sistema. Com a continuidade do esforço de arrancamento, as placas (2) continuarão a girar até uma configuração final, quando atingem os pontos de contato (6) de batentes (5).

[020] Na configuração da Figura 1, os batentes (5) são fixos, dispostos no corpo (1) da Estaca.

[021] Já na configuração da Figura 2 os batentes (5) são dispostos nas placas móveis (2).

[022] O topo da extremidade superior da Estaca (100) é dotado de um olhal (11) ao qual uma amarra (10) pode ser adaptada.

[023] O olhal (11) tem uma configuração tal que permite que seja exercida tração em qualquer direção, e não somente na direção vertical como os olhais do estado da técnica. Adicionalmente, a base do olhal (11) possui uma abertura (12) tal que permite a montagem de uma manilha (13) com o contato entre a alça do olhal (11) e a harpa da manilha (13).

[024] O método de instalação da Estaca (100) para a modalidade de ancoragem permanente ilustrada na Figura 1 compreende lançar a dita Estaca

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5/6 a partir de um rebocador, a Estaca sendo descida por cabos ou outro dispositivo e depois deixada cair para ser cravada por gravidade, conforme descrito na patente brasileira citada acima PI 9603599-4. Para atingir o poder de garra aumentado, após a cravação da Estaca (100) é efetuado um pequeno deslocamento vertical ou arrancamento na mesma de modo a fazer atuar as abas (3) das placas (2), as abas provocando uma rotação em torno de articulações (4); com a continuidade do deslocamento vertical, as placas (2) continuarão a girar até uma configuração final, quando atingem os pontos de contato (6) de batentes (5).

[025] Uma outra modalidade da invenção é destinada a uma Estaca (100) que é cravada e depois retirada do fundo do mar. Esta modalidade, destinada a ancoragem temporária, está ilustrada na Figura 2A e 2B.

[026] Assim, para permitir a retirada da Estaca (100), caso necessário, os pontos de contato (6) para os batentes (5), são localizados em um cilindro móvel (7) instalado no interior do corpo (1) da Estaca (100). Os batentes (5), que neste caso são fixados nas placas (2) como ilustrado na Figura 2A e 2B, atingem o cilindro móvel (7) após atravessar as aberturas (8) da parede do corpo (1) da Estaca (100).

[027] Antes da operação de retirada da Estaca (100) do solo com auxílio de amarra (10) conectada a um olhal (11) e acionada pelo equipamento flutuante de instalação, o cilindro móvel (7) é deslocado para cima através de um cabo (9) conectado no topo do mesmo, que pode ser acionado pelo equipamento flutuante de instalação ou por um veículo operador de controle remoto (ROV).

[028] Essa operação permite que os batentes (5) se desloquem para o interior do corpo (1) da Estaca (100) até que as placas (2) fiquem paralelas ao corpo (1). Nesta posição, a área de reação ao arrancamento das placas (2) do corpo (1) é a mesma que existia por ocasião da cravação.

[029] A seqüência dessa operação de retirada da Estaca (100) do solo é mostrada nas Figuras 3A, 3B e 3C.

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6/6 [030] O método de instalação da Estaca (100) para ancoragem temporária ilustrado na Figura 2A e 2B compreende, após a cravação por gravidade, deslocar o cilindro móvel (7) para cima através de um cabo (9) conectado no topo do mesmo, de modo a deslocar os batentes (5), ditos batentes atingindo o cilindro móvel (7) após atravessar as aberturas (8) para o interior do corpo (1) até que as placas (2) fiquem paralelas ao corpo (1) de modo a permitir a retirada da dita Estaca.

[031] Deve ficar claro para os especialistas que embora as Figuras ilustrem Estacas (100) onde foram instaladas duas placas móveis (2) em uma mesma seção, um número adicional de placas pode ser instalado em uma mesma seção ou em várias seções transversais ao longo do corpo (1) da Estaca (100), preferencialmente distribuídas de forma simétrica.

[032] A utilização do sistema aqui proposto, na ancoragem das estruturas flutuantes de perfuração e produção de petróleo, pode representar uma redução considerável nos custos de instalação dessas estruturas, considerando que são utilizados elementos de baixo custo e de fácil manuseio. [033] As Estacas tipo torpedo do tipo descrito no presente pedido são úteis na ancoragem tipo “taut leg”, que requer resistência ao arrancamento, ou na ancoragem convencional, quando a presença de poços de petróleo ou linhas de escoamento impedirem a instalação de âncoras de arraste.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estaca Torpedo com poder de garra aumentado para ancoragens com cargas verticais a ser utilizada em poços de perfuração e produção de petróleo e gás, constituída de um corpo afilado (1) e onde a extremidade do dito corpo é dotada de ponta (30) para cravação no solo marinho, dita Estaca sendo caracterizada por que compreende aletas verticais (20) ao longo do corpo afilado (1), e onde a extremidade superior do dito corpo (1) é dotada externamente, de pelo menos duas placas (2) móveis articuladas providas de abas (3), ditas abas (3) sendo capazes de provocar rotação em torno de articulações (4) quando for exercido esforço de arrancamento no sistema, até que ao final do esforço de arrancamento, as placas (2) atingem pontos de contato (6) de batentes (5). E na ancoragem temporária, a parte superior da mesma compreende adicionalmente internamente, um cilindro móvel (7) em comunicação com ditos batentes (5), de modo que na operação de retirada da dita Estaca, dito cilindro móvel (7) é deslocado para cima com auxílio de um cabo (9) conectado ao topo do mesmo, e os batentes (5) se deslocam para o interior do corpo (1) após atravessar as aberturas (8) e atingir dito cilindro móvel (7), até que as placas (2) se tornam paralelas ao corpo (1) da dita Estaca para que a Estaca seja retirada do solo marinho.
2. Estaca Torpedo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por que os batentes (5) são fixados no corpo (1).
3. Estaca Torpedo de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por que os batentes (5) são fixados nas placas (2).
4. Estaca Torpedo de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizada por que a extremidade superior da mesma é dotada de olhal (11) para adaptação a amarras (10).
5. Estaca Torpedo de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por que o olhal (11) tem uma configuração tal que permite que seja tracionado em qualquer direção.

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6. Estaca Torpedo de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por que a base do olhal (11) possui uma abertura (12) tal que permite a montagem da manilha (13) com o contato entre a alça do olhal (11) e a harpa da manilha (13).
7. Estaca Torpedo de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizada por que um número adicional de placas (2) é instalado em uma mesma seção ou em várias seções transversais ao longo do corpo (1) da dita Estaca.
8. Estaca Torpedo de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as placas (2) estão distribuídas de forma simétrica ao longo do corpo (1).
9. Estaca Torpedo de acordo com as reivindicações 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizada por que é utilizada na ancoragem tipo “taut leg”.
10. Estaca Torpedo de acordo com as reivindicações 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizada por que é utilizada na ancoragem convencional, quando a presença de poços de petróleo ou linhas de escoamento impedirem a instalação de âncoras de arraste.
11. Método de instalação da Estaca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que compreende, para ancoragem permanente com poder de garra aumentado, após a cravação.

- efetuar um leve deslocamento vertical ou arrancamento na mesma de modo a fazer atuar as abas (3) das placas (2), as abas provocando uma rotação em torno de articulações (4), de modo que com a continuidade do deslocamento vertical, as placas (2) continuarão a girar até uma configuração final, quando atingem os pontos de contato (6) de batentes (5).

- deslocar o cilindro móvel (7) para cima através de um cabo (9) conectado no topo do mesmo, de modo a deslocar os batentes (5), ditos batentes atingindo o cilindro móvel (7) após atravessar as aberturas (8) para o interior do corpo (1) até que as placas (2) fiquem paralelas ao corpo (1) de modo a permitir a retirada da dita Estaca.

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