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.