BR102012028501A2

BR102012028501A2 - Tensor e método

Info

Publication number: BR102012028501A2
Application number: BR102012028501-0A
Authority: BR
Inventors: Bulent Aksel; Chijie Lin; Joseph William Pallini Jr; Philip John Potter; Steven Matthew Wong
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-03-18
Also published as: AU2012244317B2; NO20121211A1; NO344920B1; AU2012244317A1; MY163390A; BR102012028501B1; US20130115012A1; US8882394B2; SG190515A1

Abstract

TENSOR E MÉTODO Trata-se de um acoplador que tem dois graus de liberdade axial que acopla um cilindro hidropneumático a um anel de tensor de um tensor do riser montado em uma plataforma. Um poste que se estende ao longo de um eixo geométrico do cilindro e uma camisa intermediária são dispostos em volta do poste para formar um espaço anular de poste. Uma camisa externa é fixada ao anel de tensor e define uma cavidade em que o poste e a camisa intermediária são inseridos de modo que um espaço anular seja formado entre a camisa e a camisa externa. A camisa externa é acoplada à camisa intermediária de modo que a camisa externa possa se articular no acoplamento entre a camisa externa e a camisa intermediária em relação à camisa intermediária. A camisa intermediária é acoplada ao poste de modo que a camisa intermediária possa se articular no acoplamento entre a camisa intermediária e o poste em relação ao poste.

Description

“TENSOR E MÉTODO"

O pedido reivindica o benefício de e prioridade ao Pedido de

Patente Provisório n° U.S. 61/557.231, depositado em 8 de novembro de 2011, intitulado “Tensioner Cylinder Connections with Multiaxial Degrees of Freedom” para Aksel, et al., em que o pedido é incorporado ao presente por referência em sua totalidade.

e, em particular, a um tensor de impulsão para cima que acomoda a inclinação do riser com conexões de cilindro de tensor com graus multiaxiais de liberdade.

produção a partir de poços de petróleo ou gás que se estendem à plataforma a partir de poços submarinos. Para plataformas que são fixadas ao leito do oceano, isso é prontamente concluído e é bem conhecido na técnica. Entretanto, para completação submarina em águas profundas que exige o uso de plataformas flutuantes, tal como plataformas de perna de tensão (TLPs) ou plataformas semissubmersíveis, suportar os risers apresenta problemas significativos. Essas plataformas se movem sob a influência de ondas, vento e correntes e são sujeitas a várias forças. Assim, o mecanismo de tensionamento do riser deve permitir que a plataforma se mova relativamente ao riser.

riser em tensão de modo que o peso todo do riser não seja transferido à cabeça de poço e de modo que o riser não colapse sob seu próprio peso. O mecanismo de tensionamento deve, portanto, exercer uma força tensora contínua no riser. Também, essa força deve ser mantida em uma tolerância estreita.

Antecedente da Invenção Campo da Invenção

A presente invenção refere-se, em geral, a tensores do riser marinhos

Breve Descrição da Técnica Relacionada

Plataformas de produção em alto mar devem suportar risers de

O mecanismo de tensionamento do riser também deve manter o

Os tensores de impulsão para cima têm diversas vantagens em aplicações submarinas, uma é que o tensor acomoda cargas mais altas em um espaço menor sobre outros tipos de tensores. Isto é, em parte, pois os tensores de impulsão para cima usam uma extremidade do pistão mais eficaz e não exige um dispositivo de tração de tensão na conexão da extremidade. Adicionalmente, a pressão nos tensores de impulsão para cima não age no lado da haste do cilindro. Onde os mares são agitados, e a plataforma flutuante experimenta alto alcance de movimento vertical, os tensores de impulsão para cima podem acomodar melhor o movimento vertical. Adicionalmente, o uso de um tensor de impulsão para cima pode minimizar os efeitos corrosivos do 10 ambiente de água salgada em que os mesmos devem operar, pois as vedações de alta pressão do tensor não são localizadas adjacentes à atmosfera e são isoladas de detritos e fluidos cáusticos.

TLPs fornecem plataformas de perfuração estáveis em águas mais profundas. Em TLPs, pernas de tensão se estendem a partir da plataforma para 15 baixo para uma âncora localizada no leito do mar. As pernas de tensão são relativamente inelásticas, o que significa que muito do movimento vertical da plataforma é eliminado. TLPs permitem que a localização do conjunto de cabeça de poço seja na superfície ao invés de no leito do mar. Um riser tipicamente se estenderá a partir do conjunto de cabeça de poço para baixo ao leito do mar. 20 Essa instalação permite que a completação de poço seja mais simples e melhor controle de produção. Entretanto, em TLPs o riser pode inclinar a partir da vertical em relação ao TLP. A quantidade de inclinação do riser a partir da vertical não é estática e varia com tempo durante as operações.

Embora o uso de ambos os tipos de tensores de impulsão para cima do tipo RAM e TLPs seja desejado, por causa da inclinação do riser que varia, tensores de impulsão para cima do tipo RAM construídos até o momento não são atualmente adequados para usar com as TLPs. Em sistemas de RAM anteriores, os cilindros permanecem em linha com o riser, o que permite um espaçamento pequeno dos risers. Portanto, há uma necessidade de um tensor de riser de impulsão para cima que possa inclinar com o riser para usar em uma TLP.

Descrição Resumida da Invenção Esses e outros problemas são geralmente solucionados ou contornados, e vantagens técnicas são geralmente atingidas, pelas realizações preferenciais da presente invenção que fornecem um tensor de impulsão para cima que acomoda a inclinação do riser com conexões de cilindro de tensor com graus multiaxiais de liberdade.

De acordo com uma realização da presente invenção, um tensor para manter uma força de tensão em um riser que tem um eixo geométrico e que se estende a partir de um conjunto de cabeça de poço submarino através de uma abertura em um convés da plataforma flutuante é revelado. O tensor inclui um anel de tensor acoplado ao riser, e uma pluralidade de cilindros hidropneumáticos, sendo que cada um tem pelo menos um acoplador flexível em uma extremidade para acoplar os cilindros entre o convés e o anel de tensor. Cada acoplador flexível inclui um membro inferior acoplado ao cilindro, um membro intermediário acoplado de modo articulado ao membro inferior por um primeiro pino, e um membro superior acoplado de modo articulado ao membro intermediário por um segundo pino. O primeiro pino e o segundo pino são espaçados um do outro e perpendiculares entre si, de modo que o membro superior possa se articular no segundo pino em relação ao membro intermediário e o membro inferior possa se articular no primeiro pino em relação ao membro intermediário.

De acordo com outra realização da presente invenção, um tensor para manter uma força de tensão em um riser que tem um eixo geométrico e 25 que se estende a partir de um conjunto de cabeça de poço submarino através de uma abertura em um convés da plataforma flutuante é revelado. O tensor inclui um anel de tensor acoplado ao riser e uma pluralidade de cilindros hidropneumáticos, sendo que cada um tem pelo menos um acoplador flexível em uma extremidade para acoplar os cilindros entre o convés e o anel de tensor. Cada acoplador flexível que fixa os cilindros ao anel de tensor inclui um poste que se estende ao longo de um eixo geométrico do cilindro e uma camisa intermediária disposta em volta do poste para formar um espaço anular de poste. O acoplador flexível também inclui uma camisa de anel de tensor fixada ao anel de tensor e que define uma cavidade em que o poste e a camisa intermediária são inseridos de modo que um espaço anular seja formado entre a camisa e a camisa de anel de tensor. A camisa de anel de tensor é acoplada à camisa intermediária de modo que a camisa de anel de tensor possa se 10 articular no acoplamento entre a camisa de anel de tensor e a camisa intermediária em relação à camisa intermediária. A camisa intermediária é acoplada ao poste de modo que a camisa intermediária possa se articular no acoplamento entre a camisa intermediária e o poste em relação ao poste.

De acordo com ainda outra realização da presente invenção, um tensor para manter uma força de tensão em um riser que tem um eixo geométrico e que se estende a partir de um conjunto de cabeça de poço submarino através de uma abertura em um convés da plataforma flutuante é revelado. O tensor inclui um anel de tensor acoplado ao riser, e uma pluralidade de cilindros hidropneumáticos, sendo que cada um tem pelo menos um acoplador flexível em uma extremidade para acoplar os cilindros entre o convés e o anel de tensor. Cada acoplador flexível inclui um adaptador de cilindro acoplado a uma extremidade do cilindro e que tem dois postes que se estendem a partir do adaptador de cilindro opostos ao cilindro, um pivô interno posicionado entre os postes do adaptador de cilindro, sendo que o primeiro pino passa através das extremidades superiores do poste e de uma extremidade superior do pivô interno, e um conjunto de trava de adaptador que tem dois dentes que se estendem a partir de um membro de base e uma protuberância que se estende a partir do membro de base oposto aos dentes, o segundo pino passa através das extremidades dos dentes opostos ao membro de base e uma porção inferior do pivô interno. O primeiro pino e o segundo pino são espaçados um do outro e perpendiculares entre si de modo que o adaptador de cilindro posa se articular no primeiro pino em relação ao pivô interno e o conjunto de trava de adaptador pode se articular no segundo pino em relação ao pivô interno.

De acordo com outra realização da presente invenção, um acoplador que tem dois graus de liberdade axial para acoplar um cilindro hidropneumático a um anel de tensor para um tensor configurado para manter uma força de tensão em um riser que tem um eixo geométrico e que se 10 estende a partir de um conjunto de cabeça de poço submarino através de uma abertura em um convés da plataforma flutuante é revelado. O acoplador inclui uma placa de cilindro fixada ao cilindro que tem um poste que se estende ao longo de um eixo geométrico da placa de cilindro oposta ao cilindro e uma camisa intermediária disposta em volta do poste para formar um espaço anular 15 de poste. O acoplador também inclui uma camisa de anel de tensor fixada ao anel de tensor e que define uma cavidade em que o poste e a camisa intermediária são inseridos de modo que um espaço anular seja formado entre a camisa e a camisa de anel de tensor. A camisa de anel de tensor é acoplada á camisa intermediária de modo que a camisa de anel de tensor possa se 20 articular no acoplamento entre a camisa de anel de tensor e a camisa intermediária em relação à camisa intermediária. A camisa intermediária é acoplada ao poste de modo que a camisa intermediária possa se acoplar no acoplamento entre a camisa intermediária e o poste em relação ao poste.

De acordo com ainda outra realização da presente invenção, um método para aplicar tensão a um riser que se estende através de um convés de uma plataforma flutuante em alto mar é revelado. O método monta um conjunto de tensor que tem uma pluralidade de cilindros hidropneumáticos entre o convés e o riser, e fornece um acoplamento articulado entre uma extremidade de cada cilindro e um anel de tensor montado ao riser. O acoplamento articulado inclui montar um poste a uma extremidade do cilindro e posicionar uma camisa em torno do poste de modo que o poste e a camisa sejam coaxiais ao redor de um eixo geométrico do poste. O método acopla a camisa ao poste de modo que a camisa rode em um primeiro eixo geométrico em relação ao poste. O método posiciona uma camisa de anel de tensor ao redor da camisa de modo que a camisa seja disposta dentro de uma cavidade do acoplador e acople a camisa de anel de tensor à camisa e ao poste de modo que a camisa de anel de tensor rode em um segundo eixo geométrico em relação ao poste. O método monta um 10 anel de tensor a uma bossa do acoplador oposto ao poste e em resposta ao movimento relativo entre um riser acoplado ao anel de tensor e uma plataforma, o método articula o cilindro no primeiro e segundo eixos geométricos.

Uma vantagem de uma realização preferencial é que a mesma fornece um tensor de riser de impulsão para cima que pode acomodar grandes 15 cargas em uma plataforma de perna de tensão (TLP) com o uso de um acoplador com múltiplos graus rotacionais de liberdade no acoplamento do cilindro com o anel de tensor. Adicionalmente, as realizações reveladas são menos propensas a questões de corrosão devido a sua localização acima do convés da plataforma de perna de tensão ao invés de abaixo. Isso também 20 reduz a necessidade para estrutura de convés adicional para suportar o tensor do riser. As realizações reveladas também eliminam a acumulação de pressão alta enquanto usa um menor número de cilindros.

Breve Descricão das Figuras Para que a maneira em que os atributos, vantagens e objetos da invenção, assim como outros que se tornarão aparentes, sejam atingidos, e possam ser entendidos em mais detalhes, uma descrição mais particular da invenção brevemente resumida acima pode ser tida por referência às realizações da mesma que são ilustradas nos desenhos anexados que formam uma parte deste relatório descritivo. Deve-se observar, entretanto, que os desenhos ilustram somente uma realização preferencial da invenção e não devem, portanto, ser considerados Iimitantes de seu escopo já que a invenção pode admitir outras realizações igualmente eficazes.

A Figura 1 é uma vista seccional de um conjunto de tensor do riser de acordo com uma realização da presente invenção.

A Figura 2 é um vista em corte de um conector de cilindro do conjunto de tensor do riser da Figura 1.

A Figura 3A é uma vista secional não articulada do conector de cilindro da Figura 2 considerada ao longo da linha 3—3.

A Figura 3B é uma vista secional articulada do conector de cilindro da Figura 3.

A Figura 4A é uma vista secional não articulada do conector de cilindro da Figura 2 considerada ao longo da linha 4—4.

A Figura 4B é uma vista secional articulada do conector de

cilindro da Figura 4A.

A Figura 5 é um conector de cilindro alternativo do conjunto de tensor do riser da Figura 1.

Descricão Detalhada da Realização Preferencial A presente invenção será descrita agora mais completamente

doravante no presente documento com referência aos desenhos anexados que ilustram as realizações da invenção. Esta invenção pode, entretanto, ser corporificada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às realizações ilustradas estabelecidas no presente documento. Ao 25 invés, essas realizações são fornecidas de modo que esta revelação seja minuciosa e completa, e transmitirá completamente o escopo da invenção para aqueles versados na técnica. Números semelhantes se referem a elementos semelhantes ao todo, e a notação principal, se usada, indica elementos similares em realizações alternativas.

Na discussão a seguir, numerosos detalhes específicos são estabelecidos para fornecer um entendimento minucioso da presente invenção. Entretanto, será óbvio para aqueles versados na técnica que a presente invenção pode ser colocada em prática sem tais detalhes específicos. Adicionalmente, para a maior parte, detalhes a respeito de perfuração de poço, operações de assentamento e similares foram omitidos na medida em que tais detalhes não são considerados necessários para obter um entendimento completo da presente invenção, e são considerados dentro das habilidades de 10 pessoas versadas na técnica relevante.

Referindo-se à Figura 1, um conjunto de tensor do riser 11 fornece tensão a um riser 13 que tem sua extremidade inferior fixada ao equipamento submarino tal como um conjunto de cabeça de poço submarino (não mostrado). O conjunto de tensor do riser 11 tem uma posição de 15 tensionamento nominal, mostrado na Figura 1. O riser 13 se estende para cima através de uma abertura 15 em um convés 17 de uma embarcação (não mostrada). Embora ancorado, tipicamente o convés 17, isto é, a embarcação, se moverá em relação ao riser 13 em resposta ao movimento de onda e corrente. Uma pluralidade de cilindros 19 é suprida com gás e fluido hidráulico 20 sob pressão para fornecer uma força para cima ao riser 13 para manter uma tensão uniforme no riser 13 à medida que o convés 17 se move em relação ao riser 13. Em uma realização exemplificativa, seis cilindros 19 podem ser dispostos em distâncias iguais em torno do riser 13. Uma pessoa versada na técnica entenderá que mais ou menos cilindros 19 podem ser usados.

Uma extremidade inferior 35 de cada cilindro 19 se acopla ao

convés 17 e uma extremidade superior 33 se acopla a um anel de tensor 21. O anel de tensor 21 é um objeto anular semelhante a um disco que pode se prender ao riser 13 de modo que o anel de tensor 21 seja coaxial a um eixo geométrico 39 que passa através do riser 13. O anel de tensor 21 também pode se rosquear em um riser 13 ou uma junta de tensor do riser conforme descrito em mais detalhes abaixo. Uma pessoa versada na técnica entenderá que o riser 13 pode se referir à extensão do riser completa entre a cabeça de poço e a sonda de perfuração ou uma junta de tensor do riser acoplada em linha com o riser completo próximo ao conjunto de tensor do riser 11.

As extremidades inferiores 35 dos cilindros 19 são colocadas de modo circunferencial em torno da abertura 15. Na realização ilustrada, a extremidade inferior 35 de cada cilindro 19 é acoplada perto de uma borda da 10 abertura 15, de modo que o diâmetro de um círculo que tem uma borda que passa através de cada localização de acoplamento de extremidade inferior de cada cilindro 19 será maior que o diâmetro do anel de tensor 21. Dessa maneira, o conjunto de tensor do riser 11 não tombará na inclinação máxima esperada do riser 13. Uma pessoa versada na técnica entenderá que a extremidade inferior 35 15 de cada cilindro 19 pode se acoplar ao convés 17 em uma distância maior a partir da abertura 15 conforme necessário de modo que as extremidades inferiores 35 dos cilindros 19 não se acoplarão ao convés 17 diretamente abaixo do anel de tensor 21 quando o riser 13 estiver em um estado não inclinado conforme mostrado na Figura 1. Adicionalmente, o conjunto de tensor do riser 11 pode 20 incluir um conjunto antideslocamento ou um conjunto de orientação 23 empregado para orientar ou centralizar o riser 13 na abertura 15. O conjunto de orientação 23 é montado em torno do riser 13 enquanto na posição de tensionamento para se engatar ao riser 13, ou a um componente montado ao riser 13.

O conjunto de orientação 23 pode ser qualquer conjunto adequado adaptado para manter a posição do riser 13 centralmente dentro da abertura 15. Em uma realização exemplificativa, o conjunto de orientação 23 inclui uma camisa condutora 25 que se estende axialmente para baixo paralela ao eixo geométrico 39 e fixada ao anel de tensor 21. Na realização ilustrada, a camisa condutora 25 não entra em contado com a superfície exterior do riser 13. A camisa condutora 25 define um espaço anular entre a superfície exterior do riser 13 e a superfície interior da camisa condutora 25. Costelas podem ser formadas na superfície exterior da camisa condutora 25 e se estendem pelo comprimento da camisa condutora 25 paralela ao eixo geométrico 39. Conforme mostrado, um diâmetro externo da camisa condutora 25 entra em contato com um diâmetro interno da abertura 25. A camisa condutora 25 tem resistência material suficiente para resistir à deformação permanente ou falha quando experimenta uma força de reação radial exercida pela abertura 15 à medida que o riser 13 se inclina. 10 Um anel de suporte opcional 27 pode ser acoplado ao riser 13 dentro do espaço anular entre a camisa condutora 25 e o riser 13 próximo à abertura 15 para fornecer suporte lateral adicional à camisa condutora 25. Quando o riser 13 tenta se deslocar radialmente na abertura 15 em relação ao convés 17, o conjunto de orientação 23 exercerá uma força de reação contra a camisa condutora 25 para 15 comprimir o deslocamento lateral na direção radial. Dessa maneira, a inclinação do riser 13 pode ser acomodada sem a permissão de deslocamento do riser 13 na abertura 15 que possa fazer com que o riser 13 impacte o convés 17, danificando ambos o convés 17 e o riser 13. O conjunto de orientação 23 pode incluir conjuntos de roletes (não mostrados) que se estendem a partir do convés 20 17 pra dentro da abertura 15. Os conjuntos de roletes podem interagir com a camisa condutora 25 ou uma camisa menor para impedir que o riser 13 e a camisa condutora 25 entrem em contato com o convés 17. Nestas realizações, o diâmetro externo da camisa condutora 25 não entrará em contato com o diâmetro interno da abertura 15. Realizações adicionais do conjunto de 25 orientação 23 podem ser encontradas no Pedido de Patente n°. U.S. 13/072.233 de propriedade comum, intitulado "Marine Riser Tensioner", documentado em 25 de março de 2011, por Aksel et ai., revelação do qual é incorporada por referência ao presente documento em sua totalidade. Cada cilindro 19 tem um barril e uma vara que permitem que cada cilindro 19 se mova entre uma posição contraída e uma posição estendida. Na posição estendida, a extremidade superior 33 de cada cilindro 19 se move adicionalmente a partir da extremidade inferior 35 respectiva de cada cilindro 19, e na posição contraída, a extremidade superior 33 de cada cilindro 19 se move mais perto da extremidade inferior 35 respectiva de cada cilindro 19. Conforme mostrado, os cilindros 19 estão na posição nominal, nem completamente contraídos nem completamente estendidos. Um acoplador 37 fixado à extremidade inferior 35 acopla cada cilindro 19 ao convés 17. A extremidade 10 inferior 35 de cada cilindro 19 se acopla de modo articulado ao convés 17 com o acoplador 37. Na realização exemplificativa, o cilindro 19 pode se articular ao redor do acoplador 37 em um ou mais planos. Por exemplo, o cilindro 19 pode se articular em dois eixos geométricos rotacionais de cada acoplador 37. Similarmente, cada cilindro 19 se acopla ao anel de tensor 21 com um acoplador 15 41. Como com o acoplador inferior 37, o acoplador 41 permite que o cilindro 19 se articule ao redor acoplador 41. O cilindro 19 pode se articular ao redor do acoplador 41 em um ou mais planos. Por exemplo, o cilindro 19 pode se articular em dois eixos geométricos rotacionais de cada acoplador 41, conforme descrito em mais detalhe abaixo. Dessa maneira, o cilindro 19 pode se articular em um 20 ou mais planos, e, preferencialmente, em pelo menos dois planos, à medida que o convés 17 se move em relação ao riser 13.

Uma pessoa versada na técnica entenderá que o acoplador 37 pode incluir os componentes do acoplador 41 e operar de uma maneira similar, que permite que um acoplador do tipo descrito com relação ao acoplador 41 seja 25 usado para acoplar o cilindro 19 ao anel de tensor 21, conforme descrito abaixo, e para acoplar o cilindro 19 ao convés 17. Ainda adicionalmente, uma pessoa versada na técnica reconhecerá que em outras realizações, o cilindro 19 pode usar diferentes tipos de acopladores na extremidade superior 33 e na extremidade inferior 35. Por exemplo, o cilindro 19 pode acoplar ao anel de tensor 21 com o acoplador 41 revelado descrito abaixo e o acoplador 37 usado para acoplar o cilindro 19 ao convés 17 pode ser uma junta esférica. Alternativamente, o acoplador 37 usado para acoplar o cilindro 19 ao convés 17 pode ser do tipo descrito com relação ao acoplador 41 abaixo, e o acoplador 41 usado para acoplar o cilindro 19 ao anel de tensor 21 pode ser uma junta esférica.

A articulação nos acopladores 37, 41 ocorrerá conforme o convés 17 e o riser 13 se movem relativamente um ao outro. Assim, conforme o riser 13 se inclina para longe a partir da vertical em relação ao convés 17, o anel de 10 tensor 21 se moverá a partir da posição ilustrada na Figura 1. Os cilindros 19 se articularão nos acopladores 37, 41 para manter a conexão de ambos o convés 17 e o anel de tensor 21. Cada cilindro 19 se estenderá, contrairá e se articulará conforme necessário para permanecerem acoplados ao anel de tensor 21 e o convés 17. Similarmente, à medida o riser 13 se inclina, cada 15 cilindro 19 se contrairá, expandirá e se articulará conforme necessário para exercer uma força de tensionamento no riser 13.

Referindo-se à Figura 2, uma vista em corte seccional do acoplador 41 é mostrada. O acoplador 41 pode estar em uma posição não articulada, ilustrada com relação às Figuras 2, 3A, e 4A ou em uma posição 20 articulada conforme mostrada com relação às Figuras 3B e 4B. A posição articulada corresponde à inclinação do riser 13 em relação ao convés 17. Conforme mostrado na Figura 2, o acoplador 41 inclui uma porção de base 43 que se fixa à extremidade superior 33 do cilindro 19. Na realização ilustrada, a porção de base 43 inclui uma placa de cilindro 45 que tem um diâmetro externo 25 substancialmente equivalente ao diâmetro externo do cilindro 19 na extremidade superior 33. A placa de cilindro 45 pode ter uma pluralidade de furos do poço formados na mesma para a passagem de parafusos ou outros conectores para fixar a placa de cilindro 45 à extremidade superior 33 do cilindro 19. Um poste 47 protubera a partir da placa de cilindro 45 oposta ao cilindro 19. Na realização exemplificativa, o poste 47 é coaxial a um eixo geométrico 46 da placa de cilindro 45. O poste 47 define dois furos, um furo do cilindro do poste 49 e um furo do anel de tensor do poste 51. Ambos os furos passam através do poste 47 perpendiculares ao poste 47 e paralelos a uma superfície da placa de cilindro do poste 45. O furo do cilindro do poste 49 e o furo do anel de tensor do poste 51 são ortogonais entre si e espaçados axialmente de modo que o furo do cilindro 49 seja próximo à extremidade superior 33 do cilindro 19, e o furo do anel de tensor do poste 51 seja perto de 10 uma extremidade do poste 47 próximo ao anel de tensor 21 (Figura 1).

Conforme mostrado na Figura 2, uma camisa intermediária 53 é disposta em volta do poste 47. Na realização ilustrada, a camisa intermediária 53 tem um diâmetro interno maior que o diâmetro externo do poste 47 de modo que um espaço anular 48 seja formado entre a camisa intermediária 53 e o poste 47. 15 A camisa intermediária 53 também define dois furos, um furo do cilindro da camisa 55 e um furo do anel de tensor da camisa 57. O furo do cilindro da camisa 55 e o furo do anel de tensor da camisa 57 são coaxiais ao furo do cilindro 49 e ao furo do anel de tensor do poste 51, respectivamente. Uma camisa de anel de tensor 59 define uma cavidade do acoplador 61 e é disposta 20 em volta da camisa intermediária 53 e do poste 47. A cavidade 61 tem um diâmetro interno maior que o diâmetro externo da camisa intermediária 53 de modo que um espaço anular 54 seja formado entre o diâmetro interno da cavidade 61 e o diâmetro externo da camisa intermediária 53. A camisa de anel de tensor 59 acoplará adicionalmente ao anel de tensor 21 (Figura 1) através da 25 bossa 71 formada em uma superfície externa da camisa de anel de tensor 59. A camisa de anel de tensor 59 também define um furo do cilindro do acoplador 63 e um rebaixo de acoplador anel de tensor cônico 65. O furo do cilindro do acoplador 63 é substancialmente coaxial ao furo do cilindro da camisa 55 e o furo do cilindro do poste 49 de modo que um pino do cilindro 67 possa passar através do furo do cilindro do acoplador 63, do furo do cilindro da camisa 55 e do furo do cilindro do poste 49. Uma pessoa versada na técnica reconhecerá que o furo do cilindro do poste 49, o furo do cilindro da camisa 55 e o furo do cilindro do acoplador 63 estão em alinhamento, mas não necessariamente coaxiais. Na realização ilustrada, o furo do cilindro da camisa 55 e o furo do cilindro do acoplador 63 são coaxiais. Um pino do anel de tensor 69 pode passar através do furo do anel de tensor da camisa 57 e do furo do anel de tensor do poste 51. Uma pessoa versada na técnica reconhecerá que o furo do anel de tensor da 10 camisa 57 e o furo do anel de tensor do poste 51 são coaxiais. Quando passados através de seus respectivos furos, o pino do cilindro 67 e o pino do tensor 69 serão perpendiculares entre si e espaçados axialmente.

Em outras realizações, o pino do cilindro 67 pode ser um ou mais pinos, por exemplo, dois pinos adaptados para serem inseridos dentro do furo do cilindro do poste 55 a partir de lados opostos. Os dois pinos do cilindro 67 podem se contrair perto de uma porção mediai do furo do cilindro do poste 49, que permite alguma articulação adicional do poste 47 em relação à camisa intermediária 53.

Referindo-se à Figura 4A, o furo do cilindro do poste 49 formado no poste 47 tem um diâmetro perto de um centro do poste 47 que tem formato 20 oval, que tem uma largura aproximadamente igual ao diâmetro do pino da camisa 67 e uma altura maior que o diâmetro do pino da camisa 67 de modo que o pino da camisa 67 possa se mover axialmente dentro do furo do cilindro do poste 49 em direção e para longe a partir de uma superfície próxima da placa de cilindro 45. O diâmetro do furo do cilindro do poste 49 aumentará 25 conforme o furo do cilindro do poste 49 se estende a partir de um centro do poste 47 até uma superfície externa do poste 47. O diâmetro do furo do cilindro do poste 49 geralmente será alinhado com o eixo geométrico 73 que passa através de um centro do pino do cilindro 67. Assim, o furo do cilindro do poste 49 terá um formato geralmente cônico com um diâmetro maior na superfície do poste 47 e um diâmetro menor perto de um centro do poste 47, conforme mostrado na Figura 4A. O furo do cilindro da camisa 55 tem um diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do pino da camisa 67 de modo que o pino do cilindro 67 possa'passar através do furo do cilindro da camisa 55 com pouco ou nenhum movimento do pino do cilindro 67 em relação ao furo do cilindro da camisa 55. Em uma realização, o furo do cilindro da camisa 55 e o furo do anel de tensor da camisa 57 na camisa intermediária 53 têm uma camisa nitrônica que é encolhida e encaixada na posição. O furo do cilindro do acoplador 63 tem 10 um diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do pino da camisa 67 de modo que o pino do cilindro 67 possa passar através do furo do cilindro do acoplador 63 com pouco ou nenhum movimento axial do pino do cilindro 67 dentro do furo do cilindro do acoplador 63.

Referindo-se à Figura 3A, o furo do anel de tensor do poste 51 tem 15 um diâmetro substancialmente equivalente a um diâmetro do pino do tensor 69 de modo que o pino do tensor 69 possa passar através do furo do anel de tensor do poste 51 com pouco ou nenhum movimento axial do pino do anel de tensor 69 dentro do furo do anel de tensor do poste 51. O furo do anel de tensor da camisa 57 tem um diâmetro substancialmente equivalente a um diâmetro do pino 20 do tensor 69 de modo que o pino do tensor 69 possa passar através do furo do anel de tensor da camisa 57 com pouco ou nenhum movimento axial do pino do anel de tensor 69 dentro do furo do anel de tensor da camisa 57.

O rebaixo de anel de tensor de acoplador 65 é um perfil cônico formado em um diâmetro interno da cavidade 61 do acoplador 59. O rebaixo de 25 anel de tensor de acoplador 65 é alinhado axialmente ao furo do anel de tensor da camisa 57 e o furo do anel de tensor do poste 51. O rebaixo de anel de tensor de acoplador 65 tem um perfil cônico com um diâmetro interno que aumenta à medida que o rebaixo de anel de tensor de acoplador 65 depende para cima. Conforme descrito em mais detalhes abaixo, o acoplador 59 pode se articular em relação à camisa intermediária 53 de modo que uma extremidade da camisa intermediária próxima ao anel de tensor 21 (Figura 1) possa encaixar dentro do rebaixo de anel de tensor de acoplador 65. Uma pessoa versada na técnica reconhecerá que o rebaixo de anel de tensor de acoplador 65 terá uma altura axial suficiente para acomodar a extremidade superior da camisa intermediária 53.

Conforme descrito no presente documento, o acoplador 41 experimenta um carregamento compressivo ao longo do eixo geométrico 46 da bossa 71 e do poste 47. Referindo-se à Figura 3A, na posição não articulada, o pino do anel de tensor 69 experimentará transferência de carga com o poste 47 através do furo do anel de tensor do poste 51. O pino do anel de tensor 69 experimentará transferência de carga com a camisa intermediária 53 através do furo do anel de tensor da camisa 57. Referindo-se à Figura 4A, o pino do cilindro 67 experimentará transferência de carga com a camisa intermediária 53 através do furo do cilindro da camisa 55. O pino do cilindro 67 experimentará transferência de carga com o acoplador 59 através do furo do cilindro do acoplador 63. Assim, a carga compressiva aplicada aos cilindros 19 (Figura 1) pelo riser 13 (Figura 1) pode ser transferida a partir do acoplador 59 através do furo do cilindro do acoplador 63 ao pino do cilindro 67 e a partir do pino do cilindro 67 através do furo do cilindro da camisa 55 à camisa intermediária 53. A carga compressiva pode então ser transferida a partir da camisa intermediária 53 ao pino do anel de tensor 69 através do furo do anel de tensor da camisa 57 e a partir do pino do anel de tensor 69 ao poste 47 através do furo do anel de tensor do poste 51. A carga pode então ser transferida para baixo no poste 47 e dentro do cilindro 19.

Referindo-se às Figuras 3B e 4B, duas posições articuladas do acoplador 41 são mostradas. Conforme mostrado na Figura 3B, a camisa de anel de tensor 59 é rodada em um eixo geométrico 73 do pino do cilindro 67 conforme indicado pela seta 75. A rotação 75 pode ser causada pelo movimento do anel de tensor 21 em resposta à inclinação do riser 13. O espaço anular 54 permite um movimento relativo entre o acoplador 59 e a camisa intermediária 53, que acomoda a rotação 75. Conforme mostrado na Figura 3B, quando o acoplador 59 roda em relação à camisa intermediária 53 no eixo geométrico 73 do pino do cilindro 67, uma extremidade superior da camisa intermediária 53 encaixará dentro do rebaixo 65. O carregamento do acoplador 41 será similar àquele descrito acima, em que a carga a partir do 10 acoplador 59 se transferirá através do pino do cilindro 67 à camisa intermediária 53. As superfícies relativas dos membros em contato manterão contato de modo que as cargas compressivas aplicadas ao acoplador 41 possam ser transferidas conforme descrito acima.

Conforme mostrado na Figura 4B, a placa de cilindro 45 é rodada em um eixo geométrico 77 do pino do anel de tensor 69 conforme indicado pela seta 79. A rotação 79 pode ser causada pelo movimento do convés 17 em relação ao riser 13. O espaço anular 48 permite um movimento relativo entre a camisa intermediária 53 e o poste 47, que acomoda a rotação 79 em torno do eixo geométrico 77 do pino do anel de tensor 69. Conforme mostrado, o formato cônico do furo do cilindro do poste 49 acomoda o movimento do poste 47 em relação ao pino do cilindro 67. O poste 47 pode incluir um entalhe perto de uma base do poste 47 para acomodar uma extremidade inferior da camisa intermediária 53 quando o poste 47 estiver em inclinação máxima em relação à camisa intermediária 53, conforme mostrado na Figura 4B. O carregamento do acoplador 41 será similar àquele descrito acima em que a carga será transferida a partir da camisa intermediária 53 ao poste 47 através do pino do anel de tensor 69. As superfícies relativas dos membros em contato manterão contato de modo que as cargas compressivas aplicadas ao acoplador 41 possam ser transferidas conforme descrito acima. Dessa maneira, o acoplador 41 pode girar nos dois eixos geométricos 73, 77, que permite dois graus rotacionais de liberdade.

Referindo-se à Figura 5, um acoplador alternativo 41’ é mostrado. O acoplador 41’ inclui um adaptador de cilindro 81, um pivô interno 83, e um conjunto de trava de adaptador 85. O adaptador de cilindro 81 pode ser uma placa circular similar à placa de cilindro 45 do acoplador 41. O adaptador de cilindro 81 é montado a uma extremidade do cilindro 19 e inclui dois postes 87 que se estendem a partir de uma superfície do adaptador de cilindro 81 oposta ao cilindro 19. Cada poste 87 pode ter uma extremidade contornada 89 10 adaptada para receber um pino do anel de tensor 91. O contorno da extremidade 89 inclina o pino do anel de tensor 91 a uma porção mediai da extremidade 89. Cada poste 87 também inclui uma Iingueta 93 que se estende para fora a partir de uma extremidade 89 em uma periferia da extremidade 89 de modo que uma superfície externa da Iingueta 93 é nivelada com uma 15 superfície externa do poste 87 e uma superfície externa do adaptador de cilindro 81 que é perpendicular à superfície a partir de que os postes 87 protuberam. Cada Iingueta 93 é configurada para receber uma extremidade do pino do anel de tensor 91 para impedir que o pino do anel de tensor 91 se afaste a partir das extremidades 89 e os postes 87.

O pivô interno 83 pode ser um corpo geralmente cuboide que tem

uma largura tal que o pivô interno 83 possa encaixar entre os postes 87 com folga suficiente entre as superfícies interiores dos postes 87 e as superfícies exteriores do pivô interno 83 para permitir que o pivô interno 83 se mova em relação aos postes 87. O pivô interno 83 pode ter um comprimento tal que uma 25 porção do pivô interno 83 pode se alinhar com os rasgos de chaveta 93 e uma porção pode ser posicionada entre os postes 87 abaixo dos rasgos de chaveta 93. O pivô interno 83 inclui um furo do pino do anel de tensor 95 alinhado com a porção do pivô interno 83 que se alinha com os rasgos de chaveta 93, próximo a uma parte superior do pivô interno 83. O furo do pino do anel de tensor 95 pode ser um furo cilíndrico que passa através do pivô interno 83. Um eixo geométrico do furo do pino do anel de tensor 95 pode se alinhar com um eixo geométrico dos rasgos de chaveta 93 quando o acoplador 41’ for montado. O furo do pino do anel de tensor 95 pode ter um diâmetro substancialmente equivalente ao do pino do anel de tensor 91 de modo que o pino do anel de tensor 91 possa passar através do furo do pino do anel de tensor 95. Dessa maneira, o pino do anel de tensor 91 pode acoplar o pivô interno 83 aos postes 87 para que o pivô interno 83 possa se articular no eixo geométrico do pino do anel de tensor 91 em 10 relação aos postes 87 e ao adaptador de cilindro 81. Uma pessoa versada na técnica entenderá que as superfícies externas do pino do anel de tensor 91 podem estar em contato com as superfícies internas do furo do pino do anel de tensor 95 de modo que as superfícies em contato possam ser uma interface de suporte de carga. Na realização ilustrada, o pivô interno 83 inclui para membros 15 de suporte 97 que se estendem a partir das superfícies opostas do pivô interno 83 paralelo a um eixo geométrico do furo do anel de tensor 95. Os membros de suporte 97 podem ter extremidades configuradas para confinar uma superfície interior da Iingueta 93 e pelo menos envolver parcialmente o pino do anel de tensor 91 das extremidades opostas 89 dos postes 87.

O pivô interno 83 inclui um furo do pino do cilindro 99. O furo do

pino do cilindro 99 passa através da porção do pivô interno 83 disposto entre os postes 87 e abaixo do furo do anel de tensor 95, próximo a uma parte inferior do pivô interno 83. Na realização ilustrada, o furo do pino do cilindro 99 é posicionado de modo que um eixo geométrico do furo do pino do cilindro 99 seja 25 perpendicular ao eixo geométrico do furo do anel de tensor 95. O furo do pino do cilindro 99 pode ser um furo cilíndrico que passa através do pivô interno 83.

O conjunto de trava de adaptador 85 pode ser uma forquilha ou um garfo de membros semelhantes que tem dois dentes 101 que se estendem a partir de um membro de base 103. Uma protuberância acopladora 105 se estende a partir do membro de base 103 oposto aos dentes 101 e é configurado para acoplar a um anel de tensor similar à bossa 71 do acoplador do anel de tensor 59. Cada dente 101 pode ter uma extremidade contornada 107 adaptada para receber um pino do cilindro 109. O contorno da extremidade 107 inclina o pino do cilindro 109 a uma porção mediai da extremidade 107. Cada dente 101 também inclui um rasgo de chaveta 111 que se estende para fora a partir da extremidade 107 em uma periferia da extremidade 107 de modo que uma superfície externa do rasgo de chaveta 111 é nivelada com uma 10 superfície externa do dente 101 e uma superfície externa do membro de base 103. Cada rasgo de chaveta 111 é configurado para receber uma extremidade do pino do cilindro 109 para impedir que o pino do cilindro 109 se mova para longe da extremidade 107 e dos dentes 101.

O furo do pino do cilindro 99 pode ter um diâmetro substancialmente equivalente ao pino do cilindro 109 de modo que o pino do cilindro 109 possa passar através do furo do pino do cilindro 99. Dessa maneira, o pino do cilindro 109 pode acoplar o pivô interno 83 aos dentes 101 de modo que o pivô interno 83 possa se articular no eixo geométrico do pino do cilindro 109 em relação aos dentes 101 e ao conjunto de trava de adaptador 85. Uma pessoa versada na técnica entenderá que as superfícies externas do pino do cilindro 109 podem estar em contato com as superfícies internas do furo do pino do cilindro 99 de modo que as superfícies em contato possam ser uma interface de suporte de carga. Na realização ilustrada, o pivô interno 83 inclui dois membros de suporte 113 que se estendem a partir das superfícies opostas do pivô interno 83 paralelo a um eixo geométrico do furo do cilindro 99.

Na realização ilustrada, o acoplador 41’ inclui chaves de antirrotação 115. As chaves de antirrotação 115 residem dentro das cavidades em extremidades opostas do pino do anel de tensor 91 e do pino do cilindro 109. As chaves de antirrotação 115 incluirão uma porção que se estende em uma cavidade correspondente formada nas superfícies externas dos dentes 101 e dos postes 87. As chaves de antirrotação 115 podem ser fixadas aos postes 87 e aos dentes 101 por quaisquer meios adequados, tais como com os parafusos ilustrados. Dessa maneira, as chaves de antirrotação 115 podem impedir a rotação dos pinos 91, 109 dentro dos rasgos de chaveta 93, 111, e fixar os pinos 91, 109 ao adaptador de cilindro 81 e conjunto de adaptador de trava 85, respectivamente.

O acoplamento do adaptador de cilindro 81 ao conjunto de trava de adaptador 85 permite que o acoplador 41’ se articule no pino do cilindro 109 10 para um primeiro grau de rotação e no pino do anel de tensor 91 para um segundo grau de rotação similar ao acoplador 41 enquanto também transmite as cargas a partir do cilindro 19 conforme descrito acima com relação ao acoplador 41 das Figuras 2 a 4B.

Por conseguinte, as realizações reveladas fornecem numerosas vantagens sobre os tensores do riser da técnica anterior. Por exemplo, as realizações reveladas fornecem um tensor de riser de impulsão para cima que pode acomodar grandes cargas em uma plataforma de perna de tensão (TLP) ^ com o uso de um acoplador com múltiplos graus rotacionais de liberdade no acoplamento do cilindro com o anel de tensor. Adicionalmente, as realizações reveladas são menos propensas a questões de corrosão devido a suas localizações acima do convés da plataforma de perna de tensão ao invés de abaixo. Isso também reduz a necessidade de estrutura de convés adicional para suportar o tensor do riser. As realizações reveladas também eliminam a acumulação de pressão alta já que usam um numero menor de cilindros.

É entendido que a presente invenção pode tomar muitas formas e

realizações. Por conseguinte, diversas variações podem ser feitas no que foi descrito acima sem se desviar do espírito ou escopo da invenção. Tendo, assim, descrito a presente invenção por referência a determinadas realizações preferenciais da mesma, é observado que as realizações reveladas são de natureza ilustrativa ao invés de Iimitante e que uma vasta gama de variações, modificações, alterações e substituições são contempladas na revelação supracitada e, em alguns exemplos, alguns atributos da presente invenção podem ser empregados sem um uso correspondente dos outros atributos. Muitas das tais variações e modificações podem ser consideradas óbvias e desejáveis para aqueles versados na técnica com base em uma análise da descrição supracitada das realizações preferenciais. Por conseguinte, é apropriado que as reivindicações anexadas sejam interpretadas amplamente e de uma maneira consistente com o escopo da invenção.

Claims

1. TENSOR (11), para manter uma força de tensão em um riser (13) que tem um eixo geométrico (39) e que se estende a partir de um conjunto de cabeça de poço submarino através de uma abertura (15) em um convés da plataforma flutuante (17), sendo que o tensor (11) compreende: um anel de tensor (21) adaptado para ser acoplado ao riser (13); uma pluralidade de conjuntos de cilindros hidropneumáticos (19), sendo que cada um tem um acoplador flexível (37, 41) em pelo menos uma extremidade (33, 35) para acoplar aos conjuntos de cilindros (19) entre o convés (15) e o anel de tensor (21); em que cada acoplador flexível (37,41) compreende: um membro inferior (43, 81) acoplado a um dos conjuntos de cilindros (19); um membro intermediário (53, 83) acoplado de modo articulado ao membro inferior (43, 81) por um primeiro pino (69, 91); e um membro superior (59, 85) acoplado de modo articulado ao membro intermediário (53, 83) por um segundo pino (67, 109), o primeiro pino (69, 91) e o segundo pino (67, 109) são espaçados e perpendiculares entre si de modo que o membro superior (59, 83) possa se articular no segundo pino (67, 109) em relação ao membro intermediário (53, 83) e o membro inferior (43, 81) possa se articular no primeiro pino (69, 91) em relação ao membro intermediário (53, 83).

2. TENSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o membro inferior (43) compreende um poste (47) que se estende ao longo de um eixo geométrico (39) do conjunto de cilindro (19); o membro intermediário (53) compreende uma camisa interna disposta em volta e acoplada de modo articulado ao poste (47) para formar um espaço anular de poste entre o poste (47) e a camisa interna (53); e o membro superior (59) compreende um camisa externa que define uma cavidade em que o poste (47) e a camisa interna (53) são inseridos de modo que um espaço anular externo seja formado entre a camisa interna (53) e a camisa externa (59).

3. TENSOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o membro inferior compreende um adaptador de cilindro (81) acoplado a uma extremidade do conjunto de cilindro (19) e que tem dois postes (87) que se estendem a partir do adaptador de cilindro (81) oposto ao conjunto de cilindro; o membro intermediário compreende um pivô interno (83) posicionado entre os postes (87) do adaptador de cilindro (81), o primeiro pino (91) que passa através de extremidades superiores dos postes (87) e uma extremidade superior do pivô interno (83); e o membro superior compreende um conjunto de trava de adaptador (85) que tem dois dentes (101) que se estendem a partir de um membro de base (103) e uma protuberância (105) que se estende a partir do membro de base (85) oposto aos dentes (101), o segundo pino (109) que passa através das extremidades dos dentes (101) opostos ao membro de base (103) e uma porção inferior do pivô interno (83).

4. TENSOR, de acordo com a reivindicação 3, em que o adaptador de cilindro (81) compreende adicionalmente: uma placa circular, os postes (87) que se estendem a partir das porções periféricas da placa oposta ao conjunto de cilindro; e os postes (87) que têm as extremidade contornadas (89) configuradas para receber uma porção do primeiro pino (91).

5. TENSOR, de acordo com a reivindicação 3, em que o pivô interno (83) compreende: um corpo que tem um primeiro furo do pino (95) que passa através da porção superior e um segundo furo do pino (99) que passa através de uma porção inferior, sendo que o primeiro furo do pino (95) e o segundo furo do pino (99) são perpendiculares entre si; e membros de suporte (113) que se estendem a partir de uma superfície externa do corpo próximo ao segundo furo do pino (99), os membros de suporte (113) que se estendem em um plano paralelo a um eixo geométrico do segundo furo do pino (99), os membros de suporte (113) são configurados para receber uma porção do segundo pino (109).

6. TENSOR, de acordo com a reivindicação 3, em que a trava do adaptador compreende adicionalmente: os dentes (101) que têm aberturas contornadas (111) configuradas para receber uma porção do segundo pino (109).

7. TENSOR, de acordo com a reivindicação 3, que compreende adicionalmente as chaves de antirrotação (115) configuradas para engatar pelo menos um dentre o primeiro pino (91) e o segundo pino (109) para impedir a rotação do primeiro pino e do segundo pino em relação aos postes (87) e aos dentes (101), respectivamente.

8. MÉTODO, que aplica a tensão a um riser (13) que se estende através de um convés (17) de uma plataforma flutuante em alto mar, sendo que o método compreende: (a) montar um conjunto de tensor (11) que tem uma pluralidade de conjuntos de cilindros hidropneumáticos (19) entre o convés (15) e o riser (13); (b) fornecer um acoplamento articulado (37, 41) em uma extremidade de cada conjunto de cilindro (19), o acoplamento articulado (37) que tem um membro inferior (43, 81) montado à extremidade do conjunto de cilindro, um membro intermediário (53, 83) acoplado de modo articulado ao membro inferior (43, 81) por um primeiro pino (69, 91), e um membro superior (59, 85) acoplado de modo articulado ao membro intermediário (53, 83) por um segundo pino (67, 109), o primeiro pino (69, 91) e o segundo pino (67, 109) são espaçados e perpendiculares entre si; (c) em resposta ao movimento relativo entre o riser (13) e a plataforma, que articula cada um dos conjuntos de cilindros (37) em torno do primeiro pino (69, 91) e do segundo pino (67, 109).

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, que compreende adicionalmente conectar o membro superior (59, 85) ao riser (13).

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, que compreende adicionalmente fornecer um acoplamento articulado (37, 41) para cada uma das extremidades de cada um dos conjuntos de cilindros (19).