BR102013029494A2 - Elemento de acoplamento hidráulico submarino provisório aperfeiçoado - Google Patents

Abstract

ELEMENTO DE ACOPLAMENTO HIDRÁULICO SUBMARINO PROVISÓRIO APERFEIÇOADO Trata-se de um elemento de acoplamento hidráulico submarino provisório que protege um elemento de acopíamento hidráulico submarino oposto quando as linhas hidráulicas não estiverem operando. O elemento de acopíamento hidráulico submarino provisório possui uma câmara de expansão de deslocamento de água com um pistão na câmara que permite que a água e/ou ar aprisionado se mova(m) a partir da câmara de recepção para dentro da câmara de expansão de deslocamento de água durante a conexão do elemento de acoplamento provisório ao elemento de acoplamento oposto. O pistão possui uma vedação primária e uma vedação hidrostática secundária para impedir que a água do mar entre na porção da câmara de expansão de deslocamento de água que está em contato com a vedação primária.

Description

“ELEMENTO DE ACOPLAMENTO HIDRÁULICO SUBMARINO PROVISÓRIO APERFEIÇOADO” Referência remissiva aos pedidos de depósito correlatos: Este pedido reivindica o benefício de Pedido Provisório No. U.S. 61/726.970, depositado em 15 de novembro de 2012.

Declaração referente à pesquisa ou desenvolvimento patrocinada pelo governo federal: não aplicável Antecedentes da invenção 1. Campo da Invenção.

Esta invenção refere-se geralmente a acoplamentos hidráulicos, e especificamente a acoplamentos hidráulicos usados em aplicações de perfuração e produção de poços de petróleo submarinos. Mais particularmente, essa invenção envolve um elemento de acoplamento hidráulico submarino provisório que pode ser usado para proteger um elemento de acoplamento oposto elemento de acoplamento que fica situado submerso. 2. Descrição da Técnica Relacionada que inclui informações descritas sob 37 CFR 1.97 e 1.98.

Uma variedade de acoplamentos hidráulicos submarinos é conhecida na técnica. Os acoplamentos geralmente consistem em um elemento macho e um elemento fêmea com passagens de fluido vedadas conectadas entre esses. O elemento fêmea geralmente é um corpo cilíndrico com um furo longitudinal de diâmetro relativamente grande em uma extremidade e um furo longitudinal de diâmetro relativamente pequeno na outra. O furo pequeno facilita as conexões a linhas hidráulicas, enquanto o furo grande veda e engata de maneira deslizante o elemento macho do acoplamento. O elemento macho inclui uma porção cilíndrica em uma extremidade que possui um diâmetro externo aproximadamente igual ao diâmetro do furo grande no elemento fêmea do acoplamento. O elemento macho também inclui uma conexão em sua outra extremidade para facilitar a conexão a linhas hidráulicas. Quando a porção cilíndrica do elemento macho for inserida no furo grande do elemento fêmea, de acordo com várias modalidades do dispositivo, o fluxo de fluido é estabelecido entre os elementos macho e fêmea. Diversos acoplamentos desse tipo são descritos em patentes pertencentes à National Coupling Company, Inc. de Stafford, Texas.

Em aplicações de perfuração e produção submarinas, o elemento macho do acoplamento pode ser conectado a uma placa coletora ou outra fixação em um local submarino dentro ou fora de um furo de poço. Em muitos casos, os elementos macho são posicionados de modo que a extremidade ou face dianteira de cada elemento aponte verticalmente para cima do leito do mar. Os elementos fêmea, que também podem ser fixados em uma placa coletora, são movidos para a posição sobre os elementos macho e então rebaixados sobre os elementos macho por um mergulhador ou veículo submarino, como um ROV (veículo operado remotamente). Quando os elementos fêmea forem posicionados sobre os elementos macho, o fluxo de fluido hidráulico é tipicamente a partir do elemento fêmea até o elemento macho de cada acoplamento. Tipicamente, um ou ambos os elementos de acoplamento possuem válvulas de gatilho.

Cada válvula de gatilho inclui tipicamente uma face de válvula cônica que se assenta, na posição fechada, contra uma sede de válvula no elemento de acoplamento. A válvula de gatilho é aberta para permitir o fluxo de fluido, e fechada contra a sede de válvula dentro do furo para deter o fluxo. Geralmente, a válvula de gatilho é ativada por mola para a posição fechada. A válvula pode incluir um atuador de válvula que pode ser uma ponta ou haste que se estende a partir do ápice da face de válvula ao longo do eixo geométrico longitudinal da válvula de gatilho.

Quando os elementos de acoplamento macho e fêmea forem desconectados, os elementos de acoplamento macho tipicamente permanecem submersos, e os elementos de acoplamento fêmea são recuperados. Frequentemente, os furos de poço em que os acoplamentos são posicionados contêm detritos. O elemento macho, que permanece submerso quando o acoplamento for desconectado, é submetido ao acúmulo de detritos em passagens de fluxo expostas quando esse for desconectado do elemento fêmea. Os detritos podem contaminar o fluido hidráulico ou causar o desgaste das vedações e superfícies de vedação nos acoplamentos hidráulicos e sistema hidráulico. Adicionalmente, os elementos de acoplamento que permanecem submersos são submetidos a incrustações marinhas, areia, lodo, e outros impactos mecânicos a não ser que haja alguma forma de proteção.

Para reduzir ou evitar danos ao elemento de acoplamento que permanece submerso, elementos de acoplamento provisórios foram usados. Um elemento de acoplamento provisório se encaixa no elemento de acoplamento oposto, porém o bujão cônico não é conectado a linhas hidráulicas e, portanto, não funciona para conduzir o fluido hidráulico através do sistema. Na verdade, o elemento de acoplamento provisório protege o elemento de acoplamento oposto quando a linha hidráulica através desse acoplamento não estiver em uso. Um elemento de acoplamento hidráulico provisório particular da técnica anterior é descrito na Patente U.S. No. 6.631.734.

Tipicamente, os elementos de acoplamento submarinos provisórios consistem no elemento de acoplamento fêmea, pois o elemento de acoplamento macho permanece submerso. Os elementos de acoplamento fêmea provisórios podem ter uma ou mais vedações em uma câmara de recepção, e essas vedações engatam o elemento macho quando o elemento macho entra na câmara de recepção. Os elementos de acoplamento fêmea provisórios também podem ter um furo e/ou uma passagem de saída que se estende entre a câmara de recepção e uma superfície externa do corpo de elemento de acoplamento provisório. Isso permite que a água do mar aprisionada e/ou ar aprisionado na câmara de recepção escape para fora da câmara de recepção do elemento de acoplamento provisório quando esse engata o elemento de acoplamento oposto. Entretanto, o furo ou passagem de saída também pode ser submetido à entrada de lodo, detritos, etc., com menos proteção efetiva do elemento de acoplamento oposto. A menos que permita-se que a água do mar ou ar aprisionado escape da câmara de recepção, pode ser muito difícil ou impossível encaixar completamente o acoplamento provisório no elemento de acoplamento oposto. Outra consequência indesejada que pode ocorrer se não for permitido que a água do mar ou ar aprisionado escape, se deve à pressão aumentada que pode forçar a válvula de gatilho do elemento de acoplamento oposto a abrir e permitir que a água do mar ou ar aprisionado entre nas linhas hidráulicas. A desconexão do elemento de acoplamento provisório do elemento oposto também pode ser difícil devido ao bloqueio hidráulico.

Assim, um elemento de acoplamento hidráulico submarino provisório é necessário para impedir que os detritos e as incrustações marinhas e outros objetos danifiquem o elemento de acoplamento que permanece submerso, e que permita que o elemento de acoplamento provisório seja engatado e desengatado do elemento oposto sem resistência devido à água do mar aprisionada e/ou ar aprisionado. A Patente No. U.S. 5.692.538 de Robert E. Smith III, cedido à National Acoplamento Company, Inc., não mostra m elemento de acoplamento provisório, porém mostra um elemento de acoplamento hidráulico submarino que possui passagens de fluxo anguladas no corpo do elemento macho para ajudar a impedir a entrada de detritos. Quando o elemento fêmea for fixado no elemento macho, a pressão hidráulica através das portas de fluxo anguladas e contra a face da válvula de gatilho estimula a válvula de gatilho do elemento macho a abrir para permitir que o fluido flua entre os elementos de acoplamento. A válvula de gatilho em combinação com as portas de fluxo anguladas no corpo de elemento macho ajudam a impedir a entra de detritos, enquanto permite que a pressão de fluido hidráulico aprisionado seja aliviada quando os elementos de acoplamento forem desconectados.

Breve sumário da invenção A presente invenção é incorporada em um elemento de acoplamento hidráulico submarino provisório que possui uma câmara de expansão de deslocamento de água e um pistão para variar o volume da câmara de expansão de deslocamento de água em resposta às pressões que atuam sobre as faces opostas do pistão. Quando o elemento de acoplamento provisório for conectado a um elemento de acoplamento oposto submarino, a água do mar e/ou ar na câmara de recepção do bujão cônico é deslocada pelo elemento de acoplamento oposto. A água do mar e/ou ar entra na câmara de expansão de deslocamento de água, e o pistão permite que o volume dessa câmara aumente como resultado de pressão de água do mar e/ou ar deslocado que atua sobre a face anterior do pistão até a câmara atingir o volume exigido para um equilíbrio de pressão.

Quando o elemento de acoplamento provisório for desconectado do elemento de acoplamento oposto submarino, a pressão de água do mar que atua sobre a face posterior do pistão tende a induzir o pistão a reduzir o volume da câmara de expansão de deslocamento de água, permitindo assim que a água do mar e/ou ar aprisionado impeça um vácuo na câmara de recepção. O pistão reduz o tamanho da câmara de expansão de deslocamento de água até essa atingir o volume exigido para um equilíbrio de pressão.

Breve descrição das várias vistas do(s) desenho(s) Os desenhos a seguir formam parte do presente relatório descritivo e são incluídos para demonstrar adicionalmente alguns aspectos da presente invenção. A invenção pode ser mais bem entendida a título de referência a um ou mais desses desenhos em combinação com a descrição detalhada de modalidades específicas apresentadas aqui. A Figura 1 é uma vista em corte de um elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com a técnica anterior. A Figura 2 é uma vista em corte de outro elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com a técnica anterior. A Figura 3 é uma vista em corte transversal de um elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com uma primeira modalidade da invenção. A Figura 4 é uma vista em corte transversal de um elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com uma segunda modalidade da invenção. A Figura 5 é uma vista em corte transversal de um elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com uma terceira modalidade da invenção. A Figura 6 é uma vista em corte transversal de um elemento de acoplamento fêmea provisório de acordo com uma quarta modalidade da invenção.

Descrição detalhada da invenção A invenção pode ser mais bem entendida a título de referência às modalidades exemplificativas ilustradas nas Figuras 3 a 6. Uma compreensão da invenção será auxiliada por referência concomitante aos acoplamentos provisórios da técnica anterior ilustrados nas Figuras 1 e 2.

Com referência à Figura 1, um elemento de acoplamento provisório 10 de acordo com a técnica anterior possui uma primeira extremidade 12 e uma segunda extremidade 13, e uma câmara de recepção 11 para receber o elemento de acoplamento macho oposto nessa. O elemento macho (não mostrado) fica tipicamente posicionado no leito do mar e em alguns casos faceia ascendentemente o leito do mar de modo que a face anterior do elemento de acoplamento macho seja ascendentemente faceada. Os elementos de acoplamento macho são comumente fixados em uma placa coletora utilizando vários meios, como parafusos ou roscas de chaveta, e os elementos de acoplamento fêmea geralmente são fixados em uma placa coletora oposta. As técnicas para fixar os elementos de acoplamento hidráulico nas placas coletoras são bem conhecidas pelos elementos versados na técnica. A câmara de recepção do elemento de acoplamento fêmea provisório pode ter uma ou mais vedações nessa para engatar e vedar o elemento macho. No acoplamento da Figura 1, o elemento de acoplamento fêmea provisório inclui uma vedação de metal anular ener-gizada por pressão 17 que é retida na superfície de ombro 70 pelo retentor 15. O retentor pode ser um corpo em forma de luva rosqueado no elemento fêmea. Ou o retentor pode ser um retentor de duas peças com uma peça tendo um interajuste deslizante com a parede cilíndrica 28 da câmara de recepção e inserido na câmara de recepção até esse se encostar no ombro interno 18, e uma segunda peça rosqueada na parede da câmara de recepção. A vedação elastomérica 16 pode ser posicionada entre as duas peças. A vedação elastoméri-ca possui um interajuste tipo “cauda de andorinha” com o retentor de duas peças. A câmara de recepção termina no ombro interno 70.

Adjacente à câmara de recepção está a primeira seção 14 e a segunda seção 27 da câmara de expansão de deslocamento de água. Embora a câmara de expansão de deslocamento de água no acoplamento mostrado na Figura 1 possua uma primeira seção com um diâmetro menor e uma segunda seção com um diâmetro maior, a câmara pode ter um único diâmetro uniforme, ou mais de dois diâmetros. No acoplamento da Figura 1, a primeira seção da câmara de expansão de deslocamento de água possui um ombro inclinado 19.

Na Figura 1, o pistão 20 fica posicionado na segunda seção da câmara de expansão de deslocamento de água, e se encosta no ombro interno 29 sem a presença de pressão de água ou ar significativamente maior que atua sobre a face anterior 21 do pistão. A mola 24 induz o pistão contra o ombro 29. A mola 24 é ancorada pelo colar 25 que pode ser rosqueado ou de outro modo engatado na segunda seção da câmara de expansão de deslocamento de água adjacente à segunda extremidade 13 do elemento de acoplamento fêmea provisório. O colar é um elemento em forma de luz que possui um furo interno 26 através desse para permitir a entrada de água na segunda seção da câmara de expansão de deslocamento de água e exercer uma pressão contra a face posterior 22 do pistão. O pistão que desliza longitudinalmente na câmara de expansão de deslocamento de água deve fornecer uma vedação deslizante com as paredes da câmara, e no acoplamento da Figura 1, a vedação anuiar 23 é mostrada para fornecer essa vedação.

Quando o elemento de acoplamento fêmea provisório for conectado a um elemento de acoplamento oposto submarino, a água e/ou ar na câmara de recepção 11 é forçada a partir da câmara de recepção para dentro da primeira seção 14 da câmara de expansão de deslocamento de água. A pressão de água e/ou adicional que atua sobre a face anterior 21 do pistão 20 irá induzir o pistão em direção á segunda extremidade 13, expandindo a câmara de expansão de deslocamento de água até essa possuir volume suficiente. O pistão con- tinua a expandir a câmara de expansão de deslocamento de água até a pressão de água e/ou ar que atua sobre a face anterior do pistão ser equilibrada com a pressão de água do mar e da mola 24 que atua sobre a face posterior 22. Em um acoplamento particular, o diâmetro do pistão é igual ou substancialmente igual ao diâmetro do elemento macho que entra na câmara de recepção, para equilibrar a pressão durante a conexão e desconexão do elemento macho com o elemento de acoplamento fêmea provisório.

Quando o elemento de acoplamento provisório for desconectado do elemento de acoplamento oposto, um vácuo é criado na câmara de recepção e a água e/ou ar na câmara de expansão de deslocamento de água irá preencher aquele vazio e evitar o bloqueio hidráulico. Isso resulta de pressão de água do mar que atua sobre a face posterior do pistão excedendo a pressão que atua sobre sua face anterior. O pistão então se move em direção à primeira extremidade do elemento de acoplamento provisório, até a pressão ser igualada.

Agora com referência à Figura 2, um segundo acoplamento da técnica anterior é mostrado com o elemento de acoplamento fêmea provisório 40 que possui uma primeira extremidade 42, uma segunda extremidade 43 e uma câmara de recepção 41 para conexão a um elemento de acoplamento macho. O retentor 45 é engatado no elemento de acoplamento fêmea provisório adjacente à primeira extremidade para reter a vedação de metal anular 47 sobre o ombro 80. O retentor 45 pode ser um retentor de uma peça ou duas peças que possui uma primeira peça em engate deslizante com a parede de câmara de recepção 58 até essa encostar no ombro 48. A vedação elastomérica 46 é mantida entre as duas peças do retentor. A câmara de recepção termina no ombro 81.

No acoplamento da Figura 2, a válvula de gatilho 60 é fornecida na primeira seção 44 da câmara de expansão de deslocamento de água. A válvula de gatilho é induzida pela mola de válvula 61 para a posição fechada contra o ombro inclinado 49. A mola de válvula é retida pelo colar 62 e a presilha de colar 63 engata a parede da primeira seção da câmara de expansão de deslocamento de água. Nesse acoplamento, quando o elemento de acoplamento fêmea provisório for conectado ao elemento macho, a água e/ou ar na câmara de recepção exerce(m) pressão contra a válvula de gatilho 60 para induzir a válvula de gatilho a abrir, entrando na câmara de expansão de deslocamento de água.

Ainda com referência à Figura 2, o pistão 50 desliza na segunda seção 57 da câmara de expansão de deslocamento de água. A mola 54 induz a face anterior 51 do pistão em direção ao ombro 59. O pistão se move em reiação deslizante com a parede cilíndrica 57 e possui uma vedação anular 53 para vedar a parede. A mola é ancorada pelo colar 55 adjacente à segunda extremidade 43 do elemento de acoplamento provisório. A água do mar que entra através do furo 56 no colar 55 atua contra a face posterior 52 do pistão, até a pressão sobre cada lado do pistão ser equilibrada.

Um acoplamento hidráulico fêmea provisório aperfeiçoado de acordo com uma mo- dalidade da invenção é mostrado na Figura 3. A câmara de recepção 314 possui uma vedação de sonda tipo coroa 310 contida no cartucho de vedação 308. Uma vedação de sonda tipo coroa do tipo ilustrado é descrita na Patente No. U.S. 6.575.430. Um cartucho de vedação do tipo ilustrado em 308 é descrito na Patente No. U.S. 7.163.190. O cartucho de vedação 308 é compreendido de um invólucro 322 e um retentor 320 que possuem um encaixe por interferência deslizante em 324. O retentor 320 é externamente rosqueado para engatar uma porção internamente rosqueada do furo axial central 388 próximo à primeira extremidade 370 do corpo de acoplamento 340. O retentor 320 pode ter furos de chave 328 para engate com uma ferramenta para inserir e remover o cartucho de vedação 308. O retentor 320 e o invólucro 322 possuem ombros angulados em suas superfícies cilíndricas internas configuradas para engatar as superfícies correspondentes nas extremidades de vedação de sonda em forma de anel 310. A circunferência externa da vedação de sonda 310 pode ter um ou mais entalhes para conter as vedações de anel em O 326 que podem atuar para vedação entre a vedação de sonda 310 e o invólucro 322. O cartucho de vedação 308 retém a vedação C de metal 312 no ombro 332 dentro do furo 388 do elemento de acoplamento 300. Uma vedação C de metal do tipo ilustrado é descrita na Patente No. U.S. 6.962.347. O anel em O 318 em um entalhe no ombro 330 fornece uma vedação entre o cartucho de vedação 308 e o corpo 340 do elemento de acoplamento 300. O pistão 350 é fornecido em uma porção de furo 388 (que pode atuar como um cilindro dentro do qual o pistão 350 desliza). O pistão 350 possui uma primeira extremidade 352 orientada em direção à primeira extremidade 370 do corpo de acoplamento 340 e uma segunda extremidade oposta 354 orientada em direção à segunda extremidade 372 do corpo de acoplamento 340. A primeira extremidade 352 do pistão 350 pode ter uma superfície frustocônica 336 que se apoia contra uma superfície frustocônica correspondente 334 na superfície interna do furo 388 para proporcionar uma vedação metal a metal. A segunda extremidade 354 do pistão 350 compreende uma porção de diâmetro externo reduzido 356 que forma o ombro 348 no corpo do pistão 350. A superfície frustocônica 360 pode ser fornecida na porção 356 próxima à segunda extremidade 354. A mola de compressão 358 se apoia contra o ombro 348 em uma extremidade desse e contra a sede de mola 303 em uma segunda extremidade desse. A sede de mola 303 pode ser externamente rosqueada e engatar uma porção internamente rosqueada do furo 388 próxima à segunda extremidade 372. Um entalhe 366 na superfície cilíndrica externa de sede de mola 303 pode conter uma vedação de anel em O 368. A sede de mola 303 possui um furo axial central 362 que possui uma superfície frustocônica 316 em uma extremidade e um receptor de chave hexagonal 364 em uma ex- tremidade oposta dessa. A superfície frustocônica 316 pode ser dimensionada e configurada para se apoiar contra a superfície 360 no pistão 350 quando essa estiver em um extremo de seu curso (abaixo na Figura 3) fornecendo assim uma vedação metal a metal entre o pistão 350 e a sede de mola 303.

Na ausência de pressão de fluido diferencial, a mola 358 que atua entre a sede de mola 303 e o ombro 348 no pistão 350 induz o pistão 350 contra a superfície 334. O entalhe anular 342 na circunferência externa do pistão 350 contém a vedação primária que pode compreender o anel em O 306 flanqueado por um par de anéis de encosto 304. O entalhe anular 344 na circunferência externa do pistão 350 contém a vedação secundária que pode compreender o anel em O 346. A vedação secundária 346 atua para impedir que a água do mar entre em contato com a porção de furo 388 indicada em 302 fornecendo assim uma superfície não contaminada à vedação primária 306 para realizar a vedação. Será avaliado pelos elementos versados na técnica que a distância axial entre a vedação primária 306 e a vedação secundária 346 não deve ser menor que o curso total do pistão 350 para garantir que a vedação primária 306 entre em contato apenas com a porção protegida 302 do furo 388 durante um curso total do pistão 350.

Na modalidade ilustrada na Figura 3, o pistão é móvel dentro do furo do elemento de acoplamento. As superfícies frustocônicas fornecem vedações de metal a metal, como indicado, em extremidades opostas do pistão. A mola (358) induz o pistão para cima na Figura 3. Sob a influência de pressão de fluido hidráulico a partir da sonda de um elemento de acoplamento macho (não mostrado) inserida na câmara de recepção 314, o pistão pode se mover para dentro na Figura 3 e estabelecer uma vedação de metal a metal na sede frustocônica 316 na sede inferior. Entretanto, o fluido também é retido pela vedação principal que, na modalidade ilustrada, é compreendido de uma vedação de anel em O 306 flanqueada por um par de anéis de encosto 304.

Nos acoplamentos provisórios da técnica anterior, a porção do furo indicada em 27 na Figura 1 e em 57 na Figura 2 fica exposta à água do mar quando o acoplamento for usado submerso. Descobriu-se que depósitos calcíferos que podem se formar nessa superfície podem comprometer a capacidade de vedação da vedação principal. Esse efeito pode ocorrer especialmente quando a vedação principal deslizar ao longo do furo interno quando o pistão se mover em resposta à pressão hidráulica dentro do acoplamento. No acoplamento provisório aperfeiçoado da presente invenção, a vedação de pressão hidrostática (346) impede que a água do mar entre na porção do furo indicada em 302 evitando assim o acúmulo de depósitos minerais e incrustações marinhas. Na modalidade ilustrada da Figura 3, essa vedação de pressão hidrostática é uma vedação de anel em O (346) retida em um entalhe circunferencial (344) sobre a circunferência externa do pistão.

Uma segunda modalidade da invenção é ilustrada na Figura 4. O elemento de acoplamento fêmea hidráulico provisório 400 compreende um corpo geralmente cilíndrico 440 que possui um furo axial central 488. O diâmetro externo do corpo 440 pode ser escalonado, formando um ombro externo 490. A porção 484 da superfície externa da seção traseira 486 do corpo de acoplamento 440 pode ser rosqueada para fixação em uma placa coletora ou similar (não mostrada). A face plana 482 pode ser fornecida para engatar uma ferramenta no ombro de extração 490 do corpo de acoplamento 440 firmemente contra esse dispositivo de montagem. O corpo de acoplamento 440 pode ter uma seção internamente rosqueada do furo 488 próximo à primeira extremidade 470. O acoplamento 400 pode compreender um cartucho de vedação na câmara de recepção 414 do tipo descrito acima em conjunto com o acoplamento 300. O pistão 450 é fornecido em uma porção do furo 488 (que pode atuar como um cilindro dentro do qual o pistão 450 desliza). O pistão 450 possui uma primeira extremidade 452 orientada em direção à primeira extremidade 470 do corpo de acoplamento 440 e uma segunda extremidade oposta 454 orientada em direção à segunda extremidade 472 do corpo de acoplamento 440. A primeira extremidade 452 do pistão 450 pode ter uma borda em forma de anel 416 que se apoia contra a superfície frustocônica 434 sobre a superfície interna do furo 488 para fornecer uma vedação de metal a metal. O entalhe circunferência! 442 é fornecido sobre a superfície externa do pistão 450 para conter a vedação primária 408 (que pode ser uma vedação de anel em O) e anéis de encosto 410. Outros tipos de vedações macias bidirecionais podem ser usados. A segunda extremidade 454 do pistão 450 compreende uma porção de diâmetro externo reduzido 456 que forma o ombro 448 sobre o corpo do pistão 450. A reentrância circunferencial 444 é fornecida na parte externa do pistão 450 adjacente ao ombro 448. Uma arruela 480 é apoiada no ombro 448 e juntamente com a reentrância 444 formam um entalhe circunferencial para conter a vedação secundária 404. A vedação secundária 404 pode fornecer uma vedação hidrostática. A mola de compressão 458 se apoia contra a arruela 480 em uma extremidade dessa e contra a sede de mola 403 em uma segunda extremidade desse. A sede de mola 403 possui um ombro 474 em uma extremidade desse e é retida no furo 488 por um anel retentor 476 no entalhe 402 na parede do furo 488. O anel retentor pode ser um anel de trava, presilha em C, anel de pressão, ou similares. A sede de mola 403 possui um furo axial central 462 para a passagem do fluido dentro e fora da porção do furo 488 entre a vedação secundária 404 e a sede de mola 403.

Na ausência de pressão de fluido diferencial, a mola 458 que atua entre a sede de mola 403 e a arruela 480 no ombro 448 do pistão 450 induz o pistão 450 contra a superfície frustocônica 434 que forma uma vedação de metal a metal. A reentrância 444 na circunferência externa do pistão 450 contém a vedação secundária que pode compreender a vedação raspadora 404. A vedação secundária 404 atua para impedir que a água do mar entre em contato com a porção do furo 488 entre a vedação primária 408 e a vedação secundária 404 fornecendo assim uma superfície não contaminada à vedação primária 408 para realizar a vedação. Será avaliado pelos elementos versados na técnica que a distância axial entre a vedação primária 408 e a vedação secundária 404 não deve ser menor que o curso total do pistão 450 para garantir que a vedação primária 408 entre em contato apenas com a porção protegida do furo 488 durante um curso total do pistão 450.

Uma porção de diâmetro externo reduzido 478 pode ser fornecida no corpo de pistão 450 entre a vedação primária 408 e a vedação secundária 404.

Na modalidade da Figura 4, a vedação de pressão hidrostática é uma “vedação raspadora” compreendida em um corpo de elastômero entalhado 404 com um inserto de metal em forma de V 406 que induz as pernas da vedação eiastomérica em direções radiais opostas para aumentar a eficácia de vedação da vedação raspadora. O entalhe em forma de V na vedação 404 também pode atuar para fornecer uma vedação energizada por pressão que responde à pressão hidrostática quando a vedação for usada submersa.

Uma terceira modalidade da invenção é mostrada na Figura 5. Essa modalidade é geralmente similar àquela mostrada como o acoplamento 400 na Figura 4. O elemento de acoplamento fêmea hidráulico provisório 500 compreende um corpo geralmente cilíndrico 540 que possui um furo axial central 588. O diâmetro externo do corpo 540 pode ser escalonado, formando um ombro externo 590. A porção 584 da superfície externa da seção traseira 586 do corpo de acoplamento 540 pode ser rosqueada para fixação em uma placa coletora ou similar (não mostrada). A face plana 582 pode ser fornecida para engatar uma ferramenta no ombro de extração 590 do corpo de acoplamento 540 firmemente contra esse dispositivo de montagem. O corpo de acoplamento 540 pode ter uma seção internamente rosqueada do furo 588 próximo à primeira extremidade 570. O acoplamento 500 pode compreender um cartucho de vedação na câmara de recepção 514 do tipo descrito acima em conjunto com o acoplamento 300. O pistão 550 é fornecido em uma porção do furo 588 (que pode atuar como um cilindro dentro do qual o pistão 550 desliza). O pistão 550 possui uma primeira extremidade 552 orientada em direção à primeira extremidade 570 do corpo de acoplamento 540 e uma segunda extremidade oposta 554 orientada em direção à segunda extremidade 572 do corpo de acoplamento 540. A primeira extremidade 552 do pistão 550 pode ter uma borda em forma de anel 516 que se apoia contra a superfície frustocônica 534 sobre a superfície interna do furo 588 para proporcionar uma vedação de metal a metal. O entalhe anular 542 na circunferência externa do pistão 550 contém a vedação primária. A vedação primária nessa modalidade compreende uma vedação T 508 flanquea-da por um par de anéis de encosto 510. Os anéis de encosto 510 podem ser fabricados de metal ou um plástico de engenharia como PEEK, DELRIN® acetal, TEFLON® politetrafluo-roetileno, ou similares. Uma vedação de metal a metal pode ser fornecida em 516. A segunda extremidade 554 do pistão 550 compreende uma porção de diâmetro externo reduzida 556 que forma o ombro 548 sobre o corpo do pistão 550. A reentrância circunferencial 544 é fornecida na parte externa do pistão 550 adjacente ao ombro 548. A arruela 580 se apoia sobre o ombro 548 e juntamente com a reentrância 544 formam um entalhe circunferencial para reter a vedação secundária 504. A vedação secundária 504 pode ser uma vedação hidrostática. A mola de compressão 558 se apoia contra a arruela 580 em uma extremidade desse e contra a sede de mola 503 em uma segunda extremidade desse. A sede de mola 503 possui um ombro 574 sobre uma extremidade desse é retida no furo 588 por um anel retentor 576 no entalhe 502 na parede do furo 588. O anel retentor pode ser um anel de trava, presilha em C, anel de pressão, ou similares. A sede de mola 503 possui um furo axial central 562 para a passagem do fluido dentro e fora da porção do furo 588 entre a vedação secundária 504 e a sede de mola 503.

Na ausência de pressão de fluido diferencial, a mola 558 que atua entre a sede de mola 503 e a arruela 580 no ombro 548 do pistão 550 induz o pistão 550 contra a superfície frustocônica 534 que forma uma vedação de metal a metal. A reentrância 544 na circunferência externa do pistão 550 contém a vedação secundária que pode compreender a vedação raspadora 504. A vedação secundária 504 atua para impedir que a água do mar entre em contato com a porção do furo 588 entre a vedação primária 508 e a vedação secundária 504 fornecendo assim uma superfície não contaminada à vedação primária 508 para realizar a vedação. Será avaliado pelos elementos versados na técnica que a distância axial entre a vedação primária 508 e a vedação secundária 504 não deve ser menor que o curso total do pistão 550 para garantir que a vedação primária 508 entre em contato apenas com a porção protegida do furo 588 durante um curso total do pistão 550.

Uma porção de diâmetro externo reduzido 578 pode ser fornecida no corpo de pistão 550 entre a vedação primária 508 e a vedação secundária 504.

Na modalidade da Figura 5, a vedação de pressão hidrostática é uma “vedação raspadora” compreendida em um corpo de elastômero entalhado 504 com um inserto de metal em forma de V 506 que induz as pernas da vedação elastomérica em direções radiais opostas para aumentar a eficácia de vedação da vedação raspadora. O entalhe em forma de V na vedação 504 também pode atuar para fornecer uma vedação energizada por pressão que responde à pressão hidrostática quando a vedação for usada submersa.

Uma quarta modalidade da invenção é mostrada na Figura 6. Essa modalidade possui a mesma configuração geral, cartucho de vedação, vedação primária e vedação de pressão hidrostática como vedação de pressão que a modalidade ilustrada na Figura 3. Entretanto, nessa modalidade, as vedações de metal a metal em cada extremidade do pistão são substituídas por vedações do tipo gatilho. As vedações de gatilho são compreendidas de um anel polimérico 603, 699 retido por um inserto de metal 605, 695. As vedações do tipo gatilho de tamanhos diferentes podem ser fornecidas em cada extremidade do pistão. Como mostrado na Figura 6, a vedação de gatilho na extremidade inferior do pistão (como orientado na Figura 6) pode se vedar contra a superfície frustocônica 616 na sede de mola. As vedações de gatilho podem fornecer uma vedação aprimorada de pressão de fluido dentro do sistema.

Um acoplamento hidráulico fêmea provisório aperfeiçoado 600 de acordo com essa quarta modalidade da invenção é mostrado na Figura 6. A câmara de recepção 614 possui uma vedação de sonda tipo coroa 610 contida no cartucho de vedação 608 que pode ser igual ao cartucho de vedação 308 descrito acima. O cartucho de vedação 608 retém a vedação C de metal 612 sobre um ombro dentro do furo 688 do corpo de acoplamento 640. Uma vedação C de metal do tipo ilustrado é descrita na Patente U.S. No. 6.962.347. O anel em O 618 em um entalhe adjacente nesse ombro fornece uma vedação entre o cartucho de vedação 608 e o corpo 640 do elemento de acoplamento 600. O pistão 650 é fornecido em uma porção do furo 688 (que pode atuar como um cilindro dentro do qual o pistão 650 desliza). O pistão 650 possui uma primeira extremidade 652 orientada em direção à primeira extremidade 670 do corpo de acoplamento 640 e uma segunda extremidade oposta 654 orientada em direção à segunda extremidade 672 do corpo de acoplamento 640. A primeira extremidade 652 do pistão 650 pode ter uma reentrância internamente rosqueada para engatar a haste externamente rosqueada 692 no retentor de vedação de gatilho 605. O retentor de vedação de gatilho 605 possui um ombro 694 para reter a vedação de anel polimérico 603 contra a primeira extremidade 652 do pistão 650. A vedação 603 se apoia contra a superfície frustocônica 634 na superfície interna do furo 688. A reentrância hexagonal 693 pode ser fornecida para engatar uma ferramenta (por exemplo, uma chave) para instalar e/ou remover o retentor de vedação 605. A segunda extremidade 654 do pistão 650 compreende uma porção de diâmetro externo reduzido 656 que forma o ombro 648 no corpo do pistão 650. A superfície frustocô-nica 660 pode ser fornecida na porção 656 próxima à segunda extremidade 654.

Uma segunda vedação tipo gatilho pode ser fornecida na segunda extremidade 654 do pistão 650. A segunda extremidade 654 do pistão 650 pode ter uma reentrância internamente rosqueada para engatar a haste externamente rosqueada 696 no retentor de vedação de gatilho 695. O retentor de vedação de gatilho 695 possui o ombro 698 para reter a vedação de anel polimérico 699 contra a segunda extremidade 654 do pistão 650. A vedação 699 se apoia contra a superfície frustocônica 616 na superfície interna do furo 662 da sede de mola 603. A reentrância hexagonal 697 pode ser fornecida para engatar uma ferramenta (por exemplo, uma chave Allen) para instalar e/ou remover o retentor de vedação 695.

Como mostrado na Figura 6, o retentor de vedação 695 pode ser de um tamanho diferente do retentor de vedação 605. A mola de compressão 658 se apoia contra o ombro 648 em uma extremidade desse e contra a sede de mola 603 em uma segunda extremidade desse. A sede de mola 603 pode ser externamente rosqueada e engatar uma porção internamente rosqueada do furo 688 próxima à segunda extremidade 672. Um entalhe 666 na superfície cilíndrica externa de sede de mola 603 pode conter uma vedação de anel em O 668. A sede de mola 603 possui um furo axial central 662 que possui uma superfície frustocônica 616 em uma extremidade e um receptor de chave hexagonal 664 em uma extremidade oposta desse. A superfície frustocônica 616 pode ser dimensionada e configurada para se apoiar contra a vedação de gatilho 699 no pistão 650 quando essa estiver em um extremo de seu curso (abaixo na Figura 6) fornecendo assim uma vedação entre o pistão 650 e a sede de mola 603.

Na ausência de pressão de fluido diferencial, a mola 658 que atua entre a sede de mola 603 e o ombro 648 no pistão 650 induz o pistão 650 contra a superfície 634. O entalhe anular 642 na circunferência externa do pistão 650 contém a vedação primária que pode compreender um anel em O 606 flanqueado por um par de anéis de encosto 604. O entalhe anular 644 na circunferência externa do pistão 650 contém a vedação secundária que pode compreender o anel em O 646. A vedação secundária 646 atua para impedir que a água do mar entre em contato com a porção do furo 688 indicada em 602 fornecendo assim uma superfície não contaminada à vedação primária 606 para realizar a vedação. Será avaliado pelos elementos versados na técnica que a distância axial entre a vedação primária 606 e a vedação secundária 646 não deve ser menor que o curso total do pistão 650 para garantir que a vedação primária 606 entre em contato apenas com a porção protegida 602 do furo 688 durante um curso total do pistão 650.

Sob a influência de pressão de fluido hidráulico da sonda de um elemento de aco- plamento macho (não mostrado) inserido na câmara de recepção 614, o pistão pode ser mover para baixo na Figura 6 e estabelecer uma vedação na sede frustocônica 616 na sede inferior. Entretanto, o fluido é deslocado a partir da câmara de recepção 614 é retido pela vedação principal que, na modalidade ilustrada, é compreendido de uma vedação de anei em O 606 flanqueada por um par de anéis de encosto 604.

Nos acoplamentos provisórios da técnica anterior, a porção do furo indicada em 27 na Figura 1 e em 57 na Figura 2 fica exposta à água do mar quando o acoplamento for usado submerso. Descobriu-se que depósitos calcíferos que podem se formar nessa superfície podem comprometer a capacidade de vedação da vedação principal. Esse efeito pode ocorrer especialmente quando a vedação principal deslizar ao longo do furo interno quando o pistão se mover em resposta à pressão hidráulica dentro do acoplamento. Em um acoplamento provisório aperfeiçoado de acordo com a presente invenção, a vedação de pressão hidrostática impede que a água do mar entre na porção do furo indicada em 602 evitando assim o acúmulo de depósitos minerais e incrustações marinhas. Na modalidade ilustrada da Figura 6, essa vedação de pressão hidrostática é uma vedação de anel em O (646) retida em um entalhe círcunferencial (644) sobre a circunferência externa do pistão.

Embora as modalidades particulares da presente invenção sejam mostradas e descritas, essas não pretendem limitar a abrangência dessa patente. Um elemento versado na técnica irá entender que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que se abandone o escopo da presente invenção como literal e equivalentemente abrangido pelas reivindicações a seguir.

Claims (20)

1. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea submarino provisório, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo que possui um furo axial central; uma câmara de recepção dentro do furo axial central dimensionada para receber a sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente; uma câmara de expansão de deslocamento de água que possui uma primeira extremidade próxima à câmara de recepção e uma segunda extremidade oposta, sendo que a câmara de expansão de deslocamento de água está em comunicação fluida com a câmara de recepção; um pistão na câmara de expansão de deslocamento de água, sendo que o pistão possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta, o pistão é deslizável em resposta à pressão que atua contra a primeira extremidade e segunda extremidade para permitir que fluido se mova entre a câmara de recepção e a câmara de expansão de deslocamento de água; uma mola que atua sobre o pistão na direção da câmara de recepção; em que o pistão possui uma vedação anular primária próxima à primeira extremidade desse e uma vedação anular secundária axialmente deslocada da vedação anular primária na direção da segunda extremidade desse.

2. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma superfície frustocônica sobre a primeira extremidade do pistão e uma superfície frustocônica correspondente na primeira extremidade da câmara de expansão de deslocamento de água dimensionada e espaçada para fornecer uma vedação ao pistão quando o pistão estiver no limite de seu curso em resposta à ação da mola.

3. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: uma superfície frustocônica sobre a segunda extremidade do pistão; e, uma sede de mola na câmara de expansão de deslocamento de água que possui uma superfície frustocônica correspondente dimensionada e espaçada para fornecer uma vedação ao pistão quando o pistão estiver no limite de seu curso em resposta à pressão de fluido que atua sobre a primeira extremidade do pistão.

4. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície frustocônica sobre a sede de mola é uma porção de um furo axial central através da sede de mola.

5. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular primária sobre o pistão compreende um anel em O.

6. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular primária compreende um par de anéis de encosto que flanqueiam o anel em O.

7. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular secundária sobre o pistão compreende um anel em O.

8. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular secundária sobre o pistão é axialmente deslocada a partir da vedação anular primária sobre o pistão por uma distância que não é menor que o curso total do pistão na câmara de expansão de deslocamento de água.

9. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma vedação anular sobre a sede de mola que se veda entre a sede de mola e o furo axial central.

10. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea submarino provisório, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo que possui um furo axial central e uma superfície frustocônica nesse; uma câmara de recepção dentro do furo axial central dimensionado para receber a sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente; uma câmara de expansão de deslocamento de água que possui uma primeira extremidade próxima à câmara de recepção e uma segunda extremidade oposta, sendo que a câmara de expansão de deslocamento de água está em comunicação fluida com a câmara de recepção, um pistão na câmara de expansão de deslocamento de água, sendo que o pistão possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta, o pistão é deslizável em resposta à pressão que atua contra a primeira extremidade e a segunda extremidade para permitir que o fluido se mova entre a câmara de recepção e a câmara de expansão de deslocamento de água; uma mola que atua sobre o pistão na direção da câmara de recepção; uma sede de mola dentro do furo axial central que se apoia contra a mola e possui um furo axial central com uma superfície frustocônica em uma extremidade desse; em que o pistão possui uma vedação anular primária próxima à primeira extremidade desse, uma vedação anular secundária axialmente deslocada da vedação anular primária na direção da segunda extremidade desse, uma primeira vedação do tipo gatilho na primeira extremidade desse dimensionada e espaçada para engatar a superfície frustocônica no furo axial central do corpo de acoplamento e uma segunda vedação do tipo gatilho na segunda extremidade desse dimensionada e espaçada para engatar a superfície frustocônica na sede de mola.

11. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 10, em que a vedação anular secundária sobre o pistão é axialmente deslocada a partir da vedação anular primária sobre o pistão por uma distância que não é menor que o curso total do pistão na câmara de expansão de deslocamento de água.

12. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeira e segunda vedações do tipo gatilho compreendem uma vedação de anel polimérico retida contra uma extremidade do pistão por um inserto conectado a uma extremidade do pistão e possui um ombro cortado na parte inferior dimensionado para conter uma porção do anel polimérico.

13. Elemento de acoplamento fêmea submarino provisório, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeira e segunda vedações do tipo gatilho possuem diâmetros externos diferentes.

14. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea submarino provisório, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo que possui um furo axial central; uma câmara de recepção dentro do furo axial central dimensionada para receber a sonda de um elemento de acoplamento macho correspondente; uma câmara de expansão de deslocamento de água que possui uma primeira extremidade próxima à câmara de recepção e uma segunda extremidade oposta, sendo que a câmara de expansão de deslocamento de água está em comunicação fluida com a câmara de recepção; um pistão na câmara de expansão de deslocamento de água, o pistão possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta, o pistão deslizável em resposta à pressão que atua contra a primeira extremidade e a segunda extremidade para permitir que o fluido se mova entre a câmara de recepção e a câmara de expansão de deslocamento de água; um ombro sobre a circunferência externa do pistão próximo à segunda extremidade do pistão; um entalhe anular na circunferência externa do pistão adjacente ao ombro sobre a circunferência externa; uma arruela que possui um furo axial central dimensionado de modo que a arruela possa ser sustentada sobre o ombro na circunferência externa do pistão próxima à segunda extremidade do pistão; uma mola que atua sobre o pistão através da arruela na direção da câmara de recepção; em que o pistão possui uma vedação anular primária próxima à primeira extremidade desse e uma vedação raspadora anular secundária no entalhe anular na circunferência externa do pistão adjacente ao ombro sobre a circunferência externa que é axialmente deslocada a partir da vedação anular primária na direção da segunda extremidade desse.

15. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular primária compreende um anel em O.

16. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um par de anéis de encosto que flanqueiam o anel em O.

17. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação anular primária compreende uma vedação T flanqueada por um par de anéis de encosto.

18. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que os anéis de encosto compreendem um plástico de engenharia.

19. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação raspadora secundária compreende um entalhe em forma de V e um inserto de metal no entalhe em forma de V que atua para desviar pelo menos uma porção da vedação em uma direção radial.

20. Elemento de acoplamento hidráulico fêmea provisório, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adícionalmente uma superfície frustocônica no furo axial central do corpo de acoplamento e uma borda circular sobre a primeira extremidade do pistão dimensionada e espaçada para engatar a superfície frustocônica e formar uma vedação de metal a metal entre o pistão e o corpo de acoplamento.