BR102014012812B1

BR102014012812B1 - Pistão autoalinhante e conjunto de agarrar tubos

Info

Publication number: BR102014012812B1
Application number: BR102014012812-3A
Authority: BR
Inventors: Preston R. Fox; Neil E. West; Lawrence E. Wells
Original assignee: National Oilwell Varco, L. P.
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2021-07-20
Also published as: CA2851008C; CN104213856B; CA2851008A1; US9452535B2; BR102014012812A2; US20160354934A1; EP2808480B1; EP2808480A3; US20140353997A1; EP2808480A2; CN104213856A; US10081110B2

Abstract

conjunto de agarrar tubo autoalinhamento e método para fazer e usar o mesmo. a presente invenção refere-se a um pistão de autoalinhamento que está configurado para seletivamente engatar e desengatar um segmento de tubo para permitir que o eixo de saída do acionamento superior seja acoplado ao segmento de tubo. em uma conncretização, o pistão de autoalinhamento inclui um corpo de pistão configurado para rodar entra uma primeira posição, e pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico acoplado ao corpo do pistão, um conjunto de rolo acoplado ao corpo do pistão e um came disposto entre pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico e o conjunto de rolamento. o elemento de armazenamento de energia elástico está configurado para influenciar o corpo do pistão para a primeira posição pela rotação do conjunto de rolamento ao longo do came.

Description

CAMPO

[0001] A presente divulgação refere-se genericamente a conjuntos de agarrar tubos, e mais particularmente a pistões de agarrar tubo autoalinhante.

FUNDAMENTOS

[0002] O processo de perfuração de um poço de petróleo normalmente envolve a montagem de colunas de perfuração e colunas de revestimento e inserção das colunas de perfuração e colunas de revestimento no solo para formar um furo de poço. As colunas de perfuração e as colunas de revestimento se estendem para baixo a partir de uma plataforma de perfuração de petróleo e para dentro do solo. As colunas de perfuração e as colunas de revestimento são rotacionalmente empurradas para o solo por um motor de acionamento no topo da plataforma de perfuração. Colunas de perfuração normalmente incluem uma série de segmentos de perfuração que são roscados juntos. O segmento mais baixo da broca (isto é, o segmento de perfuração que se estende mais longe dentro do solo) inclui uma broca de perfuração na sua extremidade inferior. Normalmente, a coluna de revestimento é fornecida em torno da coluna de perfuração para forrar o furo do poço após a operação de perfuração ter sido concluída. A coluna de revestimento é configurada para garantir a integridade do furo do poço. A coluna de revestimento exclui uma série de segmentos de revestimento que são roscados juntos.

[0003] Recentemente, dispositivos de agarramento de tubos foram concebidos os quais utilizam o acionamento superior (top drive) existente na plataforma de perfuração de petróleo para montar as colunas de perfuração e as colunas de revestimento. Alguns dispositivos de agarramento de tubos convencionais são montados fixamente em um suporte robusto. Contudo, quando tais dispositivos de agarramento convencionais estão sujeitos a uma grande força fora de centro durante o funcionamento, o dispositivo de agarramento convencional pode ser danificado, o qual é tanto caro e demorado quando a operação de perfuração deve parar, a fim de reparar o dispositivo de agarrar tubo danificado.

SUMÁRIO

[0004] A presente divulgação refere-se a várias concretizações de um conjunto de agarrar tubos e um pistão de autoalinhamento para utilização em sistemas de perfuração de poços de petróleo. Os conjuntos de agarrar tubos e pistões de autoalinhamento da presente divulgação estão configurados para acoplar e desacoplar seletivamente um segmento de tubo e para corrigir desalinhamentos em relação ao segmento de tubo.

[0005] De acordo com uma concretização da presente divulgação, o pistão de autoalinhamento inclui um corpo de pistão configurado para rodar entre uma primeira posição e uma segunda posição, um elemento de armazenamento de energia elástico acoplado ao corpo do pistão, um conjunto de rolos acoplado ao corpo do pistão e um came disposto entre um elemento de armazenamento de energia elástico e o conjunto de rolos. Em uma concretização, a primeira posição é uma orientação alinhada em relação ao segmento de tubo e a segunda posição é uma orientação desalinhada em relação ao segmento de tubo. O elemento de armazenamento de energia elástico está configurado para pressionar o corpo do pistão para a primeira posição (por exemplo, a orientação alinhada) pela rotação do conjunto de rolos ao longo do came. Em uma concretização, o elemento de armazenamento de energia elástico inclui várias molas. Em uma concretização, o pistão de autoalinhamento inclui um conjunto de cunho acoplado ao corpo do pistão. Em uma concretização, o came define uma superfície de cames com contornos que tem um par de cavidades opostas e um par de vértices opostos. Os rolos no conjunto de rolos estão configurados para descansar nas cavidades quando o corpo do pistão se encontra na primeira posição (por exemplo, a orientação alinhada) e para rolar ao longo da superfície do came para os vértices conforme o corpo do pistão é girado para a segunda posição (por exemplo, a orientação desalinhada). O elemento de armazenamento de energia elástico é configurado para predispor os rolos nas cavidades para devolver o corpo do pistão para a primeira posição (por exemplo, a orientação alinhada). Em uma concretização, o elemento de armazenamento de energia elástico está em um estado pré-comprimido quando o corpo do pistão se encontra na primeira posição e o elemento de armazenamento de energia elástico está comprimido ainda mais para um estado mais elevado de energia potencial quando o corpo do pistão se encontra na segunda posição. Este estado de maior energia potencial fornece a força motriz para devolver o corpo do pistão para primeira posição, normal, alinhada. Em uma concretização, o pistão autoalinhante está configurado para deslizar ao longo de um eixo estriado entre uma posição engatada com o segmento de tubo e uma posição desengatada. Em uma concretização, o came inclui um cubo possuindo uma superfície estriada configurada para encaixar o eixo estriado para impedir a rotação do came em torno do eixo estriado.

[0006] De acordo com uma outra concretização da presente divulgação, o conjunto de agarrar tubos inclui uma primeira e uma segunda garras configuradas para apertar em torno de um segmento de tubo, pelo menos um eixo estriado fixamente alojado em cada uma das primeira e segunda garras, e pelo menos um pistão de autoalinhamento alojado em cada uma das primeira e segunda garras. Os pistões autoalinhados estão configurados para deslizar ao longo do eixo estriado entre uma posição engatada e uma posição desengatada. Em uma concretização, cada um dos pistões, pelo menos um pistão auto alinhante inclui um corpo de pistão configurado para rodar entre uma primeira posição (por exemplo, uma orientação alinhada em relação ao segmento de tubo) e uma segunda posição (por exemplo, uma orientação desalinhada em relação ao segmento de tubo), pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico acoplado ao corpo do pistão, um conjunto de rolos acoplado ao corpo do pistão e um came disposto entre, pelo menos, um elemento de armazenamento de energia elástico e o conjunto do rolamento. O elemento de armazenamento de energia elástico está configurado para pressionar o corpo do pistão para a primeira posição pela rotação do conjunto de rolos ao longo do came.

[0007] Em uma concretização, cada uma das primeira e segunda garras inclui uma abertura de extensão configurada para receber fluido hidráulico pressurizado a fim de acionar cada um de pelo menos um pistão autoalinhante para a posição engatada e uma e uma abertura de retração configurada para receber fluido hidráulico pressurizado para acionar cada um de pelo menos um pistão autoalinhante para a posição desengatada. Em uma concretização, o conjunto de agarrar tubos inclui pelo menos uma sobreposta do engaxetamento fixamente instalada em cada uma das primeira e segunda garras. As sobrepostas do engaxetamento estão configuradas para criar uma vedação estanque aos fluidos em torno de cada um dos, pelo menos, um pistão autoalinhante.

[0008] Este sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos que são descritos pormenorizadamente abaixo na descrição detalhada. Este sumário não se destina a identificar as características chave ou essenciais da matéria reivindicada, nem está destinado a ser utilizado para limitar o escopo da matéria reivindicada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] Estas e outras características e vantagens das concretizações da presente divulgação serão mais evidentes por referência à seguinte descrição detalhada quando consideradas em conjunto com os seguintes desenhos. Nos desenhos, os números de referência semelhantes são utilizados em todas as figuras para fazer referência como características e componentes. Os desenhos não estão necessariamente desenhados em escala.

[00010] A FIGURA 1 é uma vista em elevação lateral de uma plataforma de perfuração incorporando um conjunto de agarrar tubos de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00011] a FIGURA 2A é uma vista em perspectiva de um conjunto de agarrar tubos, incluindo uma garra alojando dois conjuntos de pistões auto alinhantes de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00012] a FIGURA 2B é uma vista em perspectiva da concretização do conjunto de agarrar tubos ilustrado na FIGURA 2A com a garra, representada em tracejado;

[00013] as FIGURAS 2C e 2D são vistas em perspectiva frontais de uma sobreposta do engaxetamento e um eixo estriado, de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00014] as FIGURAS 3A e 3B são vistas explodidas em perspectiva traseira e frontal, respectivamente, de um dos conjuntos de pistões auto-alinhantes ilustrados nas FIGURAS 2A e 2B;

[00015] as FIGURAS 4A e 4B são vistas em perspectiva traseiras e dianteiras, respectivamente, de um came de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00016] as FIGURAS 4C e 4D são vistas em planta de trás e da frente, respectivamente, do came ilustrado nas figuras 4A e 4B;

[00017] as FIGURAS 4E e 4F são uma vista lateral e uma vista superior, respectivamente, do came ilustrado nas FIGURAS 4A-4D;

[00018] as FIGURAS 5A e 5B são vistas em perspectiva traseiras e dianteiras, respectivamente, de um conjunto de rolos de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00019] as FIGURAS 5C e 5D são uma vista superior e uma vista lateral, respectivamente, do conjunto de rolos ilustrado nas FIGURAS 5A e 5B;

[00020] as FIGURAS 6A e 6B são vistas em perspectiva traseiras e dianteiras, respectivamente, da caixa do pistão de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00021] a FIGURA 6C é uma vista em planta posterior da caixa do pistão ilustrada nas FIGURAS 6A e 6B;

[00022] as FIGURAS 7A e 7B são vistas em perspectiva traseiras e dianteiras, respectivamente, de um conjunto de cunho de acordo com uma concretização da presente divulgação;

[00023] a FIGURA 7C é uma vista em planta da frente do conjunto de cunho ilustrada nas FIGURAS 7A e 7B;

[00024] as FIGURAS 7D e 7E são vistas em corte transversal do conjunto de cunho ilustrado na FIGURA 7C tomada ao longo das linhas D-D e E-E, respectivamente;

[00025] as FIGURAS 8 A e 8B são vistas em perspectiva do conjunto do pistão autoalinhante de acordo com uma concretização da presente divulgação em uma orientação alinhada e uma orientação desalinhada, respectivamente, em relação a um segmento de tubo; e

[00026] as FIGURAS 8C e 8D são vistas laterais do conjunto do pistão autoalinhante de acordo com uma concretização da presente divulgação mostradas em uma orientação alinhada e uma orientação desalinhada, respectivamente, em relação a um segmento de tubo. DESCRIÇÃO DETALHADA

[00027] A presente divulgação é direcionada aos conjuntos de agarrar tubos e aos conjuntos de pistão autoalinhante para uso em sistemas de perfuração de poços de petróleo para conectar e desconectar segmentos de tubos para uma coluna de tubos que se estende para baixo em um furo de poço. Tal como aqui utilizado, o termo "segmento de tubo" refere-se a segmentos de revestimento e / ou segmentos de perfuração, e o termo "coluna de tubos" refere-se a colunas de tubos de revestimento e / ou colunas de perfuração. Os conjuntos pistão autoalinhantes da presente divulgação estão configurados para engatar um segmento de tubo de tal modo que um eixo de saída de um acionamento superior (top drive) existente possa ser enfiado no se-gmento de tubo, (ou seja, os conjuntos de pistões autoalinhantes fixam o segmento de tubo de tal modo que o eixo de saída do acionamento superior possa rodar em relação ao segmento de tubo para conectar o eixo de saída ao segmento de tubo).

[00028] Além disso, em resposta a uma carga fora do centro, os conjuntos de pistões de autoalinhamento de presente divulgação estão configurados para rodar fora de alinhamento com o segmento de tubo a fim de mitigar as tensões nos conjuntos de pistões autoalinhantes (ou seja, os conjuntos de pistões autoalinhantes são configurados para rodar fora de alinhamento para a sobrevivência). No entanto, esse desalinhamento entre os conjuntos de pistões autoalinhantes e o segmento de tubo reduz a eficácia dos conjuntos de agarrar tubos e representa um risco de danificar o segmento de tubo através de manuseio incorreto. Por conseguinte, os conjuntos de pistões auto- alinhantes da presente divulgação são também configurados para corrigir o desalinhamento rotacional indesejável entre os conjuntos de pistões autoalinhantes e os segmentos de tubos sem a necessidade de realinhamento manual dos diversos componentes dos conjuntos de pistões autoalinhantes. Assim, os conjuntos de pistões autoalinhantes da presente divulgação estão configurados para permitir a rotação dos conjuntos de pistões autoalinhantes fora de alinhamento com o segmento de tubo para mitigar as tensões sobre os conjuntos de pistões autoalinhantes e, em seguida, retornar automaticamente os conjuntos de pistões autoalinhantes a sua orientação alinhada em relação ao segmento de tubo.

[00029] Os conjuntos de agarrar tubos e os conjuntos de pistões auto-alinhantes da presente divulgação podem ser incorporados em qualquer ferramenta de tubo adequada existente em operação. Uma ferramenta adequada de operar tubos está descrita na Patente dos Estados Unidos No. 7.510.006, todo o conteúdo da qual está aqui incorporado por referência. Uma ferramenta de operar tubos 100 projetada para uso em uma plataforma de perfuração de poços 101 está ilustrada na FIGURA 1. A plataforma de perfuração de poços 101 inclui um conjunto de estrutura 102 e um conjunto de acionamento superior 103. O conjunto de acionamento superior 103 inclui um motor de acionamento 104 e um eixo de saída do acionamento superior 105 estendendo-se para baixo a partir do motor de acionamento 104. A ferramenta de operar tubos 100 inclui um conjunto da estrutura 106, um eixo giratório 107, e um conjunto de acoplamento de tubos 108 acoplado ao eixo giratório 107. O eixo giratório 107 da ferramenta de operar tubos 100 é acoplado rotativamente ao eixo de saída do acionamento superior 105 de tal modo que, quando o eixo de saída do acionamento superior 105 é girado pelo motor de acionamento superior 104, o eixo giratório 107 da ferramenta de operar tubos 100 é girado de forma síncrona. O conjunto de engate de tubo 108 da ferramenta de operar tubos 100 inclui uma aranha / elevador 109 configurado para engatar seletivamente um segmento de tubo 110 para permitir que a plataforma de perfuração de poços 101 crie uma conexão roscada entre o eixo de saída do acionamento superior 105 e o segmento de tubo 110 e, subsequentemente, uma conexão roscada entre o segmento de tubo 110 e uma coluna de tubos 111.

[00030] A fim de criar uma conexão roscada entre o segmento de tubo 110 e a coluna de tubos 111, o segmento de tubo 110 é içado primeiro para cima, até a extremidade superior do segmento de tubo 110 que se prolonga através da aranha / elevador 109. A aranha /o elevador 109 é então acionado em uma posição engatada para engatar positivamente o segmento de tubo 110. O engate entre a aranha /o elevador 109 e o segmento de tubo 110 impedem a rotação relativa entre o segmento de tubo 110 e a aranha /o elevador 109. O motor de acionamento superior 104 é então acionado para girar o eixo de saída do acionamento superior 105, que por sua vez cria uma conexão rosqueada entre o eixo saída do acionamento superior 105 e o segmento de tubo 110 por meio do eixo rotativo 107. Uma vez que eixo de saída do acionamento superior 105 é acoplado ao segmento de tubo 110, a aranha /o elevador 109 pode ser acionado para uma posição desengatada para liberar o segmento de tubo 110 de tal modo que o segmento de tubo 110 pode rodar de forma sincronizada com a rotação do eixo de saída do acionamento superior 105.

[00031] O conjunto de acionamento superior 103 é então abaixado em relação à estrutura da plataforma 102 ao longo de um par de trilhos-guia 114 para colocar em contato uma extremidade inferior com rosca 115 do segmento de tubo 110 com uma extremidade superior com rosca 116 da coluna de tubos 111. Tal como ilustrado na FIGURA 1, a coluna de tubos 111 se estende para dentro do furo do poço através de uma aranha montada embutida 117 montada em uma abertura central 112 no piso de perfuração 113. Durante o processo de acoplamento do segmento de tubo 110 à coluna de tubos 111, a aranha montada embutida 117 é acionada para engatar a coluna de tubos 111 para impedir a rotação relativa da coluna de tubos 111 com relação à aranha embutida 117. O motor de acionamento superior 104 é então acionado para girar o eixo de saída do acionamento superior 105, que por sua vez gira o eixo rotativo 107 da ferramenta de operação de tubo 100 e o segmento de tubo 110. O segmento de tubo 110 é assim girado para engate rosqueado com a coluna de tubos 111. Será apreciado que a plataforma de perfuração de poços 101 e a ferramenta de operação de tubos 100 também estão configuradas para desacoplar (ou seja; desprender) o segmento de tubo 110 da coluna de tubos 111. Os conjuntos de agarrar tubos e os conjuntos de pistões de autoalinhamento da presente divulgação podem ser integrados na aranha /no elevador 109 da ferramenta de operação de tubos 100 ou qualquer outra estrutura adequada.

[00032] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 2A e 2B, o conjunto de agarrar tubos 120 inclui um par de garras 121, 121’ configuradas para apertarem juntas ao redor do segmento de tubo 110. Em uma concretização, ambas as garras 121, 121'são semelhantes ou idênticas de tal forma que as designações de número de referência atribuído às partes constituintes e / ou características de uma das garras 121 se aplicam igualmente às partes constituintes e / ou características da outra garra 121'. Na concretização ilustrada, cada garra 121, 121' aloja dois conjuntos de pistões de auto-alinhamento 122 dispostos em uma configuração em forma de V (isto é, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 estão dispostos radialmente nas garras 121, 121'). Juntos, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 no par de garras 121, 121 'estão dispostos em uma configuração em forma de X (ou seja, cada conjunto de pistão de autoalinhamento 122 em uma das garras 121 corresponde a um conjunto do pistão de autoalinhamento 122 diametralmente oposto à outra garra 121'). Será apreciado, no entanto, que cada garra 121, 121 'pode alojar qualquer outro número adequado de conjuntos de pistões de autoalinhamento 122, tais como, por exemplo, de um a quatro, e ainda cair dentro do âmbito e espírito da presente divulgação. Além disso, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 podem ser dispostos em qualquer outra configuração adequada nas garras 121, 121 ', tal como, por exemplo, uma configuração em linha, e ainda cair dentro do âmbito e espírito da presente divulgação.

[00033] Com referência continuada agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 2A e 2B, cada garra 121, 121' inclui um entalhe semicircular 123 e duas aberturas 124, 125 (por exemplo, furos cegos cilíndricos lisos) estendendo-se radialmente para fora a partir da ranhura semicircular 123. Quando as garras 121,121'são apertadas juntas em torno do segmento de tubo 110, os entalhes semicirculares 123 definem uma abertura circular através da qual passa o segmento de tubo 110. Como mostrado nas FIGURAS 2A e 2B, as aberturas 124,125 são configuradas para abrigar os dois conjuntos de pistões de auto-alinhamento 122.

[00034] Os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 estão configurados para serem acionados entre uma posição engatada e uma posição desengatada, de tal modo que o conjunto de agarrar tubos 120 pode acoplar e desacoplar seletivamente o segmento de tubo 110. Quando os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são acionados na posição engatada, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 se projetam para dentro a partir dos entalhes semicirculares 123 nas garras 121, 121'. Em contrapartida, quando os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são acionados para a posição desengatada, os conjuntos de pistões 122 são retraídos para dentro das aberturas 124, 125 nas garras 121, 121’ de tal modo que os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 não se projetam para o interior além dos entalhes semicirculares 123 nas garras 121, 121’. Os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 estão ilustrados em uma posição retraída, desengatada na FIGURA 2A e em uma posição estendida, engatada na FIGURA 2B.

[00035] Na posição estendida, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são configurados para engatar positivamente o segmento de tubo 110 para impedir a rotação relativa entre o segmento de tubo 110 e o conjunto de agarrar tubos 120. Por conseguinte, o eixo de saída do acionamento superior 105 pode ser roscado para engate com o segmento de tubo 110 atuando o motor do acionamento superior 104. Será apreciado que o engate positivo entre os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 e o segmento de tubo 110 também permite que a plataforma de perfuração de petróleo 101 desacople o segmento de tubo 110 do eixo de saída da unidade de acionamento superior 105. Na posição retraída, os conjuntos de pistões de auto-alinhamento 122 são desengatados do segmento de tubo 110, a fim de permitir que o segmento de tubo 110 gire de forma síncrona com o eixo de saída do acionamento superior 105. Consequentemente, quando os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são desengatados do segmento de tubo 110, motor de acionamento superior 104 pode criar uma conexão rosqueada entre o segmento de tubo 110 e a coluna de tubos 111 (ou seja, motor de acionamento superior 104 pode ser acionado para rodar o eixo de saída do acionamento superior 105, o qual por sua vez rosca o segmento de tubo 110 para engate com a coluna de tubos 111, a qual é mantida no lugar pela aranha embutida 117 ou outra estrutura adequada).

[00036] Os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 podem ser acionados entre as posições engatada e desengatada por quaisquer meios adequados, tais como, por exemplo, um motor pneumático, um motor elétrico, um motor hidráulico, ou qualquer combinação dos mesmos. Na concretização mostrada nas FIGURAS 2A e 2B, os conjuntos de pistões de autoalinhamento 1 estão configurados para serem acionados por um motor hidráulico. Cada garra 121, 121' inclui, pelo menos, uma abertura de extensão 126 e pelo menos uma abertura de retração 127. Na concretização ilustrada, o número de aberturas de extensão 126 e o número de aberturas de retração 127 correspondem ao número de conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 alojados em cada garra 121,121' (ou seja, cada garra 121, 121' aloja dois conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 e inclui duas aberturas de extensão 126, 126’ e duas aberturas de retração 127, 127 '). As aberturas de extensão e retração 126, 127 são configuradas para acionar um dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 entre as posições engatada e desengatada, e as aberturas de extensão e retração 126, 127’ estão configuradas para acionar o outro conjunto de pistões de autoalinhamento 122 entre as posições engatada e desengatada. Será apreciado, contudo, que o número de aberturas de extensão 126 e o número de aberturas de retração 127 podem diferir do número de conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 e pode ter uma única abertura de extensão 126 e de uma única abertura de retração 127.

[00037] As aberturas de extensão 126, 126'estão configuradas para serem acopladas a um sistema hidráulico que entrega fluido hidráulico pressurizado para acionar os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122, para dentro das posições engatadas e estendidas, conforme mostrado na FIGURA 2B. As aberturas de retração 127, 127'estão configuradas para serem acopladas a um sistema hidráulico que entrega fluido hidráulico pressurizado para acionar os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122, para dentro das posições desengatadas e posições retraídas, conforme mostrado na FIGURA 2A. Na concretização ilustrada, o conjunto de agarrar tubos 100 inclui uma união ‘T’ 128 acoplada a uma das aberturas de extensão 126, uma união de joelho 129 acoplada à outra abertura de extensão 126', e uma linha hidráulica 130 que se estende entre a união ‘T’ 128 e a união de joelho 129. O fluido hidráulico pressurizado é configurado para fluir para dentro da união ‘T’128 e a união 'T’ 128 está configurada para dividir o fluxo de fluido hidráulico pressurizado igualmente entre duas aberturas de extensão 126, 126’. Igualmente, na concretização ilustrada, o conjunto de agarrar tubos 100 inclui uma união ‘T’ 131 acoplada a uma das aberturas de retração 127, uma união de joelho 132 acoplada à outra abertura de retração 127', e uma linha hidráulica 133 que se estende entre a união ‘T’ 131 e a união de joelho 132. O fluido hidráulico pressurizado é configurado para fluir para dentro da união ‘T’131 e a união 'T’ 131 está configurada para dividir o fluxo de fluido hidráulico pressurizado igualmente entre duas aberturas de retração 127,127’.

[00038] Com referência continuada às FIGURAS 2A e 2B, cada um dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 está configurado para deslizar ao longo de um eixo 135 conforme os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são acionados entre a posição engatada (FIGURA 2B) e a posição desengatada (FIGURA 2A). Os eixos 135 estão fixamente alojados nas aberturas 124, 125 na garra 121, 121'. Na concretização mostrada nas FIGURAS 2B e 2D, cada eixo 135 inclui uma parte do corpo cilíndrica 136 e uma haste cilíndrica alongada 137 projetando-se para dentro da parte do corpo cilíndrica 136. Pelo menos uma parte da haste cilíndrica alongada 137 é estriada (ou seja, o eixo 135 inclui uma série de entalhes ou ranhuras 138 estendendo-se longitudinalmente ao longo da haste cilíndrica alongada 137 e dispostos circunferencialmente em torno da haste cilíndrica alongada 137). Como descrito em mais detalhe abaixo, os eixos estriados 135 estão configurados para restringir a rotação de alguns dos componentes dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 e permitir a rotação de alguns outros componentes dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 com o objetivo de autoalinhar os conjuntos de pistões 122 com o segmento de tubo 110.

[00039] Ainda com referência à FIGURA 2B, cada um dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 é recebido de forma deslizante em uma sobreposta do engaxetamento 140. As sobrepostas do engaxetamento 140 estão configuradas para criar uma vedação estanque em torno dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 (por exemplo, as sobrepostas do engaxetamento 140 estão configuradas para evitar que o fluido hidráulico vaze para fora do conjunto de agarrar tubos 120). As sobrepostas do engaxetamento 140 estão fixamente alojadas nas aberturas 124, 125 nas garras 121, 121'. Em uma concretização, as sobrepostas do engaxetamento 140 são ajustadas por pressão ou por atrito dentro das aberturas 124, 125 nas garras 121, 121’. Tal como ilustrado na FIGURA 2C, cada sobreposta do engaxetamento 140 inclui uma superfície externa cilíndrica 141 e uma abertura central 142 (por exemplo, um furo cilíndrico liso) estendendo-se entre as extremidades interna e externa 143, 144, respectivamente, da sobreposta do engaxetamento 140. As aberturas centrais 142 nas sobrepostas do engaxetamento 140 estão configuradas para receber de modo deslizável os conjuntos de pistão autoalinhantes 122 (isto é, os conjuntos de pistão autoalinhantes 122 deslizam nas aberturas centrais 142 das sobrepostas do engaxetamento 140 conforme os conjuntos de pistão autoalinhantes 122 são acionados entre as posições engatada e desengatada). Cada sobreposta do engaxetamento 140 também inclui um rebaixo retangular 145 que se estende para fora a partir da extremidade interior 143. Quando os conjuntos de pistão autoalinhantes 122 estão na posição desengatada, retraída (vide FIGURA 2A), os conjuntos de cunho, descritos em detalhe a seguir, são recebidos nos rebaixos retangulares 145 nas sobrepostas do engaxetamento. Quando os conjuntos de pistão autoalinhantes 122 estão na posição estendida, engatada (vide FIGURA 2B), os conjuntos de cunho se estendem para fora dos rebaixos retangulares 145 e além das extremidades internas 143 das sobrepostas do engaxetamento 140. Na concretização ilustrada, a superfície cilíndrica externa 141 de cada sobreposta do engaxetamento 140 inclui também um par de entalhes opostos arqueados (apenas um entalhe 146 é visível na FIGURA 2C). Quando as sobrepostas do engaxetamento 140 são recebidas nas aberturas 124, 125 nas garras 121, 121 ', como ilustrado nas FIGURAS 2A e 2B, os pinos 147 são configurados para se estenderem para baixo através das aberturas 148 nas garras 121, 121' e nos entalhes arqueados 146 para prenderem fixamente as sobrepostas do engaxetamento 140 às garras 121,121'.

[00040] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 3A e 3B, cada conjunto de pistão de autoalinhamento 122 inclui um corpo de pistão 150, um conjunto de cunho 151 configurado para ser acoplado a uma extremidade interna 152 do corpo de pistão 150, uma pluralidade de molas 153 configuradas para ser alojadas no corpo do pistão 150, um conjunto de rolos 154 configurado para ser acoplado a uma extremidade externa 155 do corpo do pistão 150, um came 156 disposto entre as molas 153 e o conjunto de rolos 154, e um conjunto de rolamento de impulso 157 disposto entre o came 156 e as molas 153.

[00041] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 4A-4F, o came 156 inclui um cubo central 160 e um aro 161 em torno do cubo 160. Na concretização ilustrada, o cubo 160 é uma saliência cilíndrica de parede fina que tem uma superfície externa lisa 162 e uma superfície interna estriada 163 que tem uma pluralidade de sulcos ou dentes 164 que se estendem longitudinalmente ao longo da superfície interna 163 do cubo 160 e dispostos circunferencialmente em torno da superfície interior 163 do cubo 160). A superfície interna estriada 163 do cubo 160 está configurada para engatar o eixo estriado 135 (isto é, os dentes 164 no came 156 são configurados para engrenar com as ranhuras 138 no eixo estriado 135). O engate entre os dentes 164 sobre o came 156 e as ranhuras 138 no eixo 135 é configurado para impedir o came 156 de rodar em torno do eixo 135, mas, permitir que o came 156 deslize ao longo do eixo 135 axialmente, o significado do qual está descrito abaixo (ou seja, o came estriado 156 permanece rotacionalmente fixo em relação ao eixo estriado 135, mas está configurado para ser transferido axialmente ao longo do eixo estriado 135).

[00042] Com referência continuada às FIGURAS 4A-4F, o aro 161 do came 156 define um percurso ou uma superfície de came 165 ao longo do qual os rolos 166 sobre o conjunto de rolos 154 são configurados para rolar conforme o conjunto de cunho 151 no conjunto do pistão de autoalinhamento 122 está girando para dentro e para fora do alinhamento com o segmento de tubo 110. Na concretização ilustrada, a superfície do came 165 inclui o primeiro e o segundo rebaixos opostos ou cavidades 167, 168 e opondo-se ao primeiro e ao segundo picos ou vértices 169, 170 estão diametralmente opostos um do outro sobre o aro 161). Além disso, na concretização ilustrada, os vértices 169, 170 na superfície do came 165 estão radialmente afastados das cavidades 167, 168 por aproximadamente 90 graus. A superfície do came 165 também inclui quatro segmentos de superfície inclinados 171, 172, 173, 174 que se estendem entre cavidades adjacentes 167, 168 e vértices 169, 170. Como descrito em mais detalhe abaixo, a superfície do came com contornos 165 está configurada para converter o movimento de rotação do conjunto de cunho 151 (isto é, conforme o conjunto de cunho 151 no conjunto do pistão de autoalinhamento 122 está girando para dentro e para fora do alinhamento com o segmento de tubo 110) em movimento linear alternativo do came 156 ao longo do eixo do eixo estriado 135.

[00043] Com referência continuada às FIGURAS 4B, 4C, 4E, e 4F, além disso, o came 156 inclui um rebaixo anelar 175 que se estende para fora a partir de uma extremidade interior 176 do came 156. O rebaixo anelar 175 estende-se em torno da periferia do aro 161. O rebaixo anelar 175 define também um rebordo anelar 177. O rebaixo anelar 175 está configurado para receber o conjunto de rolamento 157. Na concretização ilustrada da FIGURAS 2A e 2B, o conjunto de rolamento de impulso 157 inclui um rolamento de impulso 180, uma arruela de encosto 181 disposta sobre uma extremidade externa do rolamento de impulso 180, e um par de arruelas de encosto 182, 183 disposta sobre uma extremidade interior do rolamento de impulso 180. O rolamento de impulso 180 pode ser de qualquer tipo adequado de rolamento de impulso, tal como, por exemplo, um rolamento de impulso de rolos cilíndricos ou rolamento de impulso de esferas. O bordo anelar 177 no came 156 está configurado para suportar os diâmetros internos do rolamento de impulso 180 e duas das arruelas de encosto 181, 182 dispostas em lados opostos do rolamento de impulso 180.

[00044] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 5A-5D, o conjunto de placa de rolo 154 inclui uma placa circular plana 185 que tem uma superfície interior 186 e uma superfície externa 187 oposta à superfície interna 186, e uma abertura central 188, tal como um orifício de passagem circular suave, que se estende entre as superfícies internas e externas 186, 187. A abertura central 188 no conjunto de placa de rolo 154 está configurada para receber o eixo estriado 135 (ou seja, o diâmetro interno da abertura central 188 na placa circular 185 é maior do que o diâmetro externo da haste cilíndrica alongada 137 no o eixo estriado 135 de tal modo que a barra cilíndrica alongada 137 pode estender-se através da abertura central 188). A abertura central 188 na placa circular 185 está configurada para permitir ao conjunto da placa do rolo 154 para tanto girar em torno do eixo estriado 135 e deslizar axialmente ao longo do eixo estriado 135, o significado que é descrito abaixo.

[00045] Com referência continuada às FIGURAS 5A-5D, o conjunto da placa do rolo 154 também inclui duas manilhas 189, 190 acopladas à superfície interna 186 da placa circular 185. As manilhas 189, 190 podem ser tanto formadas integralmente com a placa circular plana 185 ou formadas e acopladas à placa circular plana 185 separadamente e por quaisquer meios adequados, tais como colagem, soldadura, fixação mecânica ou suas combinações. Cada manilha 189, 190 inclui duas pernas espaçadas 191, 192 e uma barra 193 que interliga as extremidades externas das pernas 191, 192. As pernas 191, 192 de cada manilha 189, 190 também incluem cada, respectivamente, uma abertura 194,195. Juntos, o par de aberturas 194, 195 em cada manilha 189, 190 está configurado para suportar um eixo 196. O eixo 196 de cada manilha 189, 190 está configurado para suportar de modo rotativo um rolo 166 (ou seja, os rolos 166 estão configurados para rodar em torno do eixo 196). Como mostrado nas FIGURAS 5A e 5B, as manilhas 189, 190 são orientadas radialmente em torno da placa circular plana 185. Na concretização ilustrada, o conjunto de placa de rolo 154 inclui dois rolos 166, embora o conjunto de placa de rolo 154 possa incluir qualquer outro número apropriado de rolos 166, tal como, por exemplo, de um a quatro rolos, e ainda cair dentro do escopo e espírito da presente divulgação. Conforme descrito em mais detalhe abaixo, os rolos 166 no conjunto de placa de rolo 154 estão configurados para rolar ao longo da superfície do came 165 do came 156 conforme o conjunto de cunho 151 é movido para dentro e para fora do alinhamento com o segmento de tubo 110.

[00046] O conjunto de placa de rolo 154 inclui também uma pluralidade de aberturas 197 circunferencialmente dispostas em torno da placa circular plana 185. As aberturas 197 dispostas circunferencialmente na placa circular 185 estão configuradas para receber uma pluralidade de elementos de fixação 198 acoplando o conjunto de placa de rolo 154 ao corpo do pistão 150, conforme ilustrado nas FIGURAS 2A e 2B. Na concretização ilustrada, o conjunto de placa de rolo 154 inclui também uma pluralidade de depressões 199 que envolve as aberturas 197 e que se prolonga para dentro a partir da superfície externa 187 da placa circular plana 185. A pluralidade de depressões 199 está configurada para embutir, pelo menos, uma parte dos elementos de fixação 198 acoplando o conjunto de placa de rolo 154 ao corpo do pistão 150.

[00047] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 6A-6C, o corpo do pistão 150 inclui uma parte cilíndrica menor 200 e uma parte cilíndrica maior 201. Na concretização ilustrada, a parte cilíndrica maior 201 está localizada em uma extremidade externa da parte cilíndrica menor 200. A maior parte cilíndrica 201 inclui uma superfície externa 202 e uma superfície interna 203 oposta à superfície externa 202. O corpo do pistão 150 também inclui um rebaixo anelar 204 que se estende para dentro a partir da superfície externa 202 da parte cilíndrica maior 201. O rebaixo anelar 204 está configurado para receber a placa circular 185 do conjunto de placa de rolo 154 (ou seja, a placa circular 185 está configurada para ser encaixada no rebaixo anelar 204). Em uma concretização, quando o conjunto do pistão de autoalinhamento 122 está montado, a superfície externa 187 da placa circular 185 do conjunto de placa de rolo 154 está nivelada com a superfície externa 202 da parte cilíndrica maior 201 do corpo do pistão 150. Em concretizações alternativas, a superfície externa 187 do conjunto de placa do rolo 154 pode ser encaixada no rebaixo anelar 204 do corpo do pistão 150 ou pode sobressair para o exterior a partir da superfície externa 202 do corpo do pistão 150. A parte cilíndrica maior 201 do corpo do pistão 150 inclui também uma pluralidade de aberturas 205, tais como furos cegos roscados, estendendo-se para dentro do rebaixo anelar 204, e dispostos circunferencialmente em torno do rebaixo anelar 204. Os furos cegos roscados 205 são configurados para receber a pluralidade de elementos de fixação 198 segurando o conjunto de placa do rolo 154 ao corpo do pistão 150. Embora na concretização ilustrada, o corpo do pistão 150 inclui oito furos cegos rosqueados 205, o corpo do pistão 150 pode ter qualquer outro número apropriado de furos cegos rosqueados 205, tais como, por exemplo, dois a doze. Em uma concretização alternativa, as aberturas 205 no corpo do pistão 150 podem ser furos cegos lisos e os elementos de fixação 198 segurando o conjunto da placa do rolo 154 ao corpo do pistão 150 podem ser elementos de fixação autoatarraxantes.

[00048] Com referência continuada às FIGURAS 6A-6C, o corpo do pistão 150 também inclui um rebaixo central axial 206 (por exemplo, um furo cego cilíndrico liso) configurado para receber a parte da haste cilíndrica estriada 137 do eixo 135. O rebaixo central axial 206 está dimensionado de tal forma que o corpo do pistão 150 pode deslizar ao longo a parte da haste cilíndrica 137 do eixo 135 conforme os conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 são acionados entre a posição engatada (FIGURA 2B) e a posição desengatada (FIGURA 2A). A profundidade do rebaixo central axial 206 no corpo do pistão 150 define o curso máximo do corpo do pistão 150 (ou seja, a profundidade do rebaixo central axial 206 no corpo do pistão 150 define a extensão em que o conjunto de pistões de autoalinhamento 122 pode se estender para dentro, para engatar o segmento de tubo 110). O corpo do pistão 150 inclui também uma depressão 207 (por exemplo, um furo cego liso) estendendo-se para dentro a partir do rebaixo anelar 204 na parte cilíndrica maior 201. Na concretização ilustrada, a depressão 207 é maior do que, e concêntrico com o rebaixo central axial 206 no corpo do pistão 150. A depressão 207 está configurada para alojar o came 156 e está dimensionada para permitir que o came 156 deslize para dentro do corpo do pistão 150 e ao longo da haste cilíndrica estriada 137 do eixo 135, o significado do qual é descrito abaixo (ou seja, a profundidade da depressão 207 no corpo do pistão 150 está dimensionada para permitir que o came 156 deslize para dentro do corpo do pistão 150). O corpo do pistão 150 também inclui uma pluralidade de entalhes arqueados menores 208 estendendo-se para dentro da depressão 207. Na concretização ilustrada, os entalhes arqueados 208 estão circunferencialmente dispostos de forma equidistante em torno do rebaixo central axial 206 no corpo do pistão 150, tal como ilustrado na FIGURA 6C. Os entalhes arqueados 208 estão configurados para alojar e reter as molas 153 no corpo do pistão 150. Embora na concretização ilustrada, o corpo do pistão 150 inclua seis entalhes arqueados 208, o corpo do pistão 150 pode ter qualquer outro número adequado de entalhes arqueados 208, tal como, por exemplo, de um a dez, dependendo do número de molas 153 alojadas no corpo do pistão 150.

[00049] Tal como ilustrado na FIGURA 6B, o corpo do pistão também inclui um rebaixo cilíndrico 209 (por exemplo, um furo cego liso) e uma pluralidade de aberturas 210 dispostas em torno do rebaixo cilíndrico 209. O rebaixo cilíndrico 209 e a pluralidade de aberturas 210 se estendem para fora a partir de uma superfície interna 211 da parte cilíndrica menor 200 do corpo do pistão 150. O rebaixo cilíndrico 209 é configurado para receber uma parte do conjunto do cunho 151, e a pluralidade de aberturas 210 são configuradas para receber uma pluralidade de elementos de fixação 212 acoplando o conjunto do cunho 151 à extremidade interna 152 do corpo do pistão 150. As aberturas 210 podem ser furos cegos lisos ou furos cegos roscados, dependendo do tipo de elementos de fixação (por exemplo, elementos de fixação autoatarraxantes) acoplando o conjunto de cunho 151 ao corpo do pistão 150.

[00050] Com referência agora à concretização ilustrada nas FIGURAS 7A-7E, o conjunto do cunho 151 inclui um transportador de cunho 215 e uma inserção do cunho 216 configurados para serem suportados pelo transportador do cunho 215. O conjunto de cunho 151 é configurado para ser acoplado à extremidade interior 152 do corpo do pistão 150 e para engatar o segmento de tubo 110 quando o conjunto de pistões de autoalinhamento 122 está na posição engatada estendida (ver FIGURA 2B). O transportador do cunho 215 inclui uma parte do corpo geralmente retangular 217 que tem um par de lados mais compridos 218, 219 que se estendem em uma direção longitudinal e um par de lados mais estreitos 220, 221 que se estendem em uma direção transversal. O transportador do cunho 215 inclui ainda um par de pés 222, 223 que se estendem para fora a partir dos lados mais longos 218, 219, respectivamente, da parte do corpo retangular 217. Cada um dos pés 222, 223 se estreita entre, uma parte mais grossa interconectada 224 acoplada à parte do corpo 217 e uma parte livre relativamente mais fina 225 oposta à parte mais grossa 224. Na concretização ilustrada, cada um dos pés 222, 223 também inclui duas aberturas 226, 227 configuradas para receber os elementos de fixação 212 acoplando o transportador do cunho 215 à extremidade interior 152 do corpo do pistão 150 (ou seja, os elementos de fixação 212 acoplando o conjunto do cunho 151 ao corpo do pistão 150 se estendem através das aberturas 226, 227 no transportador do cunho 215 e para dentro das aberturas 210 na extremidade interior 152 do corpo do pistão 150). Na concretização ilustrada, o transportador do cunho 215 inclui ainda uma área fresada 228 em torno de cada uma das aberturas 226, 227 de tal modo que os elementos de fixação 212 acoplando o conjunto de transporte do cunho 151 ao corpo do pistão 150 repousam rentes ao transportador do cunho 215. O transportador do cunho 215 inclui ainda uma saliência cilíndrica 229 estendendo-se para fora a partir de uma superfície externa 230 da parte do corpo retangular 217. A protuberância cilíndrica 229 está configurada para ser recebida no rebaixo cilíndrico 209 na extremidade interior 152 do corpo do pistão 150.

[00051] Como melhor ilustrado na FIGURA 7E, o transportador do cunho 215 inclui ainda um canal estreito retangular 231 que se estende no sentido longitudinal entre os lados mais estreitos 220, 221 da parte do corpo retangular 217. O canal estreito 231 é configurado para receber de modo deslizante a inserção do cunho 216. Na concretização ilustrada, a inserção do cunho 216 é geralmente uma placa retangular que tem uma superfície interna de indução de atrito 232, tal como, por exemplo, uma superfície serrilhada, sulcos, gravuras, estrias, um revestimento ou qualquer combinação destes. A superfície interna de indução de atrito 232 da inserção 216 está configurada para engatar o segmento de tubo de 110, quando o conjunto do pistão de autoalinhamento 122 está na posição estendida engatada (FIGURA 2B). O transportador do cunho 215 inclui ainda um par de entalhes 233, 234 nos lados mais estreitos 220, 221, respectivamente, da parte do corpo retangular 217. Os entalhes 233, 234 são configurados para receber tampas de extremidade 235, 236, respectivamente, configuradas para reter a inserção do cunho 216 no canal estreito 231 no transportador do cunho 215.

[00052] Com referência às FIGURAS 8A-8D, o funcionamento dos conjuntos de pistões de autoalinhamento 122 será agora descrito. Sob condições normais de funcionamento, os conjuntos de cunho 151 são configurados para ser orientados verticalmente (isto é, longitudinalmente) ao longo do segmento de tubo 110. Além disso, sob condições normais de funcionamento, os rolos 166 no conjunto da placa do rolo 154 são inicialmente assentados nas cavidades 167, 168 do came 156, conforme ilustrado nas FIGURAS 8A e 8C. Por conseguinte, o posicionamento dos poços 167, 168 no came 156 define a orientação inicial do conjunto de cunho 151 em relação ao segmento de tubo 110. Se, no entanto, os conjuntos de cunho 151 são rodados (seta 240 na FIGURA 8B) fora de alinhamento com o segmento de tubo 110 durante a operação (por exemplo, devido a uma carga fora de centro), os rolos 166 são rolados ao longo da superfície do came 165 no sentido dos vértices 169, 170, como ilustrado nas FIGURAS 8B e 8D (ou seja, se os conjuntos de cunho 151 forem rodados (seta 240) fora da vertical, orientação alinhada com relação ao segmento de tubo 110, os 166 rolos são rodados para fora das cavidades 167, 168 e para os vértices 169, 170 no came 156).

[00053] À medida que os rolos 166 são rodados para os vértices 169, 170 no came 156, o came 156 é transferido para dentro (seta 241 na FIGURA 8B) ao longo da haste alongada estriada 137 do eixo 135, comprimindo assim as molas 153 alojadas no corpo do pistão 150 (isto é, porque o conjunto de placa do rolo 154 está fixamente fixado ao corpo do pistão 150, como os rolos 166 rolam para acima ao longo dos segmentos inclinados da superfície do came 165 em direção aos vértices 169, 170 no came 156, o came 156 é forçado para dentro (seta 241) ao longo do eixo 135 em direção ao conjunto de cunho 151). Em uma concretização, as molas 153 estão inicialmente em um estado pré-comprimido e estão mais comprimidas em um estado mais elevado de energia potencial conforme os 166 rolos são rodados para os vértices 169, 170 no came 156 e o came 156 é forçado para dentro (seta 241) ao longo do eixo 135. A energia potencial mais elevada armazenada nas molas comprimidas 153 tende a forçar os rolos 166 para reverter de volta para baixo ao longo dos segmentos inclinados da superfície do came 165 e para dentro das cavidades 167, 168 no came 156 (ou seja, a força fornecida pelas molas comprimidas 153 tende a predispor os rolos 166 no conjunto da placa do rolo 154 para baixo e para dentro das cavidades 167, 168 no came 156). À medida que os rolos 166 são revertidos de volta nas cavidades 167,168 no came 156, o came 156 é transferido para fora (seta 242 na FIGURA 8A) ao longo da haste alongada estriada 137 do eixo 135 e para a sua posição inicial, reduzindo assim a compressão nas molas 153 (ou seja, as molas 153 são devolvidas ao seu estado inicial de pré-compressão). Assim, as molas 153 forçam os rolos 166 no conjunto de placa do rolo 154 a rolar de volta para dentro das cavidades 167, 168 no came 156 de tal modo que o conjunto do cunho 151 retorne para uma posição alinhada verticalmente em relação ao segmento de tubo 110.

[00054] Se o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240 na FIGURA 8B) menos do que 90 graus fora do alinhamento com o segmento de tubo 110, os rolos 166 não atingirão os vértices 169, 170 no came 156, os quais estão radialmente afastados das cavidades 167, 168 no came 156 por aproximadamente 90 graus. Por conseguinte, se o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240 na FIGURA 8B) menos do que 90 graus, os rolos 166 e o came 156 operarão para forçar o conjunto do cunho 151 a girar (seta 243 na FIGURA 8A) de volta para a sua orientação inicial, alinhada verticalmente em relação ao segmento de tubo 110 (ou seja, os rolos 166 serão forçados a voltar para dentro das cavidades 167,168 nas quais foram inicialmente assentados).

[00055] Se o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240 na FIGURA 8B) aproximadamente entre 90 graus e 270 graus fora de alinhamento com o segmento de tubo 110, os rolos 166 rolos vão rolar após os vértices 169, 170 no came 156. Por conseguinte, se o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240) entre 90 graus e 270 graus, os rolos 166, as molas 153 e o came 156 operarão para forçar o conjunto do cunho 151 a girar (seta 244 na FIGURA 8A) para uma orientação vertical de cabeça para baixo a partir de sua orientação inicial (ou seja, se a rotação do conjunto do cunho 151 obriga os rolos 166 a rolar após os vértices 169, 170 no came 156, as molas 153 forçarão os rolos 166 a rodar para dentro das cavidades 167, 168 no came 156 opostas às cavidades 167, 168 nas quais foram inicialmente assentados, porém, o conjunto do cunho 151 vai retornar a uma orientação vertical alinhada, em relação ao segmento de tubo 110). Assim, o conjunto do cunho 151 retorna para a orientação vertical alinhada girando em um sentido anti-horário (seta 243), quando o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240 na FIGURA 8B) menos do que 90 graus fora de alinhamento com o segmento de tubo 110 e volta para a orientação vertical alinhada pela rotação em um sentido horário (seta 244), quando o conjunto do cunho 151 for girado (seta 240 na FIGURA 8B) aproximadamente entre 90 graus e 270 graus fora de alinhamento com o segmento de tubo 110. Cada rotação incremental do conjunto do cunho 151 até 180 graus além de 270 graus alternadamente forçará o conjunto do cunho 151 para a sua orientação inicial vertical em relação ao segmento de tubo 110 e uma orientação vertical de cabeça para baixo a partir da sua orientação inicial. Por conseguinte, independentemente do grau de rotação do conjunto do cunho 151 para fora do alinhamento com o segmento de tubo 110, o conjunto do cunho 151 é configurado para ser automaticamente retornado para uma orientação alinhada (por exemplo, vertical) em relação ao segmento de tubo 110 pela operação das molas 153, do came 156 e dos rolos 166. Será apreciado que o conjunto do cunho 151 pode ser simétrico em torno de um eixo horizontal, de tal modo que o conjunto do cunho 151 esteja configurado para engatar corretamente o segmento de tubo 110 quando orientado tanto com o lado direito para cima ou de cabeça para baixo.

[00056] O corpo do pistão 150, o conjunto do cunho 151, as molas 153, o conjunto do rolo 154, o came 156 e o conjunto de rolamento de impulso 157 podem ser feitos de qualquer material adequado, tal como, por exemplo, alumínio, aço, liga, ou plástico reforçado com fibra de carbono. O corpo do pistão 150, o conjunto do cunho 151, as molas 153, o conjunto do rolo 154, o came 156 e o conjunto de rolamento de impulso 157 podem ser feitos por qualquer processo adequado, tal como, por exemplo, extrusão, usinagem, estamparia, prensagem, moldagem, soldagem, prototipagem rápida utilizando técnicas de fabricação aditiva ou qualquer combinação destas.

[00057] Embora esta invenção tenha sido descrita em detalhe com referência especial a concretizações exemplificativas do mesmo, as concretizações exemplificativas descritas neste documento não se destinam a ser completas ou a limitar o escopo da invenção às formas exatas reveladas. Os versados na técnica e tecnologia à qual pertence esta invenção apreciarão que as alterações e modificações nas estruturas descritas e métodos de montagem e de operação podem ser praticados sem significativamente se afastar dos princípios, espírito e escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações a seguir. Apesar de termos relativos como "externa", "interna", "superior", "inferior", "abaixo", "acima", "vertical", "horizontal", e termos semelhantes tenham sido aqui utilizados para descrever uma relação espacial de um elemento com outro, entende-se que estes termos destinam-se a abranger diferentes orientações dos diversos elementos e os componentes da invenção em adição à orientação representada nas figuras. Além disso, embora os conjuntos de agarrar tubos e conjuntos de pistão de autoalinhamento da presente invenção tenham sido descritos com referência a uma plataforma de perfuração de petróleo, será apreciado que os conjuntos de agarrar tubos e conjuntos de pistão autoalinhantes podem ser utilizados em qualquer outra aplicação ou indústria adequada.

Claims

1. Pistão autoalinhante (122) configurado para acoplar e desacoplar seletivamente um segmento de tubo (110), caracterizado pelo fato de que o pistão autoalinhante (122) inclui: um corpo do pistão (150) configurado para rodar entre uma primeira posição e uma segunda posição; pelo menos um elemento elástico de armazenamento de energia (153) acoplada ao corpo do pistão (150); um conjunto de rolo (154) acoplado ao corpo do pistão (150); em que o pistão autoalinhante (122) compreende: um came (156) disposto entre, pelo menos, um elemento de armazenamento de energia elástico (153) e o conjunto do rolamento (154), em que o elemento de armazenamento de energia elástico (153) está configurado para influenciar o corpo do pistão (150) para a primeira posição pela rotação do conjunto de rolamento (154) ao longo do came (156), em que a primeira posição é uma orientação alinhada predeterminada com relação ao segmento do tubo (110) e a segunda posição é uma orientação variável, desalinhada com relação ao segmento do tubo (110); e um eixo estriado (135), em que o corpo do pistão (150) está configurado para deslizar ao longo do eixo estriado (135) quando o pistão autoalinhante (122) está atuado entre uma posição engatada com o segmento de tubo (110) e uma posição desengatada, em que o corpo do pistão (150) está configurado para girar em torno do eixo estriado (1 35) e em que o conjunto de rolos (154) está configurado para girar em torno do eixo estriado (135).

2. Pistão autoalinhante (122), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um membro resiliente e armazenador de energia (153) compreende uma pluralidade de molas (153).

3. Pistão autoalinhante (122), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto de matriz (151) acoplado ao corpo do pistão (150).

4. Pistão autoalinhante (122), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o came (156) define uma superfície de came (165) com contornos que tem um par de cavidades opostas (167, 168) e um par de vértices opostos (169, 170); o conjunto de rolo (154) inclui uma pluralidade de rolos (166); os rolos (166) estão configurados para repousar nas cavidades (167, 168) quando o corpo do pistão (150) se encontra na primeira posição; os rolos (166) são configurados para rolar ao longo da superfície do came (165) para os vértices (169, 170) conforme o corpo do pistão (150) é girado para a segunda posição; e pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico (153) está configurado para predispor os rolos (166) nas cavidades (167, 168) para devolver o corpo do pistão (150) para a primeira posição.

5. Pistão autoalinhante (122), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico (153) está em um estado pré-comprimido quando o corpo do pistão (150) se encontra na primeira posição e o elemento de armazenamento de energia elástico (153) está comprimido ainda mais para um estado mais elevado de energia potencial quando o corpo do pistão (150) se encontra na segunda posição.

6. Pistão autoalinhante (122) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o came (156) compreende ainda um cubo (160) tendo uma superfície estriada(163) configurada para engatar no eixo estriado (135), o engate entre o cubo (160) e o eixo (135) configurado para impedir a rotação do came (156) em torno do eixo estriado (135).

7. Conjunto de agarrar tubos (120) configurado para acoplar e desacoplar seletivamente um segmento de tubo (110), caracterizado pelo fato de que o conjunto de agarrar tubos (120) compreende: primeira e segunda garras (121, 121’) configuradas para apertarem juntas em torno do segmento de tubo (110); e pelo menos um pistão autoalinhante (122), de acordo com a reivindicação 1, alojado em cada uma das primeira e segunda garras (121, 121’), em que o eixo estriado (135) do pelo menos um pistão autoalinhante (122) alojado em cada uma das primeira e segunda mandíbulas (121, 121 ') é fixado alojado na respectiva primeira ou segunda mandíbula (121, 121') .

8. Conjunto de agarrar tubos de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que: o came (156) define uma superfície de came (165) com contornos que tem um par de cavidades opostas (167, 168) e um par de vértices opostos (169, 170) ; o conjunto de rolo (154) inclui uma pluralidade de rolos (166); os rolos (166) estão configurados para repousar nas cavidades (167, 168) quando o corpo do pistão (150) se encontra na primeira posição; os rolos (166) estão configurados para rolar ao longo da superfície do came (165) em direção aos vértices (169, 170) conforme o corpo do pistão (150) é girado para dentro da segunda posição; e pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico (153) é configurado para predispor os rolos (166) nas cavidades (167, 168) para devolver o corpo do pistão (150) para a primeira posição.

9. Conjunto de agarrar tubos (120) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o came (156) compreende ainda um cubo (160) tendo uma superfície estriada (163) configurada para engatar no eixo estriado (135), o engate entre o cubo (160) e o eixo (135) configurado para impedir a rotação do came (156) em torno do eixo estriado (135).

10. Conjunto de agarrar tubos de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto do cunho (151) acoplado a uma extremidade interna do corpo do pistão (150).

11. Conjunto de agarrar tubos (120) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico (153) está em um estado pré-comprimido quando o corpo do pistão (150) se encontra na primeira posição e em pelo menos um elemento de armazenamento de energia elástico (153) está comprimido ainda mais para um estado mais elevado de energia potencial quando o corpo do pistão (150) se encontra na segunda posição.