BR102016014607B1 - Sistema para acoplamento de cilindro tensionador e método de acoplamento de um ou mais cilindros tensionadores - Google Patents

Abstract

MÉTODOS E SISTEMAS APERFEIÇOADOS PARA CONEXÃO DE TENSIONADOR. Métodos e sistemas aperfeiçoados para conectar um sistema tensionador de riser a um riser são revelados. Um sistema para acoplamento de um cilindro tensionador a um riser inclui uma conexão de pino superior disposta em uma primeira extremidade distal do cilindro tensionador. A conexão de pino superior acopla o cilindro tensionador a uma plataforma. O cilindro tensionador inclui uma haste de extensão, e uma conexão de pino de fundo é disposta em uma segunda extremidade distal do cilindro tensionador na haste de extensão. Um anel de tensão é acoplado ao riser. Um sistema de articulação ajustável é acoplado ao cilindro tensionador, e inclui um mecanismo de fixação e um mecanismo de posicionamento. O sistema de articulação ajustável é operável para acoplar o cilindro tensionador ao anel de tensão.

Description

ANTECEDENTES

[001] A presente invenção refere-se, geralmente, a sistemas ten- sionadores de riser "pull-up" usados em plataformas flutuantes de produção e de perfuração offshore e, mais particularmente, a métodos e sistemas aperfeiçoados para conexão de um sistema tensionador de riser a um riser.

[002] As plataformas de produção offshore são frequentemente usadas quando da realização de operações subterrâneas offshore. Tais plataformas offshore devem tipicamente suportar um riser que se prolonga a partir da plataforma a um poço submarino. Em alguns exemplos, a plataforma offshore pode ser fixada ao fundo do oceano, proporcionando, desse modo, prontamente, suporte para o riser, conforme é conhecido na técnica. Contudo, em certas implementações de água profunda usando plataformas flutuantes, tais como plataformas de perna de tensão ou plataformas semissubmersíveis, o suporte dos risers pode se comprovar desafiante. Especificamente, uma plataforma flutuante pode se mover para cima e para baixo, ou pode ser deslocada horizontalmente devido às oscilações das ondas e correntes. É de-sejável manter uma tensão predeterminada no riser, apesar das oscilações da plataforma. Consequentemente, tensionadores são frequentemente utilizados para manter uma tensão desejada no riser à medida que a plataforma oscila.

[003] A Figura 1 representa um sistema tensionador de riser típi co de acordo com a técnica anterior. Conforme mostrado na Figura 1, um sistema tensionador de riser "pull-up" típico 100 pode incluir tensi- onadores de cilindro múltiplos 102. Em certas implementações, os ten- sionadores de cilindro 102 podem ser cilindros hidropneumáticos. Uma extremidade distal inferior dos tensionadores de cilindro 102 pode ser acoplada a um anel de tensão rosqueado 104 disposto em um riser 106. Conforme aqui usado, o termo "riser" pode se referir a ambos risers de produção e de perfuração. A extremidade distal superior oposta dos tensionadores de cilindro 102 é acoplada à estrutura da plataforma 108 ou diretamente, ou através de outra estrutura, tal como um cassete. Consequentemente, os tensionadores de cilindro 102 servem para manter uma tensão substancialmente constante no riser 106 à medida que a plataforma flutuante 108 se move verticalmente ou horizontalmente devido a eventos de vento, ondas, e outros eventos naturais. Os tensionadores de cilindro 102 servem como a conexão entre o anel de tensão 104 no riser 106 e a plataforma flutuante 108.

[004] Os tensionadores de cilindro 102 são usualmente instala dos na plataforma 108 antes da operação do riser 106. Consequentemente, uma das etapas finais na operação do riser 106 é acoplar o riser 106 aos tensionadores de cilindro 102, e transferir o peso do riser a partir da sonda aos tensionadores. Tipicamente cada tensionador de cilindro 102 é conectado ao anel de tensão 104 por um gancho ou um pino e conexão de suporte 110. De modo a produzir esta conexão, pessoal de perfuração é requerido para alinhar manualmente cada cilindro tensionador 102 individualmente com o anel de tensão 104, e segurar o gancho ou pino no lugar. Contudo, as abordagens atuais para acoplamento dos tensionadores de cilindro 102 ao anel de tensão 104 têm um número de problemas. Por exemplo, quando se usa o projeto de pino e suporte, deve existir um alinhamento preciso entre os tensionadores de cilindro 102 e o anel de tensão 104 devido a tolerâncias herméticas. Similarmente, os ganchos usados nos sistemas tensi- onadores pesam acima de 136 kg (300 libras), tornando-os difíceis de manusear com nenhum acesso limitado a guindaste. Consequente- mente, a abordagem atual para acoplamento de tensionadores de cilindro 102 ao anel de tensão 104 requer pessoal de perfuração em espaços apertados, e um ambiente nocivo sobre a água e manipulação de pinos e ganchos pesados. É, portanto, desejável desenvolver uma abordagem mais eficiente para acoplamento de tensionadores de cilindro ao anel de tensão em um riser.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] Algumas concretizações exemplares específicas da revela ção podem ser compreendidas por referência, em parte, à seguinte descrição e aos desenhos acompanhantes.

[006] A Figura 1 representa um sistema tensionador de riser típi co, de acordo com a técnica anterior.

[007] As Figuras 2A-2C representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado de acordo com uma primeira concretização ilustrativa da presente revelação.

[008] As Figuras 3A-3D representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado de acordo com uma segunda concretização ilustrativa da presente revelação.

[009] As Figuras 4A-4D representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado de acordo com uma terceira concretização ilustrativa da presente revelação.

[0010] As Figuras 5A-C representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado de acordo com uma quarta concretização ilustrativa da presente revelação.

[0011] As Figuras 6A e 6B representam um dispositivo de retenção antes e após ele reter uma conexão de pino de fundo, de acordo com uma concretização ilustrativa da presente revelação.

[0012] Enquanto que concretizações desta revelação foram repre sentadas e descritas, e são definidas por referência às concretizações exemplares da revelação, tais referências não implicam em uma limi- tação na revelação, e nenhuma tal limitação é para ser inferida. A matéria objeto revelada é capaz de modificação considerável, alteração, e equivalentes na forma e função, conforme ocorrerão àqueles técnicos no assunto na técnica pertinente, e tendo o benefício desta revelação. As concretizações representadas e descritas desta revelação são exemplos somente, e não exaustivas do escopo da revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] A presente revelação refere-se, geralmente, a risers de po ço e, mais particularmente, a um sistema de tensionamento para uso em uma embarcação flutuante, tal como, por exemplo, um "spar", uma Plataforma de Perda de Tensão ("TLP"), um navio de perfuração, ou qualquer outra embarcação flutuante usada em conjunto com realização de operações subterrâneas.

[0014] Concretizações ilustrativas da presente revelação são des critas em detalhe aqui. No interesse de clareza, nem todas as características de uma implementação atual podem ser descritas neste relatório descritivo. Será naturalmente apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal concretização atual, numerosas decisões de implementação específicas devem ser feitas para alcançar os objetivos de implementação específicos, que variarão de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e consumir tempo, mas, não obstante, seria um procedimento de rotina para aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação. Para facilitar uma melhor compreensão da presente revelação, os seguintes exemplos de certas concretizações são dados. De nenhum modo devem os seguintes exemplos serem lidos para limitar, ou definir, o escopo da revelação.

[0015] O termo "plataforma", conforme aqui usado, envolve uma embarcação ou qualquer outro componente adequado localizado em ou próximo à superfície do corpo de água em que uma cabeça de po- ço submarino é disposta. Os termos "acoplar" ou "acopla", conforme aqui usados, são pretendidos para significar qualquer conexão, ou indireta, ou direta. Desse modo, se um primeiro dispositivo se acopla a um segundo dispositivo, esta conexão pode ser através de uma conexão direta, ou através de uma conexão indireta (elétrica e/ou mecânica), via outros dispositivos e conexões.

[0016] De acordo com concretizações ilustrativas da presente re velação conforme discutida em detalhe adicional abaixo, um sistema de articulação ajustável é instalado no sistema tensionador antes de começar as operações do riser. O sistema de articulação ajustável é designado para alinhar os tensionadores de cilindro com o anel de tensão, e acoplar os tensionadores de cilindro ao anel de tensão.

[0017] Em certas concretizações, o sistema de articulação ajustá- vel pode ser removível uma vez que o cilindro tensionador é acoplado ao anel de tensão. Contudo, em certas implementações que requerem desconexão e reconexão do tensionador mais frequentemente, o sistema de articulação ajustável pode ser permanentemente instalado. O sistema de articulação ajustável pode consistir em um mecanismo de fixação e em um mecanismo de posicionamento. Existem um número de concretizações diferentes que podem ser usadas para implementar o sistema de articulação ajustável. O sistema de articulação ajustável pode acoplar os tensionadores de cilindro entre si, e/ou acoplar os tensionadores de cilindro de volta a uma estrutura rígida no casco. Além disso, o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável pode ser energizado por meios mecânicos, hidráulicos, pneumáticos, ou elétricos. Em certas implementações, o mecanismo de posicionamento é designado para alinhar o cilindro tensionador usando ar do equipamento.

[0018] Em certas implementações, o sistema de articulação ajus- tável alinha todos os tensionadores de cilindro antes da operação do riser, de modo que eles podem ser acoplados ao anel de tensão simultaneamente. Alternativamente, o sistema de articulação ajustável pode acoplar os tensionadores de cilindro ao anel de tensão sequencialmente. À medida que a junta de tensão alcança o convés de produção, o pessoal de perfuração pode verificar o alinhamento com os tensiona- dores de cilindro. Uma vez que o anel de tensão é abaixado no lugar, o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável gira os tensionadores de cilindro em direção ao anel de tensão. Os tensio- nadores de cilindro podem incluir uma haste de extensão, e podem ser parcialmente estendidos para permitir engatamento com o anel de tensão. Em certas implementações, uma vez que o cilindro tensionador é acoplado ao anel de tensão, e o riser é suportado pelos tensionadores de cilindro, o sistema de articulação ajustável pode ser removido. Certas concretizações ilustrativas da presente invenção são agora discutidas em mais detalhe em conjunto com as figuras.

[0019] Voltando agora às Figuras 2A-2C, um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado, de acordo com uma primeira concretização ilustrativa da presente revelação é denotado geralmente com o numeral de referência 200. Um riser 206 é direcionado através de uma plataforma 208, e um anel de tensionamento 204 é acoplado ao riser 206. O anel de tensionamento 204 pode incluir um dispositivo de retenção 216. Em certas implementações, o dispositivo de retenção 216 pode ser carregado por mola. Um cilindro tensionador 202 é acoplado à plataforma 208. O termo "cilindro tensionador", conforme aqui usado, é pretendido envolver qualquer tipo adequado de cilindro conhecido àqueles técnicos no assunto, tendo o benefício da presente revelação, tal como, por exemplo, um cilindro hidropneumático. O cilindro tensio- nador 202 pode ainda incluir uma haste de extensão retrátil 203 que pode seletivamente ser estendida de ou retraída no cilindro tensiona- dor 202. O cilindro tensionador 202 pode ainda incluir uma conexão de pino superior 212 em uma primeira extremidade distal desta próxima à plataforma 208, e uma conexão de pino de fundo 214 em uma segunda extremidade distal desta próxima ao anel de tensionamento 204. A conexão de pino superior 212 pode ser usada para acoplar o cilindro tensionador 202 à plataforma 208 com o cilindro tensionador 202 girá- vel sobre a conexão de pino superior 212. Em certas implementações, o dispositivo de retenção 216 pode ser compreendido de um gancho virado para baixo que engata as porções da conexão de pino de fundo 214 que se prolongam a partir da extremidade distal da haste de extensão 203 do cilindro tensionador 202.

[0020] Em certas implementações, o mecanismo de posiciona mento do sistema de articulação ajustável pode ser um mecanismo de rotação 218. Especificamente, o cilindro tensionador 202 pode ser girado ao redor da conexão de pino superior 212 usando um mecanismo de rotação 218. Em certas concretizações, o mecanismo de rotação 218 pode incluir um membro flexível 220 que rola sobre um rolo centralizador 221, e é acoplado a uma extremidade distal deste a um ponto de montagem 222 no cilindro tensionador 202, e em uma segunda extremidade distal deste a um dispositivo de rotação 224. Em certas concretizações ilustrativas, o membro flexível 220 pode ser uma cinta, ou um cabo de aço. Conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto, tendo o benefício da presente revelação, em certas imple-mentações, o rolo centralizador 221 pode ser substituído por um rolo de instalação separado sem fugir do escopo da presente revelação. Em certas concretizações, o membro flexível 220 pode ser uma cinta de nylon ou outra cinta antirrisco. O dispositivo de rotação 224 pode ser qualquer dispositivo adequado conhecido àqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação. Por exemplo, o dispositivo de rotação 224 pode ser um cilindro ou um membro rosqueado. Especificamente, em certas implementações, o dispositivo de rotação 224 pode ser qualquer cilindro adequado conhecido àqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, tal como, por exemplo, um cilindro hidráulico ou cilindro pneumático. Contudo, outros tipos adequados de cilindros podem ser usados sem fugir do escopo da presente revelação. Adicionalmente, em certas implementações, o dispositivo de rotação 224 pode ser um cilindro de ação dupla. Adicionalmente, em certas implementações, o dispositivo de rotação 224 pode ser um membro rosqueado tal como, por exemplo, um tensor. Uma primeira extremidade do dispositivo de rotação 224 é acoplada ao membro flexível 220, e uma segunda extremidade do dispositivo de rotação 224 é acoplada a um ponto de montagem 226 disposto na plataforma 208. Consequentemente, um sistema de conexão de tensi- onador aperfeiçoado, de acordo com a primeira concretização da presente revelação, compreende um sistema de articulação ajustável que consiste em um mecanismo de fixação (a conexão de pino de fundo 214 e dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204), e um mecanismo de posicionamento (nesta concretização ilustrativa, o mecanismo de rotação 218).

[0021] Embora um cilindro tensionador 202 seja representado na Figura 2 (bem como Figuras 3 e 4 discutidas em detalhe adicional abaixo), os métodos e sistemas aqui revelados não são limitados a qualquer número particular de tensionadores de cilindro. Consequentemente, conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, qualquer número de tensio- nadores de cilindro pode ser usado sem fugir do escopo da presente revelação. Por exemplo, em certas implementações, quatro tensiona- dores de cilindro podem ser usados.

[0022] A operação do sistema de conexão de tensionador aperfei çoado, de acordo com uma primeira concretização ilustrativa da presente revelação, será agora descrita em conjunto com as Figuras 2A, 2B e 2C. Especificamente, a Figura 2A representa o cilindro tensiona- dor 202 em sua posição suspensa livre; a Figura 2B representa o cilindro tensionador em sua posição "puxada"; e a Figura 2C representa o cilindro tensionador 202 em sua posição instalada dentro do anel de tensão 204. Conforme mostrado na Figura 2A, o riser 206 tendo um anel de tensão 204 é direcionado para abaixo através da plataforma 208. Na concretização ilustrativa da Figura 2, o dispositivo de retenção 216 pode ser seletivamente ativado e desativado. Conforme mostrado na Figura 2A, o dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204 está inicialmente em seu estado desativado, e a haste de extensão 203 que se prolonga a partir do cilindro tensionador 202 está inicialmente em seu estado estendido, de modo a assegurar que a conexão de pino de fundo 214 possa engatar o anel tensionador 204 e seu dispositivo de retenção associado 216. A posição inicial do cilindro tensionador 202 é representada para proposta ilustrativa somente. Consequentemente, conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, o cilindro tensionador 202 pode inicialmente estar em sua posição estendida, em sua posição retraída, ou em algum ponto entre estas duas posições, sem fugir do escopo da presente revelação. De modo a acoplar o cilindro tensionador 202 ao anel de tensão 204, primeiro o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável é ativado. Especificamente, o dispositivo de rotação 224 é ativado e puxa o membro flexível 220. À medida que o membro flexível 220 é puxado, o cilindro tensionador 202 gira ao redor da conexão de pino superior 212, e a conexão de pino de fundo 214 se move em direção ao dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204. Conforme mostrado na Figura 2B, a haste de extensão 203 é, em seguida, retraída para sua posição "puxada" para interface- ar a conexão de pino de fundo 214 com o dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204. Alternativamente, o riser 206 pode ser abaixa- do para engatar o cilindro tensionador 202.

[0023] Em seguida, conforme mostrado na Figura 2C, a haste de extensão 203 é ainda puxada de modo a engatar completamente a conexão de pino de fundo 214 do cilindro tensionador 202 com o dispositivo de retenção 216 do anel tensionador 204. O dispositivo de retenção 216 é, em seguida, ativado, e se fecha após a conexão de pino de fundo 214 ter engatado totalmente o anel de tensão 204. Em certas concretizações, o dispositivo de retenção 216 pode incluir um mecanismo para travar articuladamente a conexão de pino de fundo 214 no lugar. Por exemplo, em certas implementações ilustrativas, o dispositivo de retenção pode ser carregado por mola, ativado por gravidade, ou ativado por pressão. Consequentemente, de modo a desacoplar o cilindro tensionador 202 a partir do anel de tensão 204, o dispositivo de retenção 216 pode ser desengatado com qualquer mecanismo adequado, tal como, por exemplo, um sistema de desengatamento mecânico, um sistema de desengatamento hidráulico, um sistema de de- sengatamento pneumático, ou um sistema de desengatamento elétrico. Uma vez que o dispositivo de retenção 216 é desengatado, o mecanismo de rotação 218 pode ser usado para permitir seguramente que o cilindro tensionador 202 oscile para fora para uma posição de repouso sob seu próprio centro de gravidade.

[0024] Na concretização ilustrativa da Figura 2, o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável é designado para puxar o cilindro tensionador 202 em somente uma direção. Contudo, conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, em certas implementações (conforme mostrado nas concretizações ilustrativas discutidas abaixo), pode ser desejável ambos empurrar e puxar os tensionadores de cilindro 202 para, por exemplo, proporcionar folga para passagem de um conector. As Figuras 3A-D representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado 300 de acordo com a segunda concretização ilustrativa da presente revelação, onde o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável é um mecanismo de rotação de dupla ação 318, e onde o mecanismo de fixação opera na mesma maneira discutida em conjunto com a Figura 2.

[0025] Especificamente, a Figura 3A representa o cilindro tensio- nador 202 em sua posição de suspensão livre; a Figura 3B representa o cilindro tensionador 202 em sua posição "puxada"; a Figura 3C representa o cilindro tensionador 202 em sua posição instalada dentro do anel de tensão 204; e a Figura 3D representa o cilindro tensionador 202 em sua posição distante do anel de tensão 204.

[0026] Nesta concretização, o mecanismo de rotação 218 do sis tema de articulação ajustável da Figura 2 é substituído com um mecanismo de rotação de dupla ação 318. Em certas implementações, o mecanismo de rotação de dupla ação 318 pode compreender um cilindro de rotação de dupla ação 302 e uma articulação sólida 304 que permite que o cilindro tensionador 202 seja girado em qualquer direção. O mecanismo de rotação 318 pode ser acoplado com o cilindro tensionador 202 no ponto de montagem 222 (como nas Figuras 2A- 2C), ou qualquer outro lugar no cilindro tensionador 202 onde ele pode efetivamente girar o cilindro tensionador 202 sobre a conexão de pino superior 212. O mecanismo de fixação do sistema de articulação ajus- tável permanece substancialmente o mesmo com algumas modificações. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 3, o mecanismo de fixação não é mais fixado ao topo da plataforma 208. Ao invés, o mecanismo de fixação pode interfacear com localizações de montagem do braço centralizador, ou pode interfacear diretamente com um braço centralizador instalado. Em certas implementações, o mecanismo de fixação pode ser construído no braço centralizador, e/ou agir como uma extensão do braço centralizador, de modo que o braço centraliza- dor não necessitaria de ser removido ou ser levantado.

[0027] Em certas concretizações, o cilindro rotativo 302 pode ser um cilindro hidráulico ou cilindro pneumático de dupla ação tendo ambas capacidades de puxar e empurrar. Certos componentes da concretização da Figura 3 operam na mesma maneira conforme descrito em conjunto com a Figura 2, e são identificados usando os mesmos numerais usados naquela figura. Conforme mostrado na Figura 3A, o cilindro tensionador 202 está inicialmente em sua posição de suspensão livre. Quando é desejável acoplar o cilindro tensionador 202 ao anel de tensão 204, pressão é aplicada a um primeiro lado do cilindro rotativo 302. O cilindro rotativo 302 é acoplado ao cilindro tensionador 202, via uma articulação sólida 304. Consequentemente, à medida que pressão é aplicada ao primeiro lado do cilindro rotativo 302, a articulação sólida 304 move o cilindro tensionador 202 em direção ao anel tensio- nador 204, alinhando a haste de extensão 203 com o dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204, e trazendo o cilindro tensionador 202 em sua posição "puxada", conforme mostrado na Figura 3B. Finalmente, pressão é aplicada ao lado de operação do cilindro tensio- nador 202, retraindo a haste de extensão 203, e forçando a conexão de pino de fundo 214 do cilindro tensionador 202 no dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204, conforme mostrado na Figura 3C. Conforme discutido em conjunto com a Figura 2, o dispositivo de retenção 216 pode incluir um mecanismo para travar articuladamente a conexão de pino de fundo 214 no lugar, e impedir a conexão de pino de fundo 214 de ser removida.

[0028] Alternativamente, conforme mostrado na Figura 3D, pres são pode ser aplicada a um segundo lado do cilindro rotativo 302, e a articulação sólida 304 pode mover o cilindro tensionador 202 distante do anel tensionador 204. Consequentemente, o mecanismo de rotação de dupla ação 318 pode empurrar o cilindro tensionador 202 distante do anel de tensão 204 (por exemplo, para operação do riser 206 no qual um diâmetro de maior abertura através da estrutura da plataforma possa ser desejado), e pode puxar o cilindro tensionador 202 em direção ao anel de tensão 204 (por exemplo, para instalação), conforme desejado.

[0029] As Figuras 4A-4D representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado, de acordo com a terceira concretização ilustrativa da presente revelação, onde o mecanismo de fixação opera na mesma maneira discutida em conjunto com a Figura 2, e o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável compreende uma articulação mecânica fixada a uma extremidade inferior do cilindro tensionador 202. Especificamente, a Figura 4A representa o cilindro tensionador 202 em sua posição de suspensão livre; a Figura 4B representa o cilindro tensionador 202 com um braço centralizador 404 girado para baixo para centralizar o riser 206; a Figura 4C representa o cilindro tensionador 202 em sua posição "puxada"; e a Figura 4D representa o cilindro tensionador 202 em sua posição instalada dentro do anel de tensão 204. Certos componentes da concretização da Figura 4 operam na mesma maneira conforme descrito em conjunto com a Figura 2, e são identificados usando os mesmos numerais usados naquela figura.

[0030] Conforme mostrado na Figura 4A, uma extremidade distal da haste de extensão 203 do cilindro tensionador 202 é acoplada a uma articulação mecânica 402 que é, por sua vez, roteada através do anel de tensão 204, e mantida em tensão. Em certas implementações, a articulação mecânica 402 pode ser um cabo ou cinta. Por exemplo, em certas implementações, a articulação mecânica 402 pode ser uma cinta de nylon ou outra cinta antirrisco, ou um cabo de aço. Um braço centralizador 404 é acoplado à plataforma 208, e proporciona uma folga para o anel de tensão 204. Uma primeira extremidade distal da arti- culação mecânica 402 pode ser ligada através de um gancho a uma extremidade distal da haste de extensão 203, de modo que ela pode ser recuperada sem uma necessidade de acesso abaixo do convés. A segunda extremidade distal da articulação mecânica 402 pode ser acoplada a um cilindro 406 fixado a um ponto de montagem 408 na plataforma 208. O cilindro 406 pode ser qualquer cilindro adequado tal como, por exemplo, um cilindro hidráulico ou cilindro pneumático e, se desejável, pode ser um cilindro de dupla ação. À medida que o riser 206 (e o anel de tensão 204) são abaixados, o cilindro 406 age como um membro elástico para assegurar que o movimento do riser 206 não imponha qualquer problema de segurança por sobrecarga do membro elástico. Em certas implementações, o cilindro 406 pode não ser usa-do, e a articulação mecânica 402 pode ser diretamente acoplada a um ponto de montagem na plataforma 208.

[0031] Em operação, o cilindro tensionador 202 está inicialmente livre de oscilação quando se opera o riser 206, conforme mostrado na Figura 4A. Neste estágio, a articulação mecânica 402 está frouxa. O anel de tensão 204 se move para baixo à medida que o riser 206 é abaixado e, eventualmente, a articulação mecânica 402 contata o braço centralizador 404, conforme mostrado na Figura 4B. Especificamente, uma vez que o anel de tensão 204 tenha passado abaixo do envelope da plataforma 208, o braço centralizador 404 pode ser abaixado e seguro no lugar na plataforma 208. A articulação mecânica 402 pode, em seguida, ser roteada sobre o braço centralizador 404 (ou outro dispositivo de roteamento), e segura a uma extremidade aberta do cilindro 406. À medida que o riser 206 continua a ser abaixado, o braço centralizador 404 gira para baixo de modo a centralizar o riser 206 durante instalação. Adicionalmente, conforme mostrado na Figura 4B, a haste de extensão 203 do cilindro tensionador 202 é colocada de modo a assegurar que a haste de extensão 203 possa engatar o anel de tensão 204. A faixa de curso da haste de extensão 203 pode variar em qualquer lugar de um curso totalmente retraído (curso zero) a um curso completamente estendido. Contudo, nesta concretização, a retração do cilindro 402 não é necessária para causar engatamento da conexão de pino de fundo 214 ao anel de tensão 204, ou ao dispositivo de retenção 216. Conforme mostrado nas Figuras 4C e 4D, à medida que o riser 206 é abaixado, a articulação mecânica 402 aperta e puxa o cilindro tensionador 202 em direção ao anel de tensão 204 até que eles engatem e travem usando o mecanismo de fixação do sistema de articulação ajustável. Especificamente, o cilindro tensionador 202 é guiado em direção ao anel de tensão 204 à medida que o riser 206 é abaixado (Figura 4C). Uma vez que o riser 206 é abaixado, a uma distância predeterminada, a conexão de pino de fundo 214 interfaceia com o anel de tensão 204, e é retida no mesmo quando o dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204 é ativado (Figura 4D). A articulação do cilindro tensionador 202 diretamente ao anel de tensão 204, dessa maneira, elimina os problemas sobre desalinhamento à medida que o cilindro tensionador é puxado diretamente em seu ponto de tra- vamento no anel de retenção 204.

[0032] As Figuras 5A-C representam um sistema de conexão de tensionador aperfeiçoado, de acordo com a quarta concretização ilustrativa da presente revelação, onde o mecanismo de fixação opera na mesma maneira discutida em conjunto com a Figura 2, e o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável é designado para puxar uma pluralidade de cilindro tensionador 202 entre si preferivelmente do que contra uma estrutura estacionária. Especificamente, a Figura 5A representa uma vista em perspectiva da conexão de tensi- onador aperfeiçoada com o cilindro tensionador 202 não acoplado ao anel de tensão 204; a Figura 5B representa uma vista superior da conexão do tensionador aperfeiçoada com o cilindro tensionador 202 não acoplado ao anel de tensão 204; e a Figura 5C representa uma vista superior da conexão do tensionador aperfeiçoada com o cilindro tensi- onador 202 acoplado ao anel de tensão 204. Certos componentes da concretização da Figura 5 operam na mesma maneira conforme descrito em conjunto com a Figura 2, e são identificados usando os mesmos numerais usados nesta figura.

[0033] Nesta concretização, uma pluralidade de tensionadores de cilindro 202 são equipados com uma articulação mecânica 502 acoplada entre pares de tensionadores de cilindro adjacentes 202, conforme mostrado nas Figuras 5A-C. As articulações mecânicas 502 podem compreender qualquer dispositivo de articulação adequado conhecido àqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação. Por exemplo, em certas implementações, a articulação mecânica 502 pode ser um cilindro pneumático ou cilindro hidráulico, conectado entre um par associado de tensionadores de cilindro 202. Especificamente, conforme mostrado na Figura 5, uma articulação mecânica 502 é disposta entre cada par de tensionadores de cilindro 202 com uma primeira extremidade distal da articulação mecânica 502 acoplada a um primeiro cilindro tensionador 202, e uma segunda extremidade distal da articulação mecânica 502 acoplada a um segundo cilindro tensionador 202.

[0034] Após o riser 206 passar através da plataforma 208, mas antes do anel de tensão 204 estar em seu nível de instalação, o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável (isto é, as articulações mecânicas 502) é ativado para puxar todas as extensões de haste 203 dos tensionadores de cilindro 202 em direção entre si no centro da fenda do poço. Em certas implementações, uma parada pode ser incluída para assegurar que cada cilindro tensionador 202 se move à distância correta. Uma vez que todos os cilindros foram puxados, o riser 206 é abaixado até o anel de tensão 204 engatar os ten- sionadores de cilindro 202. De acordo com certas concretizações, uma face afilada conta com qualquer leve desalinhamento entre os tensio- nadores de cilindro 202 e o anel de tensão 204.

[0035] Embora quatro tensionadores de cilindro 202 sejam repre sentados nas Figuras 5A-C, a presente revelação não é limitada a qualquer número particular de tensionadores de cilindro. Consequentemente, conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, poucos ou mais risers de tensionador podem ser usados sem fugir do escopo da presente revelação.

[0036] As Figuras 6A e 6B representam a estrutura de um disposi tivo de retenção 216, de acordo com uma concretização ilustrativa da presente revelação. O mecanismo representado na Figura 6 é usado como um exemplo ilustrativo, e outros mecanismos podem ser usados para implementar o dispositivo de retenção 216 sem fugir do escopo da presente revelação. Especificamente, a Figura 6A representa a conexão de pino de fundo 214 imediatamente antes da mesma ser retida no dispositivo de retenção 216, e a Figura 6B representa a conexão de pino de fundo 214 após a mesma ter sido seguramente retida no dispositivo de retenção 216. Na concretização ilustrativa da Figura 6, o dispositivo de retenção 216 do anel de tensão 204 inclui um primeiro membro móvel 240 e um segundo membro móvel 242 articuladamente acoplados ao anel de tensão 204. O primeiro membro móvel 240 inclui um primeiro rebordo 244, e o segundo membro móvel 242 inclui um segundo rebordo 248. À medida que a conexão de pino de fundo 214 é puxada no dispositivo de retenção 216, o primeiro membro móvel 240 gira até que o primeiro rebordo 244 engate o segundo rebordo 248, conforme mostrado na Figura 6B. Uma vez que o primeiro rebordo 244 engata o segundo rebordo 248, o primeiro membro móvel 240 e o segundo membro móvel 242 retêm seguramente a conexão de pi- no de fundo 214 no lugar dentro do dispositivo de retenção 216.

[0037] Conforme seria apreciado por aqueles técnicos no assunto tendo o benefício da presente revelação, embora cilindros pneumáticos sejam usados para implementar o mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável de certas concretizações desse modo discutidas, a presente revelação não é limitada àquela implementação particular. Especificamente, qualquer meio mecânico adequado pode ser usado na implementação do mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável sem fugir do escopo da presente revelação. Por exemplo, em certas implementações, os cilindros pneumáticos do mecanismo de posicionamento do sistema de articulação ajustável podem ser substituídos com um motor elétrico, ou um guincho manual.

[0038] Tipicamente, as pessoas devem usar uma plataforma de acesso temporário para acessar o anel de tensão, e existem frequentemente restrições de espaço. Além disso, quando se acopla os tensi- onadores de cilindro ao anel de tensão, a pessoa está frequentemente em risco de lesão de operação em proximidade a componentes móveis pesados. Consequentemente, os métodos e sistemas aqui revelados que não requerem pessoa para acoplar fisicamente os tensiona- dores de cilindro ao anel de tensão resultam em segurança operacional aperfeiçoada. Adicionalmente, os métodos e sistemas aperfeiçoados aqui revelados permitem que as etapas de instalação sejam realizadas acima do convés de produção, e reduzem o tempo de operação do riser. Em certas implementações, o sistema de articulação ajustável pode ser instalado antecipadamente, de modo que ele não impacta o cronograma. Adicionalmente, a conexão rápida do anel tensionador com o riser pode ser feita significantemente mais rápida do que os métodos tradicionais de alinhar um pino com um mancal esférico, ou instalar manualmente um gancho.

[0039] Consequentemente, de acordo com as concretizações da presente revelação, um método e sistema não manual para acoplamento de um ou mais tensionadores de cilindro a um anel de tensão, são revelados. Como um resultado, os tensionadores de cilindro do sistema de tensionamento podem ser acoplados ao anel de tensão rapidamente, economizando tempo de perfuração. Adicionalmente, os métodos e sistemas aqui revelados proporcionam um ambiente mais seguro para as pessoas da perfuração. Além disso, em certas implementações, os métodos e sistemas aqui revelados eliminam a necessidade de um convés de acesso da estrutura da plataforma.

[0040] Portanto, a presente revelação é bem adaptada para alcan çar as finalidades e vantagens mencionadas, bem como aquelas que são inerentes a esta. As concretizações particulares reveladas acima são ilustrativas somente, visto que a presente revelação pode ser modificada e praticada em maneiras diferentes, mas equivalentes, aparentes àqueles técnicos no assunto tendo o benefício dos ensinamentos aqui. Mesmo embora as figuras representem concretizações da presente revelação em uma orientação particular, deve ser compreendido por aqueles técnicos no assunto que as concretizações da presente revelação são bem adequadas para uso em uma variedade de orientações. Consequentemente, deve ser compreendido por aqueles técnicos no assunto que o uso de termos direcionais, tais como acima, abaixo, superior, inferior, para cima, para baixo, e similares, são usados em relação às concretizações ilustrativas à medida que elas são representadas nas figuras, a direção ascendente sendo em direção ao topo da figura correspondente, e a direção descendente sendo em direção ao fundo da figura correspondente.

[0041] Além disso, nenhuma limitação é pretendida aos detalhes de construção ou desenho aqui mostrados, outros do que conforme descrito nas reivindicações abaixo. É, portanto, evidente que as con- cretizações ilustrativas particulares reveladas acima podem ser alteradas ou modificadas, e todas tais variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente revelação. Também, os termos nas reivindicações têm seu significado ordinário direto, a menos que de outro modo explicitamente e claramente definido pela patente. Os artigos indefinidos "um" ou "uma", conforme usados nas reivindicações, são aqui definidos para significar um ou mais do que um dos elementos que o artigo particular introduz; e uso subsequente do artigo definido "o" não é pretendido para negar este significado.

Claims (23)

1. Sistema para acoplamento de um cilindro tensionador (102, 202, 302) a um riser (106) compreendendo: uma conexão de pino superior (212) disposta em uma primeira extremidade distal do cilindro tensionador (102, 202), em que a conexão de pino superior (212) acopla rotativamente o cilindro tensionador (102, 202, 302) a uma plataforma (108); em que o cilindro tensionador (102, 202, 302) compreende uma haste de extensão (203); uma conexão de pino de fundo (214) disposta em uma segunda extremidade distal do cilindro tensionador (102, 202, 302), em que a conexão de pino de fundo (214) é disposta na haste de extensão (203); um anel de tensão (204) acoplado ao riser (106); um sistema de articulação ajustável acoplado ao cilindro tensionador (102, 202, 302), o sistema de articulação ajustável com-preendendo um mecanismo de fixação e um mecanismo de posicionamento, em que o sistema de articulação ajustável é operável para acoplar o cilindro tensionador (102, 202, 302) ao anel de tensão (204), caracterizado pelo fato de que o mecanismo de fixação compreende um dispositivo de retenção (216) disposto no anel de tensão (204), em que o mecanismo de posicionamento gira o cilindro ten- sionador (102, 202, 302) sobre a conexão de pino superior (212) entre uma primeira posição e uma segunda posição; e em que a conexão de pino de fundo (214) é desengatada do dispositivo de retenção (216) quando o cilindro tensionador (102, 202, 302) está na primeira posição, e em que a conexão de pino de fundo (214) está diretamente engatada com o dispositivo de retenção (216) quando o cilindro tensionador (102, 202, 302) está na segunda posição.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de retenção (216) é ativável para travar a conexão de pino de fundo (214) contra o anel de tensão (204).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dispositivo de retenção (216) ser seletivamente ativado e desativado.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender: um membro flexível (220), no qual uma primeira extremidade distal do membro flexível (220) é acoplada a um ponto de montagem (222) no cilindro tensionador (102, 202, 302); e um dispositivo de rotação (224) acoplado à plataforma (108), no qual uma segunda extremidade distal do membro flexível (220) é acoplada ao dispositivo de rotação (224).

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender um mecanismo de rotação (318) de dupla ação, o mecanismo de rotação de dupla ação (318) compreendendo um cilindro de rotação de dupla ação, no qual o cilindro de rotação de dupla ação é acoplado ao cilindro tensionador (102, 202, 302), via uma articulação sólida (304).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender uma articulação mecânica (402), em que uma primeira extremidade distal da articulação mecânica (402) é acoplada ao cilindro tensionador (102, 202, 302), e uma segunda extremidade distal da articulação mecânica (402) é acoplada a um cilindro (406) na plataforma (108).

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a articulação mecânica (402) ser roteada através do anel de tensão (204).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o cilindro (406) ser selecionado de um grupo consistindo em um cilindro hidráulico e um cilindro pneumático.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a articulação mecânica (402) ser uma cinta antirrisco.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o cilindro tensionador (102, 202, 302) se mover em direção ao anel de tensão (204) à medida que o anel de tensão (204) é abaixado.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um primeiro cilindro tensionador (202) e um segundo cilindro tensionador (202), e em que o mecanismo de po-sicionamento compreende uma articulação mecânica (502), no qual uma primeira extremidade distal da articulação mecânica (502) é acoplada ao primeiro cilindro tensionador (202), e uma segunda extremidade distal da articulação mecânica (502) é acoplada ao segundo cilindro tensionador (202).

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracteri-zado por o mecanismo de posicionamento ser operável para mover o primeiro cilindro tensionador (202) e o segundo cilindro tensionador (202) um em direção ao outro.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de articulação ajustável ser removivelmente acoplado ao cilindro tensionador (102, 202, 302).

14. Método de acoplamento de um ou mais cilindros tensio- nadores (102, 202, 302) a um riser (106) compreendendo: acoplar um anel de tensão (204) ao riser (106); acoplar rotativamente uma primeira extremidade distal de um primeiro cilindro tensionador (202) a uma plataforma (108) em uma conexão de pino superior (212); proporcionar uma conexão de pino de fundo (214) a uma segunda extremidade distal do primeiro cilindro tensionador (202); acoplar um sistema de articulação ajustável ao primeiro cilindro tensionador (202), o sistema de articulação ajustável compreendendo um mecanismo de fixação e um mecanismo de posicionamento; ativar o mecanismo de posicionamento, em que o mecanismo de posicionamento gira o primeiro cilindro tensionador (202) sobre a conexão de pino superior (212) entre uma primeira posição e uma segunda posição; e caracterizado por ativar o mecanismo de fixação, em que o mecanismo de fixação compreende um dispositivo de retenção (216) disposto no anel de tensão (204), e em que o mecanismo de fixação acopla a conexão de pino de fundo (214) do primeiro cilindro tensionador (202) ao anel de tensão (204); em que a conexão de pino de fundo (214) é desengatada do dispositivo de retenção (216) quando o primeiro cilindro tensionador (202) está na primeira posição, e em que a conexão de pino de fundo (214) está diretamente engatada com o dispositivo de retenção (216) quando primeiro cilindro tensionador (202) está na segunda posição.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender: um membro flexível (220), no qual uma primeira extremidade distal do membro flexível (220) é acoplada a um ponto de montagem (222) no primeiro cilindro tensionador (202); e um dispositivo de rotação (224) acoplado à plataforma (108), no qual uma segunda extremidade distal do membro flexível (220) é acoplada ao dispositivo de rotação (224).

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender um mecanismo de rotação de dupla ação (318), o mecanismo de rotação de dupla ação (318) compreendendo um cilindro de rotação de dupla ação, no qual o cilindro de rotação de dupla ação é acoplado ao primeiro cilindro tensionador (202), via uma articulação sólida (304).

17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de posicionamento compreender uma articulação mecânica (402), em que uma primeira extremidade distal da articulação mecânica (402) é acoplada ao primeiro cilindro tensionador (202), e uma segunda extremidade distal da articulação mecânica (402) é acoplada a um cilindro (406) na plataforma (108).

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de ainda compreender roteamento da articulação mecânica (402) através do anel de tensão (204).

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o cilindro (406) ser selecionado de um grupo consistindo em um cilindro hidráulico e um cilindro pneumático.

20. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a articulação mecânica (402) ser uma cinta antirrisco.

21. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por ainda compreender o abaixamento do anel de tensão (204), no qual o primeiro cilindro tensionador (202) se move em direção ao anel de tensão (204) à medida que o anel de tensão (204) é abaixado.

22. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por ainda compreender acoplar rotativamente uma primeira extremidade distal de um segundo cilindro tensionador à plataforma (108) a uma conexão de pino superior (212); proporcionar uma conexão de pino de fundo (214) a uma segunda extremidade distal do segundo cilindro tensionador (202); acoplar o segundo cilindro tensionador (202) ao sistema de articulação ajustável; e acoplar a conexão de pino de fundo (214) do segundo cilindro tensionador (202) ao anel de tensão (204).

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por o mecanismo de posicionamento compreender uma articulação mecânica (502); no qual uma primeira extremidade distal da articulação mecânica (502) é acoplada ao primeiro cilindro tensionador (202), e uma segunda extremidade distal da articulação mecânica (502) é acoplada ao segundo cilindro tensionador (202); e no qual a ativação do mecanismo de posicionamento move o primeiro cilindro tensionador (202) e o segundo cilindro tensionador (202) um em direção ao outro.

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