BR102017002631A2

BR102017002631A2 - Improved internal drilling riser mounting seal

Info

Publication number: BR102017002631A2
Application number: BR102017002631-0A
Authority: BR
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2017-08-22
Also published as: BR102017002631B1; GB2547340A; MY193994A; GB201702323D0; NO347816B1; US10190379B2; US20170234096A1; SG10201701003TA; GB2547340B; NO20170232A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SELO CONECTOR DE AMARRAÇÃO DE RISER DE PERFURAÇÃO INTERNO APERFEIÇOADO".

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente descrição refere-se, de um modo geral, a conectores de amarração de riser e, mais particularmente, a um selo conector de amarração de riser de perfuração interno aperfeiçoado. ANTECEDENTE

[0002] Na perfuração ou produção de um poço offshore, os risers estendem-se entre um vaso ou plataforma na superfície e uma cabeça de poço submarino conectando desse modo o vaso ou a plataforma à cabeça de poço submarino. Em certas implementações, o riser pode acoplar a cabeça de poço submarino a um Sistema de Segurança contra estouros (Blow-Out-Preventer) ("BOP") localizado na superfície. O riser pode ser tão longo como vários milhares de pés, e pode ser constituído por sucessivas seções de riser que são acopladas juntas através de uma ou mais conexões de riser. As seções de riser com extremidades adjacentes podem ser ligadas a bordo do vaso ou da plataforma, à medida que o riser é baixado para a posição. As linhas auxiliares, tais como as linhas de estrangulamento, de destruição e / ou de reforço, podem estender-se ao longo do lado do riser para se ligar à cabeça do poço, de modo que os fluidos possam ser circulados para baixo na cabeça do poço para várias finalidades.

[0003] É muitas vezes desejável utilizar um riser que tenha um pequeno diâmetro interno de modo a facilitar o fluxo de fluido a pressões mais elevadas. Por exemplo, durante as operações de perfuração pode ser desejável utilizar um riser duplo com uma seção de riser interno que tem um pequeno diâmetro interno de modo a prover uma maior capacidade de pressão e melhorar a circulação hidráulica do fluido de perfuração (lama) da cabeça de poço submarino para a superfície. Di- to de outra forma, a utilização de um riser com um diâmetro menor permite que os fluidos sejam dirigidos para cima do furo a uma velocidade mais elevada e com uma pressão mais elevada. Em certas implementações, o riser menor pode residir dentro de um riser nominal maior, de menor pressão. Por conseguinte, é desejável desenvolver um conector de amarração que possa acoplar um tubo de elevação de pequeno diâmetro a uma cabeça de poço submarino.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] Algumas modalidades exemplificativas específicas da invenção podem ser compreendidas fazendo referência, em parte, à seguinte descrição e aos desenhos anexos.

[0005] A Figura 1 é um diagrama esquemático ilustrando uma plataforma flutuante ligada a uma cabeça de poço submarino por um riser que tem uma seção de diâmetro interno e uma seção de diâmetro externo maior;

[0006] As Figuras 2A e 2B são diagramas esquemáticos que representam as partes mais superiores de um sistema de cabeça de poço submarino com um conector de amarração de riser de perfuração interno mostrado na posição bloqueada, mas não completamente aterrada de tal modo que o selo de metal a metal de acordo com a presente invenção não é ativado;

[0007] A Figura 3 é uma vista de perto da interface entre o conector de amarração do riser de perfuração interno e o cabeçote de poço submarino mostrado na Figura 2B mostrando o selo de metal a metal de acordo com a presente invenção não ativado;

[0008] A Figura 4 é uma vista de perto do selo entre o conector de amarração do riser de perfuração interna e a cabeça de poço submarino ilustrada na Figura 3 ilustrando os vários componentes do selo;

[0009] A Figura 5 é uma vista ampliada do selo que mostra o movimento do corpo interno do conector de amarração em relação ao se- Io quando ο conector de amarração é acionado para a sua posição bloqueada;

[0010] A Figura 6 mostra as forças radiais impostas ao selo quando é ativado;

[0011] A Figura 7 ilustra o momento de flexão resultante imposto ao selo devido às forças de contato no cotovelo de um braço de alavanca saliente do selo de acordo com a presente invenção;

[0012] A Figura 8 ilustra as vantagens da flexão na vedação; e [0013] A Figura 9 ilustra a resposta da vedação quando a tensão axial é aplicada ao conector de amarração na direção para cima do furo.

[0014] Embora as modalidades desta invenção tenham sido apresentadas e descritas e sejam definidas por referência a modalidades exemplares da invenção, tais referências não implicam uma limitação à invenção, e tal limitação não deve ser deduzida. O assunto descrito é capaz de modificação, alteração e equivalentes consideráveis em forma e função, como ocorrerá para os versados na técnica pertinente e que tem o benefício desta invenção. As modalidades apresentadas e descritas desta descrição são apenas exemplos e não são exaustivos do âmbito da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] As modalidades ilustrativas da presente descrição são aqui descritas em detalhe. No interesse da clareza, nem todas as características de uma implementação real podem ser descritas nesta especificação. Evidentemente, será apreciado que no desenvolvimento de qualquer uma dessas modalidades reais, numerosas decisões específicas de implementação devem ser feitas para atingir os objetivos de implementação específicos, que variam de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas será, no entanto, um empreen- dimento de rotina para os versados na técnica que tem o benefício da presente invenção. Para facilitar uma melhor compreensão da presente descrição, são dados os seguintes exemplos de determinadas modalidades. De forma alguma devem ser lidos os seguintes exemplos para limitar ou definir o âmbito da invenção.

[0016] O termo "plataforma", tal como aqui utilizado, engloba um vaso ou qualquer outro componente adequado localizado sobre ou próximo da superfície do corpo de água, no qual uma cabeça de poço submarino está disposta. Os termos "acopla" ou "acoplam", tal como aqui utilizados, significam uma ligação direta ou indireta. Assim, se um primeiro dispositivo se acopla a um segundo dispositivo, essa ligação pode ser através de uma ligação direta, ou através de uma ligação indireta (elétrica e ou mecânica) através de outros dispositivos e ligações. O termo "para cima do furo", tal como aqui utilizado, significa ao longo da linha de perfuração ou do furo da extremidade distai em direção à superfície submarina e "para o fundo do furo", tal como aqui utilizado, ao longo da linha de perfuração ou do orifício da superfície submarina em direção à extremidade distai. Entender-se-á que o termo "equipamento de perfuração de poços de petróleo" ou "sistema de perfuração de poços de petróleo" não se destina a limitar a utilização do equipamento e dos processos descritos com esses termos para perfurar um poço de petróleo. Os termos incluem também a perfuração de poços de gás natural ou poços de hidrocarbonetos em geral. Além disso, tais poços podem ser utilizados para produção, monitorização ou injeção em relação à recuperação de hidrocarbonetos ou outros materiais da subsuperfície.

[0017] A Figura 1 ilustra uma plataforma flutuante ligada a uma cabeça de poço submarino por um riser que tem uma seção de diâmetro interno e uma seção de diâmetro externo maior. Em algumas implementações ilustrativas, um furo de poço 102 pode ser perfurado em uma formação subterrânea 104. Uma cabeça de poço 106 pode ser colocada no fundo do mar em uma extremidade terminal de furo do poço 102. Um riser 108 pode então acoplar fluidicamente a cabeça de poço 106 à plataforma 110 para facilitar o fluxo de fluido entre a cabeça de poço 106 e a plataforma 110. Especificamente, como mostrado na Figura 1, uma primeira extremidade terminal do riser 108 pode ser acoplada à plataforma e uma segunda extremidade terminal do riser 108 pode ser acoplada à cabeça de poço 106. Um tubo de produção ou um tubo de perfuração 112 pode ser inserido dentro do poço 102. De acordo com isto, fluidos podem fluir entre a plataforma 110 e a formação subterrânea 104 através do riser 108, a cabeça de poço 106 e o tubo de produção ou o tubo de perfuração 112.

[0018] É desejável prover um percurso de fluxo de fluido entre a formação subterrânea 104 e a plataforma 110 que permite um fluxo de fluido eficiente entre os dois. De acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção que é discutida em mais detalhes mais adiante, o riser 108 pode incluir um tubo de riser interno 114 que está instalado dentro de um tubo de riser externo 116. O termo "tubo de riser interno" tal como aqui utilizado refere-se a um tubo de riser com um diâmetro externo que é menor que o diâmetro interno do tubo de riser externo 116. Em contraste, o termo "tubo de riser externo", tal como aqui utilizado, refere-se a um tubo de riser com um diâmetro interno que é maior do que o diâmetro externo do tubo de riser interno 114. Para facilitar a instalação do tubo de riser interno 114 no interior do tubo de riser externo 116, é instalado um conector de amarração de riser de perfuração interno (daqui em diante "ITBC") na cabeça de poço 106. A estrutura e a operação do ITBC são discutidas em mais detalhes em conjunto com as Figuras 2A - B.

[0019] As Figuras 2A - B e 3 representam um ITBC de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção que é indicada ge- ralmente com o número de referência 200. Especificamente, as Figuras 2A - B e 3 mostram o ITBC 200 bloqueado e parcialmente aterrado antes do selo ser ativado.

[0020] Voltando primeiro às Figuras 2A - B, o ITBC 200 pode incluir um corpo principal 202. O corpo principal 202 pode ser acoplado a um tubo de riser interno 204 através de uma ou mais ligações de riser 206A e 206B. Na modalidade ilustrativa da Figura 2, existe um encaixe roscado entre o corpo principal 202, as ligações de riser 206A, 206B e o tubo de riser interno 204. Em certas implementações, o ITBC 200 pode estender-se aproximadamente de 15 a 20 pés acima de uma cabeça de poço submarino 212 onde pode ser acoplado às ligações de riser 206A e 206B. Esta extensão do ITBC 200 acima da cabeça de poço submarino 212 pode reduzir o dano de fadiga no ITBC 200.

[0021] Conforme ilustrado na Figura 2A, o tubo de riser interno 204 pode ser posicionado dentro de um tubo de riser externo 208 e repousa em uma cabeça de poço submarino 212. Conforme ilustrado na Figura 2B e discutido em mais detalhes abaixo, o corpo principal 202 acopla o tubo de riser interno 204 a um tubo de produção ou tubo de perfuração 210 que pode ser utilizado para isolar os fluidos entre a formação subterrânea e a cabeça de poço submarino 212. Os fluidos podem então fluir do tubo de produção 210 para a superfície através do tubo de riser interno 204. Em certas implementações, a cabeça de poço submarino 212 pode estar disposta dentro de um alojamento de baixa pressão 214. A extremidade de fundo de poço do alojamento de baixa pressão 214 está acoplada a um tubo condutor 216.

[0022] O corpo principal 202 do ITBC 200 pode ser direcionado para baixo através do tubo de riser externo 208 e desce e para em um pequeno ressalto 211 (referido aqui como o "ressalto de aterragem") disposto no furo inferior da cabeça de poço submarino 212 como mostrado na Figura 2B. Depois que o corpo principal 202 aterra na cabeça de poço submarino 212, pode ser aplicado um peso descendente ao corpo principal 202. O corpo principal 202 do ITBC 200 pode ainda incluir um anel de bloqueio 218 que é operável para engatar uma ranhura na cabeça de poço submarino 212 quando uma força descendente for aplicada ao ITBC 200. Especificamente, a aplicação deste peso descendente expulsa um anel de bloqueio 218 que engata em uma ranhura na cabeça de poço submarino 212. Ao mesmo tempo, o peso descendente aplicado ao corpo principal 202 ativa um conjunto de vedação que, em certas modalidades ilustrativas, pode ser uma vedação de metal a metal 220 que veda no furo central da cabeça de poço submarino 212. A localização específica do conjunto de vedação de metal a metal 220 é mostrada apenas para fins ilustrativos. Especificamente, o conjunto de vedação de metal a metal 220 pode estar localizado em qualquer ponto ao longo da interface entre a cabeça de poço submarino 212 e o corpo principal 202 para cima do furo a partir do anel de bloqueio 218. Uma vista mais detalhada do conjunto de vedação 220 pode aparecer na Figura 3, que mostra um estouro do conjunto de vedação 220 na posição bloqueada, mas não aterrada (ou posição ativada).

[0023] Qualquer mecanismo adequado conhecido de um versado na técnica pode ser utilizado para aplicar esta força descendente ao corpo principal 202. Por exemplo, em certas modalidades ilustrativas, a força descendente pode ser aplicada pelo peso do tubo de riser interno 204 acima do ITBC 200.

[0024] Em certas modalidades, um conjunto de um ou mais pinos de cisalhamento fixos 226 estão dispostos em um anel de aterragem 227. Conforme ilustrado nas Figuras 2A e 2B, o anel de aterragem 227 e os pinos de cisalhamento 226 estão dispostos ao longo de uma superfície interna do ITBC 200 em uma interface da cabeça de poço submarino 212 e do corpo principal 202 do ITBC 200. Os pinos de ci- salhamento 226 são operáveis para verificar o espaçamento de riser preciso antes de bloquear o ITBC 200. Estes pinos de cisalhamento 226 permitem a um operador marcar ligeiramente para fora o ressalto de aterragem 211 no furo da cabeça de poço submarino 212 e verifica se o espaçamento do riser na superfície está correto antes de se comprometer com o bloqueio do ITBC 200. Se forem necessários ajustamentos de comprimento de riser, o tubo de riser interno 204 pode ser elevado para a superfície e o comprimento adequado da junta interna pode ser instalado. O tubo de riser interno 204 pode então ser novamente aterrado na cabeça de poço submarino 212.

[0025] Em certas implementações, uma série de pinos carregados por mola 228 podem ser dispostos na manga limite 225. Os pinos carregados por mola 228 são operáveis para verificar que o corpo principal 202 do ITBC 200 atingiu um ponto de aterragem desejado dentro da cabeça de poço submarino 212. Especificamente, esta série de pinos carregados por mola 228 pode encaixar em uma ranhura na cabeça de poço submarino 212 quando o corpo principal 202 do ITBC 200 estiver totalmente aterrado com todo o tubo de riser interno 204 para baixo. Consequentemente, um operador pode utilizar uma sobrecarga durante o processo de aterragem para verificar se o corpo principal 202 atingiu o seu ponto de aterragem desejado dentro da cabeça de poço submarino 212.

[0026] Em certas implementações, o ITBC 200 pode ser reutilizá-vel. Especificamente, o corpo principal 202 pode ser aterrado na cabeça de poço submarino 212 e utilizado para acoplar fluidicamente o tubo de riser interno 204 ao tubo de produção ou de perfuração 210. O corpo principal 202 pode então ser liberado ou desengatado da cabeça de poço submarino 212 girando o tubo de riser interno 204, que desenrasca o enroscamento da trava da catraca 224. Em uma modalidade, pode ser utilizado um movimento no sentido horário do tubo de riser interno 204 para desengatar o enroscamento da trava da catraca 224. O operador pode então desengatar o ITBC 200 e levantá-lo de modo a aterrar o ITBC 200 uma segunda vez, se necessário.

[0027] De acordo com certas modalidades da presente invenção, o anel de bloqueio 218 (ilustrado com mais detalhes na Figura 3) é concebido para suportar tanto as cargas de tensão como as cargas de compressão aplicadas pelo tubo de riser interno 204. Especificamente, uma vez que o corpo principal 202 é instalado no lugar, o tubo de riser interno 204 estará sob tensão. O anel de bloqueio 218 assegura que o tubo de riser interno 204 possa suportar essa tensão. Além disso, a ocorrência de certos eventos de fundo do furo tal como, por exemplo, um estouro, pode aumentar ainda mais a carga no anel de bloqueio 218, tanto em tensão como em compressão. Por conseguinte, em certas modalidades ilustrativas, o anel de bloqueio 218 pode ser concebido para suportar uma força de aproximadamente 2 milhões de Ibs. O anel de bloqueio 218 pode ser feito a partir de qualquer material adequado conhecido dos versados na técnica, incluindo, mas não limitado a aço.

[0028] Além disso, o mecanismo de bloqueio do ITBC 200 tem um fator de amplificação de baixa tensão ("SAF") que proporciona uma longa vida útil à fadiga e vida útil. O SAF baixo é um resultado da estrutura do ITBC 200. Especificamente, os contornos de alívio de tensão no anel roscado da trava da catraca 224 e o encaixe de encaixe apertado do corpo principal 202 facilitam o SAF inferior resultante.

[0029] Em conformidade, em funcionamento, o ITBC 200 é direcionado para baixo através do tubo de riser externo 208 e é bloqueado na cabeça de poço submarino 212, como mostrado nas Figuras 2A -B. Um peso descendente é então aplicado ao ITBC 200 que trava o ITBC 200 no lugar dentro do cabeçote de poço submarino 212. Especificamente, à medida que a força descendente é aplicada ao ITBC 200, o anel roscado de trava da catraca 224 "clica" à medida que é empurrado para baixo ao longo das roscas localizadas na manga de limite 225. O conjunto de vedação 220 é colocado nesta posição. Uma vez terminadas as operações desejadas, o operador pode girar o tubo de riser interno 204 que, por sua vez, faz girar o ITBC 200, desengatando o anel roscado de trava da catraca 224. Em conformidade, o ITBC 200 é desengatado da cabeça de poço submarino 212 e pode ser reutilizado.

[0030] Em certas implementações, uma ou mais chaves carregadas por mola antirrotação 234 encaixam as ranhuras no furo inferior da cabeça de poço submarino 212. Estas chaves carregadas por mola mantêm o mecanismo de carga e o conjunto de vedação estacionários quando o corpo principal do riser interno 202 gira durante a liberação do ITBC 200.

[0031] Em funcionamento, o ITBC 200 aterra em uma cabeça de poço submarino vazio 212 (ou, alternativamente, um suporte de alojamento) em um pequeno ressalto de aterragem 211 e se acopla ao furo da cabeça de poço submarino 212 com um selo de metal a metal no conjunto de vedação de metal a metal 220 enquanto se encaixa em uma ranhura no furo da cabeça do poço. De acordo com modalidades ilustrativas da presente invenção, este acoplamento do ITBC 200 ao furo da cabeça de poço submarino 212 pode ser realizado com o peso descendente no tubo de riser interno 204 sem requerer a aplicação de toque para girar o ITBC 200 para instalação.

[0032] Os detalhes do conjunto de vedação metal a metal 220 melhorado serão agora discutidos com referência às Figuras 4 a 9. A Figura 4 ilustra um estouro do conjunto de vedação 220. O conjunto de vedação 220 é mostrado disposto em uma interface de uma superfície externa 300 do corpo principal 302 do conector de amarração do riser de perfuração interno ("ITBC") e uma superfície interna da cabeça de poço 212. A superfície externa do corpo principal 302 do ITBC se afunila ao longo do comprimento da posição final do conjunto de vedação 220 de uma extremidade para a outra. O corpo interno afunilado é estrangulado para baixo (em uma direção para baixo do poço) enquanto o corpo principal e o conjunto de vedação permanecem estacionários, como mostrado pela seta na Figura 5. Isto resulta em um alargamento ou estreitamento (dependendo da extremidade do conjunto de vedação 220) do anel entre o ITBC e a cabeça de poço submarino 212. O anel é estreito na região da parte do braço de alavanca do conjunto de vedação 220, que é descrito em maior detalhe abaixo.

[0033] O conjunto de vedação ou simplesmente vedação 220 compreende um corpo principal 304, um par de dedos opostos que se projetam para dentro 306 (inferior) e 308 (superior) dispostos em lados opostos do corpo principal 304 e um braço de alavanca que se projeta para fora 310 disposto adjacente e em um ângulo para fora para o dedo superior que se projeta para dentro 308. O braço de alavanca 310 tem um perfil entalhado ou de corte de serra, o que lhe permite criar um momento sem aumentar a rigidez tangencial da vedação. O braço de alavanca 310 também reduz significativamente o torque necessário para desengatar o mecanismo de bloqueio quando se recupera o ITBC do poço.

[0034] O braço de alavanca que se projeta para fora 310 atua para gerar um momento de flexão quando o selo 220 é colocado na sua posição final, que transfere o momento para baixo pelo corpo de vedação. Mais especificamente, o contato é formado no cotovelo 314 na extremidade do braço de alavanca 310 que se projeta para fora. Ao carregar, o cotovelo 314 é empurrado contra a superfície interna da cabeça de poço 212. A força reativa aplicada de volta ao selo 220 pela cabeça de poço 212 é o que cria o momento de flexão que se transfere através da vedação 220. A ação do momento de flexão é explicada mais adiante com referência às Figuras 7 a 8, que ilustra a direção do momento de flexão e como se aplica a todo o selo 220.

[0035] O par de dedos opostos que se projetam para dentro 306 e 308 têm extremidades afuniladas 315, que são concebidas para facilitar a sua flexão para dentro quando o selo 220 está sob uma carga. As extremidades afuniladas dos dedos 306 e 308 que se projetam para dentro também ajudam a aumentar o contato de ativação de pressão entre os dedos 306 e 308 que se projetam para dentro e a superfície interna da cabeça de poço 212, o que por sua vez aumenta a vedação criada entre a vedação 220 e a cabeça de poço 212 naquele local. Esta forma afilada também torna os dedos mais finos do que os selos convencionais, o que ajuda a aumentar a sua capacidade de vedação.

[0036] Um par de saliências 320 (inferior) e 322 (superior) é formado em lados opostos do corpo principal do selo 304 próximo do par de dedos opostos que se projetam para dentro 306 e 308. O par de saliências 320 e 322 encosta contra o corpo principal 300 do ITBC 302.

[0037] O corpo principal 304 do selo 220 é formado por um par de elementos de suporte geralmente paralelos 330 e 332. Um elemento ou barra de suporte transversal 334 liga cada um do par de elementos de suporte geralmente paralelos entre si. O corpo principal 304 do selo 220 compreende ainda um par de elementos de suporte 336 e 338 dispostos em lados opostos e geralmente ortogonais ao par dos elementos de suporte 330 e 332 geralmente paralelos e projetam-se para fora a partir do mesmo. O corpo principal 304 do selo 220 compreende ainda um par de saliências 340 e 342 formadas em lados opostos dos elementos de suporte geralmente paralelos. O par de saliências 340 e 342 encostam-se contra o corpo principal 300 do ITBC 302.

[0038] O selo 220 inclui uma pluralidade de cavidades que são selos elastoméricos formados, que ajudam a facilitar a vedação criada entre os vários componentes. Tal cavidade é formada entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos 330 e 332 em um lado da barra transversal. Ele é preenchido com um selo elastomérico 350. O selo elastomérico 350 é capaz de formar um selo estanque aos fluidos contra a cabeça de poço submarino 212 quando o selo 220 é colocado sob uma carga, isto é, ativada. Um par de cavidades abertas adicionais é formado em lados opostos dos elementos de suporte 330 e 332 geralmente paralelos entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos e os dedos que se projetam para dentro 306 e 308. Estes pares de cavidades adicionais são cheios com selos elastoméricos 352 e 354. O par de selos elastoméricos adicionais 352 e 354 é concebido para formar uma vedação adicional contra a cabeça de poço submarino 212 quando a vedação 220 é ativada.

[0039] Uma segunda cavidade aberta é formada entre o par de elementos de suporte geral mente paralelos 330 e 332 no lado oposto da barra transversal 334. A segunda cavidade aberta também é cheia com um selo elastomérico 360, que é concebido para formar um fluido contra o corpo principal 300 do ITBC 302 quando a vedação é ativada. Finalmente, uma cavidade aberta 370 é formada entre o dedo que se projeta para dentro 308 e o braço de alavanca que se projeta para fora 310.

[0040] Quando a vedação 220 é ativada, isto é, colocada sob carga pelo movimento do corpo principal para baixo, a conicidade no corpo principal aplica uma força sobre as saliências 320 e 322, que criam forças reativas nos dedos 306 e 308. Uma imagem completa das forças no selo durante a ativação pode ser melhor compreendida por referência à Figura 6 e como definido pela seguinte equação: ΣForçaS saliências ~ ^ fOÍÇQS dados ^ fOÍÇdS forças elásticas internas [0041] Em resumo, a soma das forças aplicadas às saliências à medida que o corpo principal desloca-se para baixo são neutralizadas pelas forças nos dedos 306 e 308 e às forças elásticas internas devido ao alongamento da vedação sobre o corpo principal.

[0042] A ativação da vedação também cria um momento de flexão gerado pelo braço de alavanca 310 que entra em contato com a parede interna da cabeça do poço, como explicado adicionalmente com referência às Figuras 7 e 8. Esse momento de flexão é traduzido através da vedação, como indicado girando as setas na Figura 4. As vantagens deste momento são ilustradas pelas setas A a C na Figura 8. A saliência 322 atua como um ponto de articulação para a translação do momento de flexão através do selo. O momento de flexão é por sua vez transferido para os dedos que se projetam para dentro 306 e 308, como indicado pelas setas B e C. Este momento cria uma carga de contato mais elevada para os dedos que se projetam para dentro 306 e 308, o que ajuda a melhorar as capacidades de vedação dos dedos. Além disso, as cargas nas saliências 320, 340 e 342 são abaixadas como consequência deste momento de flexão transferido (como mostrado pela seta A na Figura 8), o que ajuda a reduzir o torque total de ruptura. Esta concepção resulta em uma redução significativa do torque de ruptura sem sacrificar a integridade de vedação. O torque de ruptura é o torque necessário para desengatar o anel de catraca dividido 224 de modo a permitir a recuperação do ITBC a partir do poço. A rotação é necessária uma vez que o mecanismo de bloqueio é um anel roscado que deve ser desfeita antes que o ITBC possa ser recuperado para operações futuras. Uma vez que o selo atua como uma barreira de fluido de metal a metal entre o corpo principal do ITBC e o alojamento da cabeça de poço de alta pressão, existem fortes forças de contato nestas interfaces. As altas forças de contato sobre as saliências do selo, onde elas interagem com o corpo principal, resultam em uma resistência significativa à rotação axial (em relação ao eixo do riser). Em geral, estas forças de contato têm de exceder o limite de vedação mínimo para que os dedos do selo tenham um encaixe suficiente com a cabeça de poço 212. Isto é devido, em geral, às forças de contato sobre as colisões serem iguais à força de contato nos dedos mais as forças elásticas internas devido à dilatação do selo, como pode ser visto pela fórmula no parágrafo [0040]. O braço de alavanca 310 adiciona um momento de flexão como ilustrado na Figura 7. Este contato no braço de alavanca 314 e o momento de flexão resultante atua para assumir uma porcentagem das forças elásticas do aro internas que resulta na seguinte equação: ΣΣΣΣΣΣ [0043] Com a concepção apropriada do braço de alavanca, a redução nas forças do aro resistentes pelo braço de alavanca pode exceder as forças adicionais adicionadas radialmente para dentro pelas forças de contato entre o braço de alavanca e a cabeça do poço, o que resulta em uma redução líquida às forças de contato entre as saliências do selo e o corpo principal.

[0044] Mais especificamente, o braço de alavanca 310 reduz o torque de ruptura, aliviando a força de contato entre o selo 220 e o corpo principal, reduzindo assim a força de contato transmitida pelo selo 220 ao corpo principal 302. Isto permite uma resistência de rotação inferior (torque de ruptura). Em uma modalidade exemplar, o torque de ruptura é reduzido de aproximadamente 45.000 ft - Ibf para aproximadamente 30.000 ft - Ibf, uma redução de aproximadamente 1/3.

[0045] O braço de alavanca 310 também auxilia na preservação da integridade da vedação impedindo o dedo adjacente 315 de girar, o que pode enfraquecer as forças de contato entre o dedo adjacente e o corpo externo, degradando assim a integridade da vedação. Um exemplo de uma causa desta rotação é ilustrado na Figura 9. Quando o corpo principal se move ligeiramente para cima devido a tensão ex- terna, as forças de atrito na saliência superior 322 resultam em um momento mostrado pela seta curva na Figura 9 o que poderia potencialmente fazer com que as forças de contato sobre o dedo superior 308 reduzissem se não fosse o braço de alavanca atuando para acoplar este momento. Isto iria diminuir o contato que o dedo superior 308 tem com a superfície interna da cabeça de poço 212 e desse modo enfraquecería de outro modo a vedação formada entre a superfície externa 300 do corpo principal do conector de amarração 302 e a superfície interna da cabeça de poço 212. Este efeito é contrariado pelo braço de alavanca 310, que impede o dedo superior 308 de girar no sentido dos ponteiros do relógio. O braço de alavanca 310 atua como um "suporte de chute" para evitar isto.

[0046] A presente invenção é também direcionada a todo o aparelho para acoplar uma plataforma à cabeça de poço submarino 106 (212). O aparelho inclui o riser 108 que se estende entre a plataforma 110 e a cabeça de poço submarino 106 (212). Como mencionado acima, o riser 108 inclui o riser interno 204 e o riser externo 208. O aparelho inclui também o ITBC 302, incluindo o seu corpo principal 300. O ITBC 302 está acoplado ao riser interno 204. O aparelho inclui ainda o selo ou o conjunto de vedação 220 e todos os seus vários componentes, características e aspectos.

[0047] Por conseguinte, a presente invenção está bem adaptada para atingir os propósitos e vantagens mencionados bem como os que são inerentes a ela. As modalidades particulares descritas acima são apenas ilustrativas, uma vez que a presente invenção pode ser modificada e praticada de modos diferentes, mas equivalentes aparentes para os versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos aqui apresentados. Em particular, a presente invenção não se limita aos conectores de amarração. O selo 220 da presente invenção tem aplicação em outras estruturas tubulares aninhadas, incluindo, mas não se limitando a, cabos de encaixe e subs ajustamento. Embora as Figuras representem modalidades da presente descrição em uma orientação particular, deve ser entendido pelos versados na técnica que as modalidades da presente invenção são bem adequadas para utilização em uma variedade de orientações. De acordo com isto, deve ser entendido pelos versados na técnica que a utilização de termos direcionais tais como acima, abaixo, superior, inferior, ascendente, descendente e semelhantes são utilizados em relação às modalidades ilustrativas tal como estão ilustradas nas figuras, a direção ascendente sendo em direção ao topo da Figura correspondente e a direção descendente para o fundo da Figura correspondente.

[0048] Além disso, não se pretende qualquer limitação para os detalhes de construção ou concepção aqui ilustrados, com exceção dos descritos nas reivindicações abaixo. É, portanto, evidente que as modalidades ilustrativas particulares descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas estas variações são consideradas dentro do âmbito e espírito da presente invenção. Além disso, os termos nas reivindicações têm o seu significado comum, a não ser que de outra forma explicitamente e claramente definido pelo titular da patente. Os artigos indefinidos "um" ou "uma", tal como utilizados nas reivindicações, são aqui definidos como significando um ou mais do que um do elemento que o artigo particular introduz; e uso posterior do artigo definido "o" não se destina a negar esse significado.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Aparelho para acoplar uma plataforma a uma cabeça de poço submarino, caracterizado pelo fato de que compreende: um riser que se estende entre a plataforma e a cabeça de poço submarino, em que o riser compreende um riser interno e um riser externo; um conector de amarração de riser interno de perfuração ("ITBC") possuindo um corpo principal, em que o ITBC é acoplado ao riser interno; e um selo disposto em uma interface do corpo principal do ITBC e da cabeça de poço submarino, em que o selo compreende: um corpo principal, um par de dedos opostos que se projetam para dentro, dispostos em lados opostos do corpo principal, e um braço de alavanca que se projeta para fora, disposto adjacente e em um ângulo externo para um dos dedos opostos que se projetam para dentro.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora tem um perfil de corte de serra.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora atua para transmitir um momento de flexão ao selo durante o carregamento.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora atua para minimizar a rotação do dedo adjacente, melhorando assim a integridade da vedação.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de saliências formadas em lados opostos do corpo principal do selo próximo do par de dedos opostos que se projetam para dentro, o par de saliências contra o corpo principal do ITBC.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo principal do selo compreende um par de elementos de suporte geralmente paralelos, uma barra transversal que liga cada um do par de elementos de suporte geralmente paralelos entre si e um par de elementos de suporte dispostos em lados opostos, e geralmente ortogonais, ao par dos elementos de suporte geralmente paralelos e que se projetam para fora do mesmo.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de saliências formadas em lados opostos dos elementos de suporte geralmente paralelos, o par de saliências se encostando contra o corpo principal do ITBC.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um selo elastomérico disposto em uma primeira cavidade aberta que é formada entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos em um lado da barra transversal.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de selos elastoméricos dispostos em um par associado de cavidades abertas que são formadas em lados opostos dos elementos de suporte geralmente paralelos entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos e os dedos que se projetam para dentro.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um selo elastomérico disposto em uma segunda cavidade aberta que é formada entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos em um lado oposto da barra transversal.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma superfície interna do corpo principal do conec- tor de amarração do riser de perfuração interno se estreita de uma primeira extremidade do selo para uma segunda extremidade do selo.

12. Selo para utilização em uma aplicação de produção ou de perfuração de óleo para atuar como uma barreira de fluido no anel entre um corpo interno e um corpo externo, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo principal; um par de dedos opostos que se projetam para dentro dispostos em lados opostos do corpo principal; e um braço de alavanca que se projeta para fora, disposto adjacente e em um ângulo externo para um dos dedos opostos que se projetam para dentro.

13. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora tem um perfil de corte de serra.

14. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora atua para transmitir um momento de flexão ao selo durante o carregamento.

15. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de saliências formadas em lados opostos do corpo principal próximo do par de dedos opostos que se projetam para dentro, o par de saliências encostando contra o corpo interno quando o selo está instalado.

16. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o corpo principal compreende um par de elementos de suporte geralmente paralelos, uma barra transversal que liga cada um do par de elementos de suporte geralmente paralelos entre si e um par de elementos de suporte dispostos em lados opostos, e geralmente ortogonais ao par dos elementos de suporte geralmente paralelos e que se projetam para fora a partir do mesmo.

17. Selo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de saliências formadas em lados opostos dos elementos de suporte geralmente paralelos, o par de saliências encostando contra o corpo interno quando o selo está instalado.

18. Selo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um selo elastomérico disposto em uma primeira cavidade aberta que é formada entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos em um lado da barra transversal.

19. Selo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um par de selo elastomérico disposto em um par associado de cavidades abertas, que são formadas em lados opostos dos elementos de suporte geralmente paralelos entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos e os dedos que se projetam para dentro; e um selo elastomérico disposto em uma segunda cavidade aberta que é formada entre o par de elementos de suporte geralmente paralelos em um lado oposto da barra transversal.

20. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora reduz o torque de ruptura.

21. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora atua para minimizar a rotação do dedo adjacente, melhorando assim a integridade da vedação que atua como um suporte de apoio para o dedo adjacente.

22. Selo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o braço de alavanca que se projeta para fora impede que pelo menos um dos dedos que se projetam para dentro gire para dentro.