BR102017026844A2 - sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel com um cilindro principal e um cilindro secundário - Google Patents
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Abstract
sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel com um cilindro principal e um cilindro secundário. a presente invenção refere-se a um sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel (1). o sistema de compensação compreende dois blocos (3, 4), um braço articulado (2), um cabo (5), pelo menos um cilindro principal (6) e pelo menos um cilindro secundário (7). o cilindro secundário (7) é montado em articulação (rotação sobre um eixo substancialmente horizontal) na unidade móvel (1), e em uma junta do braço articulado (2).
Description
(54) Título: SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE MOVIMENTO PARA UMA CARGA SUSPENSA DE UMA UNIDADE MÓVEL COM UM CILINDRO PRINCIPAL E UM CILINDRO SECUNDÁRIO (51) Int. Cl.: E21B 19/09 (30) Prioridade Unionista: 19/12/2016 FR 16/62.761 (73) Titular(es): IFP ENERGIES NOUVELLES (72) Inventor(es): BENOIT AMAUDRIC DU CHAFFAUT (85) Data do Início da Fase Nacional:
13/12/2017 (57) Resumo: SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE MOVIMENTO PARA UMA CARGA SUSPENSA DE UMA UNIDADE MÓVEL COM UM CILINDRO PRINCIPAL E UM CILINDRO SECUNDÁRIO. A presente invenção refere-se a um sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel (1). O sistema de compensação compreende dois blocos (3, 4), um braço articulado (2), um cabo (5), pelo menos um cilindro principal (6) e pelo menos um cilindro secundário (7). O cilindro secundário (7) é montado em articulação (rotação sobre um eixo substancialmente horizontal) na unidade móvel (1), e em uma junta do braço articulado (2).
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE MOVIMENTO PARA UMA CARGA SUSPENSA DE UMA UNIDADE MÓVEL COM UM CILINDRO PRINCIPAL E UM CILINDRO SECUNDÁRIO.
CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se ao campo de compensação de movimento para um elemento móvel em suspensão de uma unidade móvel. Mais particularmente, a invenção refere-se à compensação de movimento de erguimento de uma unidade flutuante offshore que suporta ou uma linha de perfuração que termina em uma broca de perfuração (drillstem), ou um tubo de elevação rigidamente conectado a um equipamento fixado ao fundo do mar. Tal unidade flutuante também requer compensação pesada de movimento vertical quando do assentamento e especialmente quando da montagem de vários equipamentos no leito marinho, tal como uma cabeça de poço submarino, por exemplo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Convencionalmente, os sistemas de suporte de carga são produzidos usando um guincho e um conjunto de polias fixas e móveis. Por meio destes sistemas de suporte de carga, a carga é capaz de ser manuseada mais ou menos regularmente, por exemplo, progressivamente aumentada (adições sucessivas de tubos a uma linha de perfuração), em seguida, parcialmente assentada no fundo (furo), e finalmente elevada e liberada conforme frequentemente necessário à medida que o furo está sendo aprofundado.
[0003] Contudo, no mar, o movimento da onda causa, entre outras coisas, um movimento de erguimento, isto é, um movimento oscilante de translação vertical das unidades flutuantes. Quando as últimas suportam um equipamento em contato com o fundo, tal como uma linha de perfuração, o erguimento necessita ser compensado de modo que
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2/18 a força de contato da broca no fundo do furo seja mantida, dentro de limites aceitáveis.
[0004] Para compensar tais movimentos, existem três famílias de dispositivos:
[0005] - dispositivos que são assentados na linha de perfuração: a parte da haste localizada acima do dispositivo ainda suporta o movimento de erguimento com a unidade flutuante, onde a parte da haste localizada abaixo do dispositivo permanece praticamente sem movimento relativo ao fundo do mar, [0006] - dispositivos que são interpostos entre a haste e o sistema de elevação da perfuratriz, e [0007] - dispositivos que são integrados no Sistema de elevação.
[0008] Para esta terceira família, um sistema de compensação compreende pelo menos um cilindro principal cuja uma extremidade é fixadamente ligada (sem movimento relativo) à extremidade superior da carga (bloco de coroa), e a outra extremidade é fixadamente ligada (sem movimento relativo) à unidade móvel. Cada cilindro principal segue o movimento de erguimento, e sua ação é, portanto, exercida verticalmente, ou em uma direção muito próxima à vertical. Além disso, o sistema de compensação compreende pelo menos um braço articulado que conecta a unidade móvel ao bloco de coroa. Cada braço articulado é composto de elementos rígidos articulados entre si, neste caso, por ligações pivôs entre os elementos rígidos. Pela mesma razão como para os cilindros principais, estes braços são móveis em planos substancialmente verticais, e os eixos de suas juntas são horizontais. [0009] O desempenho de tal sistema, mensurável pela variação da força de contato da broca no fundo do furo (peso na broca), essencialmente depende do volume dos acumuladores de gás comprimido. A variação do peso na broca será toda menor quanto o volume dos acumuladores é maior, que pode ser rapidamente penalizada em um
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3/18 suporte flutuante em termos de peso, tamanho, e custos associados. [0010] O Documento FR-2.575.452 (US-5.520.369) descreve tal sistema compreendendo dois blocos, pelo menos um cilindro de compensação conectado aos acumuladores, um cabo, e dois braços articulados incluindo polias e hastes que permitem compensar um movimento de um elemento suspenso de uma unidade móvel. Este sistema permite reduzir o volume dos acumuladores através de uma geometria adequada dos braços articulados, e reduzir parcialmente o erro. Contudo, para este desenho, o volume dos acumuladores permanece grande (aproximadamente 16 m3 para um desenho convencional), e os erros de compensação permanecem significantes; a força na carga não permanece muito constante.
[0011] O pedido de patente WO-2014/001.193 descreve um aperfeiçoamento do sistema descrito no documento FR-2,575.452 (US5.520.369). O aperfeiçoamento consiste no uso, em adição aos cilindros principais verticais, de cilindros secundários que conectam a unidade fluatuante a algumas hastes dos braços articulados. Contudo, com este desenho, os cilindros secundários aplicam um esforço de flexão nestas hastes, em adição à sujeição de tração ou compressão, que requer superdimensionamento destas hastes. Além disso, este pedido de patente especifica que os cilindros principais e os cilindros secundários são conectados à mesma reserva de gás comprimido, que torna o sistema mais pobremente eficiente e mais pobremente ajustável.
[0012] De modo a superar estes problemas, a presente invenção se relaciona a um sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel. O sistema de compensação compreende dois blocos, pelo menos um braço articulado, um cabo, pelo menos um cilindro principal, e pelo menos um cilindro secundário. O cilindro secundário é montado pivotando (rotação sobre um eixo
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4/18 substancialmente horizontal) na unidade móvel, e na junta do braço articulado. Desse modo, o cilindro secundário permite aumentar a precisão da compensação de movimento, para tornar o sistema ajustável, e sua ação na junta do braço articulado permite impedir esforços de flexão nas hastes do braço articulado, e, portanto, tornando-as mais leves.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0013] A invenção se relaciona a um sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel, compreendendo um bloco de coroa, um bloco de deslocamento para fixação de referida carga, pelo menos um braço articulado para conexão do referido bloco de coroa à referida unidade móvel, cada braço articulado compreendendo pelo menos uma polia, um cabo que se desloca através de referidas polias de cada braço articulado, e através de referidos primeiro e segundo blocos, e pelo menos um primeiro cilindro principal fixado a referido unidade móvel, e ao referido bloco de coroa. Referido sistema de compensação compreende pelo menos um cilindro secundário rotacionalmente montado na referida unidade móvel, e na junta de referido braço articulado.
[0014] De acordo com uma concretização da invenção, referido cilindro principal é um cilindro hidropneumático conectado a um acumulador oleopneumático.
[0015] De acordo com uma implementação da invenção, referido cilindro secundário é um cilindro pneumático conectado a um acumulador pneumático.
[0016] Vantajosamente, referido braço articulado compreende pelo menos duas hastes de ligação articuladas relativas entre si, uma polia sendo disposta na junta de referidas hastes na qual referido cilindro secundário é rotacionalmente montado.
[0017] Vantajosamente, cada extremidade de referidas hastes
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5/18 compreende uma polia para passagem de referido cabo.
[0018] De acordo com uma opção de implementação, o referido sistema de compensação compreende pelo menos dois braços articulados dispostos simetricamente relativos ao eixo formado por referidos primeiro e segundo blocos.
[0019] De acordo com uma concretização, o referido sistema de compensação compreende pelo menos dois cilindros secundários dispostos simetricamente relativos ao eixo de referido cilindro principal, de modo que os componentes das ações de referido cilindro secundários, ortogonais à direção de deslocamento de referido bloco de coroa, cancelam entre si para qualquer posição de referido bloco de coroa. [0020] De acordo com uma concretização, o referido sistema de compensação de movimento compreende dois cilindros principais. [0021] De acordo com uma concretização variante, o referido sistema de compensação compreende dois cilindros secundários para cada braço articulado.
[0022] Além disso, a invenção se relaciona a um uso de um sistema de compensação de movimento, de acordo com uma das características acima, para compensação de erguimento para suporte de broca de perfuração submarina e/ou assentamento de carga.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0023] Outras características e vantagens do sistema de acordo com a invenção serão claras da leitura da descrição em seguida das concretizações dadas por meio de exemplo não limitativo, com referência às Figuras acompanhantes nas quais:
[0024] - Figura 1 ilustra um sistema de compensação de movimento de acordo com uma concretização da invenção, [0025] - Figuras 2a a 2d ilustram esquematicamente várias posições de um compensador de movimento de acordo com uma concretização da invenção,
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6/18 [0026] - Figura 3 ilustra um sistema de compensação de movimento de acordo com uma concretização variante da invenção, [0027] - Figura 4 ilustra uma configuração de um sistema de compensação de acordo com a invenção, e [0028] - Figura 5 é um gráfico mostrando as forças como uma função da elevação para o sistema de compensação de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0029] A presente invenção se relaciona a um sistema de compensação de movimento (compensador de erguimento) para um elemento (também referido como carga) fixado a (ou suspenso de) uma unidade móvel (por exemplo, um navio, uma plataforma flutuante, etc.). A carga é provável de ser manuseada mais ou menos regularmente, por exemplo, progressivamente aumentada (adições sucessivas de tubos a uma linha de perfuração), em seguida, parcialmente assentada no fundo (furo), e, finalmente, elevada e liberada tão frequentemente quanto necessário à medida que o furo está sendo aprofundado. Estas manobras são mais frequentemente realizadas usando um guincho e um conjunto de polias fixas e móveis (bloco de polias), permitindo reduzir o esforço requerido a partir do guincho, no custo de um maior comprimento de cabo. O bloco de polias consiste em um primeiro bloco, referido como bloco de coroa, e de um segundo bloco, referido como bloco de deslocamento. É lembrado que um bloco é um dispositivo mecânico que permite que uma carga seja elevada por vários trançados de cabo.
[0030] O sistema de compensação compreende:
[0031] pelo menos um cilindro principal cuja uma extremidade é fixadamente ligada (sem movimento relativo) à extremidade superior da carga (bloco de coroa), e a outra extremidade é fixadamente ligada (sem movimento relativo) à unidade móvel. Cada cilindro principal sePetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 40/58
7/18 gue o movimento de erguimento e sua ação é, portanto, exercida verticalmente, ou em uma direção muito próxima à vertical;
[0032] pelo menos um braço articulado, de preferência dois, quatro ou seis braços, dispostos simetricamente, o braço articulado conectando a unidade móvel ao bloco de coroa. Cada braço articulado é composto de rígidos articulados relativos entre si, neste caso, por articulações pivô entre os elementos rígidos. Pela mesma razão como para os cilindros principais, estes braços são móveis em planos substancialmente verticais, e os eixos de suas juntas são horizontais.
[0033] Os braços articulados permitem que o comprimento do cabo seja mantido substancialmente constante após movimento do primeiro bloco relativo à unidade móvel.
[0034] O aumento no número de braços articulados notavelmente permite que a carga máxima permissível pelo sistema de compensação seja aumentada.
[0035] O(s) braço(s) articulado(s) descrito(s) acima é/são equipados com pelo menos uma polia disposta em uma extremidade e/ou junta dos braços de modo a guiar os trançados de cabo de operação provenientes do bloco de coroa em paralelo com os elementos rígidos que compõem referidos braços. O objetivo de tal trajetória é manter o comprimento dos trançados de cabo de operação constante entre o bloco de coroa e sua união à unidade móvel, guincho e âncora (conforme descrito no pedido de patente FR-2.575.452 (US-5.520.369)), de modo a produzir a tensão de referido cabo independente das posições relativas do bloco de coroa e da unidade móvel.
[0036] De acordo com uma alternativa, o braço articulado pode compreender três hastes de ligação articuladas.
[0037] De acordo com a invenção, o sistema de compensação de movimento compreende adicionalmente menos um cilindro secundário. O cilindro secundário conecta a unidade móvel a uma junta do braço
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8/18 articulado. O cilindro secundário é montado articulando (rotacionalmente montado) na unidade móvel, e na junta do braço articulado. Em outras palavras, o cilindro secundário pode articular com relação à unidade móvel sobre um eixo substancialmente horizontal, e o cilindro secundário pode articular ao redor do eixo de articulação do braço articulado sobre um eixo substancialmente horizontal. Por meio deste cilindro secundário, o elemento rígido do braço articulado integral com a cabeça do cilindro principal exerce uma força adicional na cabeça do cilindro principal. A ação combinada do cilindro principal e do cilindro secundário permite o movimento da unidade móvel (erguimento) a ser compensada. O princípio desta arquitetura é exercer uma força adicional na extremidade superior da carga (bloco de coroa) por meio do cilindro secundário. O cilindro secundário permite que a compensação de movimento seja otimizada em relação ao uso de um cilindro principal sozinho, e permite subdimensionar o cilindro principal e sua fonte de energia. Além disso, a articulação do cilindro secundário com a junta do braço articulado permite que os esforços de flexão sejam evitados nas hastes de ligação do braço articulado.
[0038] O movimento da unidade móvel (erguimento, por exemplo) é compensado pelo movimento do bloco de coroa com relação à unidade móvel. Desse modo, a carga suspensa deste bloco de coroa é estacionária com relação a um ponto de referência fixo (o fundo do mar, por exemplo). O movimento do bloco de coroa relativo à unidade móvel é controlado pelos cilindros.
[0039] O bloco de coroa pode ser montado em um elemento de suporte (uma estrutura, por exemplo), e o cilindro principal pode então ser disposto entre a unidade móvel e a estrutura.
[0040] Os braços articulados permite que o comprimento do cabo seja mantido substancialmente constante após movimento do bloco de coroa relativo à unidade móvel.
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9/18 [0041] De acordo com uma concretização da invenção no qual o sistema de compensação compreende um número par de braços articulados, o sistema de compensação pode compreender pelo menos dois cilindros secundários dispostos simetricamente relativos ao eixo do cilindro principal, de modo que os componentes das ações dos cilindros secundários ortogonais (isto é, substancialmente horizontais) à direção de deslocamento do primeiro bloco se cancelam entre si para qualquer posição do primeiro bloco. Desse modo, a resultante das ações dos cilindros no primeiro bloco é substancialmente vertical. [0042] De preferência, cada braço articulado pode compreender duas hastes de ligação e uma polia. Uma primeira extremidade de uma primeira haste pode ser articulada na unidade móvel. Além disso, uma segunda extremidade de uma primeira haste pode ser articulada relativa uma primeira extremidade da segunda haste. Além disso, uma segunda extremidade da segunda haste pode ser articulada relativa à primeira coroa, ou relativa à estrutura que suporta a primeira coroa. Também, uma polia pode ser provida na junta entre as duas hastes. [0043] De acordo com uma alternativa, o braço articulado pode compreender três hastes de ligação articuladas.
[0044] De acordo com uma concretização preferida da invenção, cada braço articulado que se compõe de duas hastes de ligação é associado com um cilindro de haste unido secundário, no plano vertical definido pelas duas hastes, entre a junta das hastes e a unidade móvel. A força exercida pelo cilindro produz compressão da haste fixada ao bloco de coroa. O componente vertical desta compressão ds acrescenta ou deduz da força vertical do(s) cilindro(s) principal(is), dependendo da inclinação da haste de conexão. Os braços articulados sendo dispostos simetricamente com relação ao eixo vertical do movimento da carga, os componentes horizontais das compressões das hastes de ligação fixadas ao bloco de coroa se cancelam entre si. Quando
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10/18 estas hastes são horizontais, o efeito dos cilindros secundários é zero, a carga é então transportada pelos cilindros principais sozinhos. As dimensões e posicionamento dos braços articulados, bem como as características dos cilindros principal e secundário, são, desse modo, selecionadas, que a resultante das forças exercidas no bloco de coroa pelos cilindros principais, por um lado, e pelas hastes de ligação fixadas a este bloco de coroa, por outro lado, permanece mais próxima possível à força exercida pelos cilindros principais quando as hastes fixadas ao bloco de coroa são horizontais. Idealmente, esta resultante é constante através de todo o curso dos cilindros principais, e a compensação é então referida como isodyne, isto é, a força constante. [0045] De acordo com uma concretização da invenção, pode-se considerar que a carga nominal do sistema de compensação corresponda à força exercida pelos cilindros principais em curso médio. Os desvios extremos, positivos e negativos, da força exercida pelos cilindros principais em relação à carga nominal correspondem ao início e ao final do curso destes cilindros. Desse modo, os braços articulados e os cilindros secundários associados podem ser dimensionados de modo a melhor compensar estes desvios. Por exemplo, se a carga nominal é 450 toneladas, e se os cilindros principais exercem uma força de 550 toneladas no início do curso, e uma força de 350 toneladas no final do curso, pode ser assumido que a força no curso médio é próxima a 450 toneladas. As forças verticais requeridas dos conjuntos braço articulado-cilindro secundário variarão, portanto, entre 0 e 100 toneladas, para cima e para baixo, dependendo da posição, acima ou abaixo, no curso médio, onde as hastes de ligação, fixadas ao bloco de coroa, são substancialmente horizontais, e a força de compensação, desse modo, é zero.
[0046] De acordo com uma configuração da invenção, o sistema de compensação pode compreender dois cilindros secundários para
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11/18 cada braço articulado. Neste caso, os dois cilindros secundários podem ser dispostos paralelos entre a unidade móvel e a junta do braço articulado. Vantajosamente, os dois cilindros secundários são rotacionalmente montados na junta em qualquer lado da polia e das hastes. Esta configuração permite que as forças sejam equilibradas no eixo de articulação. Além disso, esta configuração permite que cilindros secundários de tamanho reduzido sejam usados.
[0047] Vantajosamente, os conjuntos de braço articulado-cilindro auxiliar podem ser dispostos simetricamente com relação ao eixo vertical da carga, e os componentes horizontais das forças adicionais se equilibram e se cancelam entre si. Desse modo, a resultante dos componentes verticais se soma até, ou deduz da força dos cilindros principais, dependendo da inclinação das hastes de ligação.
[0048] De acordo com uma concretização da invenção, o cilindro principal pode ser um cilindro hidropneumático conectado a um acumulador oleopneumático. O termo acumulador designa uma reserva de gás comprimido, ar, por exemplo, em conexão com um cilindro intermediário de tipo oleopneumático que separa o gás do gás de reserva do óleo do cilindro hidráulico. A reserva de gás comprimido pode vir na forma de garrafas de gás. Desse modo, os cilindros principais podem ser conectados a uma reserva de gás comprimido que proporciona a elasticidade requerida. Um líquido incompressível é disposto entre os cilindros e a reserva de gás para proporcionar segurança do sistema através de fechamento rápido de uma válvula de modo a impedir expansão de gás muito rápida no caso de uma mudança súbita na carga. A concretização deste sistema de amortecimento oleopneumático pode ser idêntica àquela descrita no documento FR-2.575.452 (US5.520.369) com um acumulador oleopneumático de tamanho reduzido. Quando pelo menos dois cilindros oleopneumáticos principais são usados, é possível compartilhar o acumulador para equilibrar as presPetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 45/58
12/18 sões e, portanto, as forças nos cilindros hidráulicos.
[0049] De acordo com uma concretização da invenção, o cilindro secundário pode ser um cilindro pneumático conectado a um acumulador pneumático, que pode vir na forma de garrafas de gás. O acumulador pneumático é distinto do acumulador oleopneumático provido para o cilindro principal: o sistema de compensação então compreende dois acumuladores independentes. Desse modo, cada tipo de cilindro (principal ou secundário) tem sua própria energia, que permite que a precisão de compensação seja aperfeiçoada.
[0050] Desse modo, a possibilidade de diferenças significantes de limitação relacionadas às forças exercidas pelos cilindros principais permite substancialmente reduzir o tamanho dos acumuladores oleopneumáticos associados com estes cilindros principais.
[0051] De acordo com uma opção de implementação, o volume do acumulador pneumático dos cilindros secundários é muito maior do que o volume do acumulador oleopneumático dos cilindros principais. Por exemplo, para o valor de carga antes mencionado de 450 toneladas associado com um curso de 7,62 m (25 pés) dos cilindros principais, a melhor compensação (± 2,54 toneladas, isto é, 0,54% da carga) é alcançada com um volume de 6 m3 para o acumulador principal, e um volume de 0,4 m3 para o acumulador secundário, com pressões máximas de (210 e 167 bar), respectivamente.
[0052] Alternativamente, os cilindros secundários podem ser cilindros acionados, hidráulicos, pneumáticos, ou elétricos. É, desse modo, possível, ter um sistema de compensação parcialmente ativo.
[0053] De acordo com uma característica da invenção, o sistema de compensação pode compreender dois cilindros principais dispostos simetricamente entre a unidade móvel e o bloco de coroa (ou a estrutura que suporta o bloco de coroa).
[0054] A Figura 1 ilustra esquematicamente por meio de exemplo
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13/18 não limitativo um compensador de movimento de acordo com uma concretização da invenção. Nesta Figura, a carga não é mostrada. Uma carga suspensa de um bloco de deslocamento 4, conectado por um cabo 5 a um bloco de coroa 3. O bloco de coroa 3 é montado em uma estrutura que é conectada à unidade móvel 1 por dois braços articulados 2. Cada braço articulado compreende uma haste de conexão inferior 10 articulada (isto é, girando sobre um eixo substancialmente horizontal) relativa à unidade móvel 1, e uma haste superior 12 articulada (isto é, girando sobre um eixo horizontal), por um lado, relativa ao bloco de coroa 3 e, por outro lado, relativa à haste inferior 10. A junta entre a haste superior 12 e a haste inferior 10 compreende adicionalmente uma polia 11. Polias são também providas nas extremidades das hastes 10 e 12. O cabo 5 se desloca através de todas as polias dos braços articulados, e através dos dois blocos. O sistema de compensação compreende um cilindro principal 6 e dois cilindros secundários 7. O cilindro principal 6 é um cilindro hidráulico cuja uma extremidade é fixada à unidade móvel 1, e cuja outra extremidade é fixada à estrutura na qual o bloco de coroa 3 é montado. O cilindro principal 6 é energizado por um acumulador oleopneumático 8. O sistema de compensação compreende adicionalmente dois cilindros secundários distribuídos simetricamente em qualquer lado da carga. Os cilindros secundários 7 são dispostos entre a unidade móvel 1 e uma junta do braço articulado 2, na polia 11. Os dois cilindros secundários 7 são cilindros pneumáticos energizados por um acumulador pneumático 9. [0055] As Figuras 2a a 2d ilustram esquematicamente por meio de um exemplo não limitativo a operação do sistema de compensação, de acordo com a invenção, para quatro posições diferentes. Nestas Figuras, os cilindros são esquematicamente representados por molas. Além disso, nas Figuras, a unidade móvel, os blocos, as polias, e o cabo, não são mostrados. As Figuras ilustram dois braços articulados
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14/18 com uma haste de conexão inferior 10 e uma haste superior 12 que conectam a unidade móvel ao primeiro bloco, bem como o cilindro principal 6 e os dois cilindros secundários 7 conectam a unidade móvel à junta do braço articulado. Na parte superior da Figura, as forças exercidas no bloco de coroa são mostradas. Fp corresponde à força exercida pelo cilindro principal no primeiro bloco, Fs representa as forças exercidas pelos cilindros secundários no bloco de coroa através da agência da haste de conexão, e P é a resultante destas três forças. Pode ser notado que a configuração selecionada permite que a resultante das forças no bloco de coroa permaneça vertical, e de valor idêntico para qualquer posição do primeiro bloco, que capacita compensação de movimento de carga.
[0056] A Figura 2a ilustra a posição mais baixa do primeiro bloco. Nesta posição, o cilindro principal 6 é comprimido, e exerce uma força máxima Fp no primeiro bloco. Além disso, nesta posição, a haste de conexão superior 12 é inclinada descendentemente e, portanto, as forças Fs exercidas pelos cilindros secundários 7 no bloco de coroa são direcionadas para baixo. O componente vertical das forças Fs dos blocos secundários, portanto, é deduzido da força Fp do cilindro principal. [0057] A Figura 2b ilustra uma posição intermediária do primeiro bloco onde as hastes de ligação superiores 12 são substancialmente horizontais, isto é, substancialmente ortogonais à trajetória do primeiro bloco. Nesta posição, as forças Fs dos cilindros secundários no bloco de coroa, desse modo, não compreendem componente vertical (as forças Fs se cancelam). A resultante das forças no bloco de coroa, portanto, corresponde somente à força Fp exercida pelo cilindro principal. [0058] A Figura 2c ilustra uma posição intermediária do primeiro bloco onde o bloco de coroa está em uma posição mais alta em relação à Figura 2b. Nesta posição, o cilindro principal 6 é somente levemente comprimido, e exerce uma força fraca Fp no primeiro bloco.
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Além disso, nesta posição, a haste de conexão superior é inclinada ascendentemente; portanto, as forças Fs exercidas pelos cilindros secundários 7 no bloco de coroa são direcionadas para cima. O componente vertical de forças Fs dos cilindros secundários, desse modo, se soma à força Fp do cilindro principal.
[0059] A Figura 2d ilustra a posição mais alta do primeiro bloco. Nesta posição, o cilindro principal 6 é somente levemente comprimido, e exerce uma forma máxima Fp no primeiro bloco. Além disso, nesta posição, a haste de conexão superior é abruptamente inclinada ascendentemente; portanto, as forças Fs exercidas pelos cilindros secundários 7 no bloco de coroa são direcionadas para cima. O componente vertical das forças Fs dos cilindros secundários, desse modo, se soma à força Fp do cilindro principal.
[0060] A Figura 3 ilustra esquematicamente, por meio de exemplo não limitativo, um compensador de movimento de acordo com uma concretização variante da invenção. Esta Figura é uma vista parcial ilustrando um braço articulado único 2. Uma carga (não mostrada) suspensa de um bloco de deslocamento (não mostrado), conectado por um cabo 5 a um bloco de coroa 3. O bloco de coroa 3 é montado em uma estrutura que é conectada à unidade móvel 1 por dois braços articulados 2. O braço articulado compreende uma haste de conexão inferior 10 articulada (isto é, girando sobre um eixo horizontal) relativa à unidade móvel 1, e uma haste superior 12 articulada (isto é, girando sobre um eixo horizontal), por um lado, relativa ao bloco de coroa 3 e, por outro lado, relativa à haste inferior 10. A junta entre a haste superior 12 e a haste inferior 10 compreende adicionalmente uma polia 11. As polias são também providas nas extremidades das hastes 10 e 12. O cabo 5 se desloca através de todas as polias dos braços articulados e através dos dois blocos. O sistema de compensação compreende um cilindro principal 6 e dois cilindros secundários 7. O cilindro princiPetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 49/58
16/18 pal 6 é um cilindro hidráulico cuja uma extremidade é fixada à unidade móvel 1, e cuja outra extremidade é fixada à estrutura na qual o bloco de coroa 3 é montado. O cilindro principal 6 é energizado por um acumulador oleopneumático (não mostrado). Para cada braço articulado, o sistema de compensação compreende adicionalmente dois cilindros secundários dispostos entre a unidade móvel 1 e a junta do braço articulado 2, na polia 11. Os cilindros secundários 7 estão posicionados em qualquer lado da polia 11, de modo a equilibrar as forças. Os dois cilindros secundários 7 são cilindros pneumáticos energizados por um acumulador pneumático (não mostrado).
[0061] O sistema de compensação, de acordo com a invenção, pode ser usado notavelmente para compensação do movimento de erguimento de uma unidade offshore (navio, plataforma,...) durante operações de perfuração offshore, quando do assentamento de um tubo de elevação, para uma ferramenta de assentamento do impedidor de explosão, ou manutenção de poços de fundo de poço para retomada da perfuração. Neste caso, a unidade móvel é uma unidade flutuante, notavelmente um navio, e o elemento de suspensão é uma broca de perfuração ou um tubo de elevação, ou uma ferramenta de assentamento de tubo offshore.
Exemplo [0062] Um sistema de compensação de erguimento, de acordo com a invenção, é testado na ordem de mostrar o interesse do sistema de compensação.
[0063] O exemplo usado é um sistema de compensação compreendendo dois cilindros principais hidropneumáticos conectados à um acumulador oleopneumático, dois braços articulados, e quatro cilindros secundários pneumáticos (dois por braço articulado) conectados à um acumulador pneumático.
[0064] A Figura 4 ilustra uma configuração de tal sistema de comPetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 50/58
17/18 pensação (somente parte do sistema de compensação é ilustrada). O sistema de compensação compreende um cilindro hidropneumático 6 energizado por um acumulador hidropneumático 8 de volume V1 e pressão P1. O sistema de compensação compreende um braço articulado com uma haste de conexão inferior 10 e uma haste de conexão superior 12. O sistema de compensação compreende adicionalmente um cilindro secundário pneumático 7 energizado por um acumulador pneumático 9 de volume V2 e pressão P2. A Figura 4 ilustra as várias dimensões deste sistema notavelmente denotadas por s, e, x, y, g, I, m.
[0065] A Tabela 1 mostra as dimensões do sistema de compensação, onde as dimensões s, e, x e y podem ser dimensionadas de modo a ter um comprimento de cabo substancialmente constante, independentemente das dimensões dos cilindros principal e secundário.
Tabela 1: Dimensões do sistema de compensação
| Parâmetros | Valores |
| Carga | 454 t |
| Bloco dos cursos da coroa | 7,6 m |
| P1 | 209 bars |
| P2 | 166 bars |
| V1 | 6 m3 |
| V2 | 0,4 m3 |
| L | 6,5 m |
| M | 4,85 m |
[0066] A Figura 5 é um gráfico ilustrando várias curvas:
[0067] o valor de ponto de ajuste CON em toneladas para uma carga de 454 toneladas, [0068] a força dos cilindros principais sozinha Vp como uma função da elevação P em t, do curso dos cilindros principais C em m e da altura da unidade móvel h em m, [0069] a força vertical dos cilindros secundários Eb como uma funPetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 51/58
18/18 ção da elevação P em t, do curso dos cilindros principais C em m, e da altura da unidade móvel h em m, e [0070] a elevação vertical resultante POR que é a soma da força dos cilindros principais sozinhos, e da força vertical dos cilindros secundários.
[0071] O desvio absoluto máximo da elevação da resultante POR a partir do ponto de ajuste de peso suspenso CON é abaixo de 4,54 ton, isto é, 1% da carga. O dispositivo é, desse modo, eficiente por comparação com a técnica anterior onde os melhores resultados são preferivelmente da ordem de 2% ou mais.
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Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema de compensação de movimento para uma carga suspensa de uma unidade móvel (1), compreendendo um bloco de coroa (3), um bloco de deslocamento (4) para fixação de referida carga, pelo menos um braço articulado (2) para conexão de referido bloco de coroa (3) à referida unidade móvel (1), cada braço articulado (2) compreendendo pelo menos uma polia (11), um cabo (5) que se desloca através de referidas polias (11) de cada braço articulado (2), e através de referidos primeiro e segundo blocos (3, 4), e pelo menos um primeiro cilindro principal (6) fixado à referida unidade móvel (1) ao referido bloco de coroa (3), caracterizado pelo fato de que referido sistema de compensação compreende pelo menos um cilindro secundário (7) rotacionalmente montado na referida unidade móvel (1), e em uma junta de referido braço articulado (2).
- 2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido cilindro principal (6) é um cilindro hidropneumático conectado à um acumulador oleopneumático (8).
- 3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido cilindro secundário (7) é um cilindro pneumático conectado a um acumulador pneumático (9).
- 4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido braço articulado (2) compreende pelo menos duas hastes de ligação (10, 11) articuladas relativas entre si, uma polia (11) sendo disposta na junta de referidas hastes (10, 11) na qual referido cilindro secundário (7) é rotacionalmente montado.
- 5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada extremidade de referidas hastes (10, 11) compreende uma polia para passagem de referido cabo.Petição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 53/582/2
- 6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de compensação compreende pelo menos dois braços articulados (2) dispostos simetricamente relativos ao eixo formado por referidos primeiro e segundo blocos (3, 4).
- 7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de compensação compreende pelo menos dois cilindro secundários (7) dispostos simetricamente relativos ao eixo de referido cilindro principal (6), de modo que os componentes das ações (Fs) de referidos cilindros secundários (7) ortogonais à direção de deslocamento de referido bloco de coroa (3) cancelam entre si fora de qualquer posição de referido bloco de coroa (3).
- 8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de compensação de movimento compreende dois cilindros principais (6).
- 9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de compensação compreende dois cilindros secundários (7) para cada braço articulado (2).
- 10. Uso de um sistema de compensação de movimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de ser para compensação pesada para suporte de broca de perfuração submarina e/ou assentamento de carga.Petição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 54/581/3Fig 2a Fig 2b Fig 2c Fig 2dPetição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 6/582/3Fig 3Petição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 7/58C (m)3/3Fig 4Ec (t) h (m)P(t)Fig 5Petição 870170097266, de 13/12/2017, pág. 8/581/1
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