BR102022003342A2 - Elevador para levantamento de tubulação de carga pesada; tubulação para tal elevador e conjunto manuseador de tubulação compreendendo tal elevador - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um elevador (100) para segurar uma parte de extremidade (99e) de uma tubulação (99) em uma torre de perfuração (1). A invenção também se refere à tubulação (99). O elevador (100) tem um orifício (101h) a partir do qual, em uso operacional, a tubulação (99) é suspensa com uma parte de extremidade (99e), em que um diâmetro mínimo da parte de extremidade (99e) da tubulação (99) é selecionado maior do que o diâmetro mínimo do orifício (101h), em que paredes laterais do orifício (101h) são conformadas com uma superfície receptora (RS) para receber paredes laterais conformadas de modo correspondente da parte de extremidade (99e) da tubulação (99). Da mesma forma, as paredes laterais da parte de extremidade (99e) são conformadas com uma superfície de engatamento (ES) para engatamento com paredes laterais conformadas de modo correspondente do orifício (101h). Tanto a superfície receptora (RS3) quanto a superfície de engatamento (ES3) compreendem uma primeira parte (ES3a, RS3a) e uma segunda parte (ES3b, RS3b) vizinha da primeira parte (ES3a, RS3a), a primeira parte (ES3a, RS3a) definindo uma forma frusto cônica (p1) tendo uma primeira conicidade, a segunda parte (ES3b, RS3b) definindo uma forma (p2) tendo pelo menos parcialmente uma segunda conicidade menor do que a primeira conicidade. A invenção também se refere a um conjunto manuseador de tubulação que compreende tais elevador (100) e tubulação (99). Os efeitos da invenção são que as forças esmagadoras são altamente reduzidas, ao mesmo tempo em que várias tensões no material são reduzidas.

Description

ELEVADOR PARA LEVANTAMENTO DE TUBULAÇÃO DE CARGA PESADA; TUBULAÇÃO PARA TAL ELEVADOR E CONJUNTO MANUSEADOR DE TUBULAÇÃO COMPREENDENDO TAL ELEVADOR CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se a um elevador para sustentar uma parte de extremidade de uma tubulação em uma torre de perfuração. A invenção refere-se adicionalmente a uma tubulação configurada para ser usada com o elevador. A invenção também se refere a um conjunto manuseador de tubulação que compreende tais elevador e tubulação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇAO

[0002] As torres de perfuração geralmente compreendem um conjunto de manuseadores de tubulações para manuseio de tubulações de perfuração ou outras estruturas tubulares. Uma parte importante do conjunto de manuseador de tubulação é o elevador, que basicamente compreende uma parte mecânica passiva que compreende um orifício a partir do qual a tubulação é suspensa. Convencionalmente, a tubulação tem uma parte de extremidade espessa tendo um diâmetro maior do que um diâmetro mínimo do orifício do elevador. O orifício é convencionalmente provido com um mancal de elevador, a fim de ser capaz de adaptar o elevador a diferentes diâmetros da tubulação. Este mancal é suspenso a partir do orifício do elevador e a parte de extremidade da tubulação é suspensa a partir do mancal do elevador. O orifício no mancal do elevador convencionalmente compreende paredes laterais que definem uma forma frusto cônica, que conjuga com uma parte frusto cônica da parte de extremidade entre a parte de extremidade espessa e a parte média cilíndrica da tubulação. Quando uma tubulação tradicional é suspensa a partir do mancal do elevador, ela forma uma interface entre o elevador e a tubulação (ou seja, tubulação de perfuração).

[0003] A interface tradicional da tubulaçãoelevador da torre de perfuração tem um ângulo de 18 graus. A descrição detalhada adicionalmente ilustra mais isso. Este projeto tradicional funciona muito bem para tamanhos de tubulações de perfuração padrão, ou seja, 60,3 mm (2- 3/8") até 168,3 mm (6-5/8"), com espessuras de parede padrão. No entanto, para o trabalho de conclusão sobre as aplicações do riser (CWOR) e do Landing String (LS), no qual a tubulação é tipicamente maior (168,3 mm (6-5/8")) e maior) e a espessura da parede é maior (até, e em alguns casos, mais de 2,54 cm (1")) os 18 graus induzem tensões tangenciais excessivas (aro) na tubulação quando o peso da corda se aproxima da força axial da tubulação. Tendo em vista esse problema, existe uma necessidade para adicionalmente desenvolver sistemas de monitoramento de linhas de energia.

[0004] Uma solução que foi relatada é um ângulo de interface aumentado. Uma análise de elemento finito mostrou que um ângulo de 45 graus é ideal na redução do componente de estresse tangencial e equilibrá-lo com o estresse axial.

[0005] O inventor, no entanto, concluiu que essa solução sofre de diferentes problemas. O ângulo aumentado reduz a área de contato disponível, resultando em tensões excessivas do mancal entre o ombro do elevador da tubulação de perfuração e o mancal do elevador. Isso será explicado na descrição detalhada. Reduzir o raio de transição R entre o corpo da tubulação axial e o ombro de levantamento da tubulação (tipicamente 1,5" (38,1 mm) ajudaria, porém, iria aumentar a concentração de estresse nesse raio de transição que pode afetar negativamente a vida de fadiga da tubulação. Um diâmetro externo (OD) aumentado da junta da ferramenta é outro ponto a ser considerado, porém a maioria das pinças de energia (incluindo Roughnecks de Ferro (IRN)) atualmente usadas no campo não seria capaz de lidar com tal uma junta de ferramenta com OD tão grande.

[0006] Portanto, há a necessidade de desenvolver ainda mais elevadores e tubulações.

SUMÁRIO DA INVENÇAO

[0007] A invenção tem como seu objetivo remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens do estado da técnica anterior, ou pelo menos fornecer uma alternativa útil ao estado da técnica anterior.

[0008] O objeto é alcançado através de recursos que são especificados na descrição abaixo e nas reivindicações que se seguem.

[0009] A invenção é definida pelas reivindicações independentes. As reivindicações dependentes definem modalidades vantajosas da invenção.

[0010] Em um primeiro aspecto, a invenção se refere a um elevador para segurar uma parte de extremidade de uma tubulação em uma torre de perfuração. O elevador tem um orifício a partir do qual, em uso operacional, a tubulação é suspensa com uma parte de extremidade. Um diâmetro mínimo da parte de extremidade da tubulação é selecionado maior do que o diâmetro mínimo do orifício. Além disso, as paredes laterais do orifício são conformadas com uma superfície receptora para receber paredes laterais conformadas de modo correspondente da parte de extremidade da tubulação. A invenção é caracterizada em que a superfície receptora compreende uma primeira parte e uma segunda parte vizinha à primeira parte, a primeira parte definindo uma forma frusto cônica tendo uma primeira conicidade, a segunda parte definindo uma forma tendo pelo menos parcialmente uma segunda conicidade menor do que a primeira conicidade.

[0011] Os efeitos das características do elevador de acordo com a invenção são os seguintes. Em primeiro lugar, uma característica fundamental do elevador é que a superfície receptora compreende duas partes com formas diferentes. A primeira parte ainda é frusto cônica, porém a segunda parte pode ser frusto cônica, mas não precisa ser, desde que pelo menos parcialmente tenha uma conicidade menor do que a primeira parte. A vantagem dessa configuração é que a primeira parte pode ser projetada para fornecer uma grande força direcionada para cima com maior conicidade, enquanto a segunda parte pode ser projetada com uma menor conicidade para reduzir as tensões na região de transição. Deve ser ressaltado que, embora existam diferentes formas na invenção, isso não significa que as respectivas partes, mencionadas nas reivindicações, sejam necessariamente múltiplos objetos conectados entre si. Pelo contrário, tanto o elevador quanto a tubulação correspondente são provavelmente feitos de uma peça para torná-lo muito forte.

[0012] De modo a facilitar a compreensão da invenção, uma ou mais expressões serão mais detalhadas a seguir.

[0013] A expressão "elevador" deve ser interpretada como uma parte mecânica, a partir da qual uma tubulação é suspensa. A função do elevador está em muitas aplicações providas por um sistema no qual o elevador está suspenso, tal como um sistema de levantamento em uma torre de perfuração.

[0014] A expressão "tubulação" deve ser interpretada como uma estrutura tubular. Em aplicações convencionais de torres de perfuração na indústria petroquímica essas tubulações são frequentemente tubulações de perfuração. No entanto, a invenção não se limita necessariamente a tubulações de perfuração e elevadores para as mesmas. A invenção também se aplica a outras estruturas tubulares (como revestimento e tubulação), que sofrem de problemas semelhantes aos apresentados neste relatório. Tubulares podem ser definidos pela aplicação. Por exemplo, se uma tubulação de perfuração ou revestimento é usado para aterrar um forro ou qualquer outro equipamento no poço, geralmente é chamado de Landing String. Outro exemplo é Risers, (CWOR, etc.). A invenção realmente abrange todos os tubulares de óleo & gás, independentemente da especificação a que eles são fabricados (tubulação de perfuração, revestimento, tubulação) ou a aplicação (corda de aterramento, riser, etc.).

[0015] Em uma modalidade do elevador de acordo com a invenção a primeira conicidade é tal que as paredes laterais, em uso operacional, fazem um ângulo com uma linha central da tubulação entre 30 graus e 60 graus, de preferência entre 35 graus e 55 graus, ainda mais preferencialmente entre 40 graus e 50 graus, e ainda mais preferencialmente de 45 graus. As faixas de estreitamento neste grupo de modalidades indicam que a invenção não se limita a uma conicidade específica, mas a conicidade ideal pode muito bem vir a ser em torno de 45 graus, o que parece equilibrar os requisitos como o melhor em muitos casos.

[0016] Em uma modalidade do elevador de acordo com a invenção, a segunda parte da superfície receptora define uma forma toroidal que transita da primeira conicidade em um lado voltado para a primeira parte para a segunda conicidade em um lado oposto. A forma toroidal que transita da primeira conicidade para uma menor conicidade reduz ainda mais as tensões na segunda parte da superfície receptora do elevador, mas também na segunda parte da superfície de engatamento da tubulação.

[0017] Em uma modalidade do elevador de acordo com a invenção a segunda parte da superfície receptora define uma forma frusto cônica adicional. Esta modalidade forma uma alternativa à forma toroidal da modalidade mencionada anteriormente. Em vez de uma conicidade transitória na segunda parte, pode-se escolher uma segunda conicidade constante, mas sendo inferior à primeira conicidade. Esta modalidade será discutida em maiores detalhes com referência a Figura 10.

[0018] Em uma modalidade do elevador de acordo com a invenção a segunda conicidade é tal que as paredes laterais, em uso operacional, pelo menos localmente fazem um ângulo com uma linha central da tubulação entre 14 graus e 30 graus, de preferência entre 15 graus e 25 graus, ainda mais preferencialmente entre 16 graus e 20 graus, e ainda mais preferencialmente 18 graus. As faixas de estreitamento neste grupo de modalidades têm se mostrado melhores para impedir que a tubulação fique presa no elevador. Na verdade, foi calculado um ângulo mínimo de 14 graus e a conicidade ideal segundo tem um ângulo de cerca de 18 graus, de acordo com os cálculos.

[0019] Em um segundo aspecto, a invenção se refere a uma tubulação configurada para uso com o elevador de acordo com a invenção, em que a tubulação compreende a parte de extremidade, em que, em uso operacional, o diâmetro mínimo da parte de extremidade da tubulação é selecionado maior do que o diâmetro da mínimo do orifício do elevador. Além disso, as paredes laterais da parte de extremidade são conformadas com uma superfície de engatamento para engatamento com paredes laterais conformadas de modo correspondente do orifício. A invenção é caracterizada na superfície de engatamento compreende uma primeira parte e uma segunda parte vizinha à primeira parte, a primeira parte definindo uma forma frusto cônica tendo uma primeira conicidade, a segunda parte definindo uma forma tendo pelo menos parcialmente uma segunda conicidade menor do que a primeira conicidade. A tubulação do segundo aspecto conjuga com o elevador do primeiro aspecto. Deve ser ressaltado que o elevador e a tubulação de acordo com a invenção pertencem juntos, tal como um plugue pertence a uma tomada. Ambas as entidades podem ser vendidas independentemente uma da outra e, portanto, são reivindicadas como tal nas reivindicações 1 e 5.

[0020] Em uma modalidade da tubulação de acordo com a invenção, a primeira conicidade é tal que as paredes laterais fazem um ângulo com uma linha central da tubulação entre 30 graus e 60 graus, de preferência entre 35 graus e 55 graus, ainda mais preferencialmente entre 40 graus e 50 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 45 graus. As faixas de estreitamento nesse grupo de modalidades indicam que a invenção não se limita a uma conicidade específica, mas a conicidade ideal pode muito bem vir a ser em torno de 45 graus, o que parece equilibrar os requisitos ao melhor em muitos casos.

[0021] Em uma modalidade da tubulação de acordo com a invenção, a segunda parte da superfície de engatamento define uma forma toroidal que transita da primeira conicidade em um lado voltado para a primeira parte para a segunda conicidade em um lado oposto. A forma toroidal que transita da primeira conicidade para uma menor conicidade reduz ainda mais as tensões na segunda parte da superfície receptora do elevador, mas também na segunda parte da superfície de engatamento da tubulação.

[0022] Em uma modalidade da tubulação de acordo com a invenção, a segunda parte da superfície de engatamento define uma forma mais frusto cônica. Esta modalidade forma uma alternativa à forma toroidal da modalidade mencionada anteriormente. Em vez de uma conicidade transitória na segunda parte, pode-se escolher uma segunda conicidade constante, mas sendo inferior à primeira conicidade. Esta modalidade será discutida em maiores detalhes com relação à Figura 10.

[0023] Em uma modalidade da tubulação, de acordo com a invenção, a segunda conicidade é tal que as paredes laterais pelo menos localmente formam um ângulo com uma linha central da tubulação entre 14 graus e 30 graus, de preferência entre 15 graus e 25 graus, ainda mais preferencialmente entre 16 graus e 20 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 18 graus. As faixas de estreitamento neste grupo de modalidades têm se mostrado melhores para impedir que a tubulação fique presa no elevador. Na verdade, um ângulo mínimo de 14 graus foi calculado e a segunda conicidade ideal tem um ângulo de cerca de 18 graus de acordo com os cálculos.

[0024] Uma modalidade da tubulação, de acordo com a invenção, compreende adicionalmente uma parte de transição entre a segunda parte e uma parte do meio cilíndrico da tubulação. A parte de transição pode ser projetada como uma forma toroidal, bem como a transição entre um ângulo de 0 graus (sem conicidade) em um lado voltado para a parte média cilíndrica da tubulação e a segunda conicidade da segunda parte vizinha à parte de transição.

[0025] Em um terceiro aspecto, a invenção diz respeito a um conjunto de manuseador de tubulação que compreende um elevador de acordo com a invenção, adicional e opcionalmente compreendendo a tubulação de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9.

[0026] Em um quarto aspecto, a invenção se relaciona com uma torre de perfuração que compreende um conjunto de manuseador de tubulação de acordo com a invenção.

BREVE INTRODUÇÃO DAS FIGURAS

[0027] A seguir são descritos exemplos de modalidades ilustradas nas figuras anexas, em que:
Figura 1 ilustra uma torre de perfuração compreendendo um conjunto manuseador de tubulação;
Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva aumentada de um conjunto manuseador de tubulação montado em um conjunto de direcionamento superior;
Figs. 3a ilustra uma vista frontal de parte do conjunto manuseador de tubulação e do conjunto de acionamento superior da Figura 2;
Figura 3b ilustra uma vista lateral da mesma parte que a da Figura 3a;
Figura 4a ilustra um elevador no qual a invenção pode ser aplicada; Figura 4b ilustra uma vista em corte transversal do elevador da Figura 4a;
Figura 5 ilustra um problema de um elevador conhecido a partir do estado da técnica;
Figura 6 ilustra uma solução inferior para o problema da Figura 5 como conhecido a partir do estado da técnica;
Figura 7 ilustra uma modalidade do elevador e da tubulação correspondente de acordo com a invenção;
Figura 8 ilustra uma vista ampliada de parte da Figura 7 de modo a ilustrar alguns aspectos adicionais da invenção;
Figura 9 ilustra alguns aspectos adicionais da vista ampliada de parte da Figura 7, e
Figura 10 ilustra uma tubulação e um elevador conjugado de acordo com uma modalidade adicional da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0028] Várias modalidades ilustrativas da presente matéria serão descritas abaixo. No interesse da clareza, nem todas as características de uma implementação real serão descritas nesse relatório. É claro que será apreciado que, no desenvolvimento de qualquer modalidade real, inúmeras decisões específicas de implementação devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tal como o cumprimento a restrições relacionada a negócios e as relacionada ao sistema, que irão variar a partir de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento possa ser complexo e demorado, mas seria, no entanto, um empreendimento rotineiro para aqueles ordinariamente versados no estado da técnica anterior tendo o benefício dessa descrição.

[0029] A presente matéria será agora descrita com referência às figuras anexas. Vários sistemas, estruturas e dispositivos são esquematicamente ilustrados nas figuras apenas para propósitos de explicação e não para obscurecer a presente descrição com detalhes bem conhecidos pelos versados no estado da técnica anterior. No entanto, as figuras anexadas estão incluídas para descrever e explicar exemplos ilustrativos da presente descrição. As palavras e frases aqui utilizadas devem ser entendidas e interpretadas para terem um significado consistente com a compreensão dessas palavras e frases por aqueles versados no estado da técnica anterior. Nenhuma definição especial de um termo ou frase, ou seja, uma definição diferente do significado comum e habitual, como entendido pelos versados no estado da técnica anterior, é pretendida como sendo implícita pelo uso consistente do termo ou frase aqui. Na medida em que um termo ou frase se destina a ter um significado especial, ou seja, um significado diferente daquele compreendido por pessoas qualificadas na técnica, tal definição especial será expressamente estabelecida no relatório em uma forma de definição que fornece direta e inequivocamente a definição especial para o termo ou frase.

[0030] A invenção será discutida em maiores detalhes com referência as figuras. As figuras serão discutidas principalmente na medida em que diferem das figuras anteriores. Figuras 1 a 4b servem principalmente para ilustrar a estrutura da invenção, ou seja, as mesmas ilustram onde e como a invenção pode ser usada. As Figuras 5 e 6 ilustram os problemas e as soluções do estado da técnica anterior. As Figuras 7 e 8 ilustram a essência da invenção.

[0031] A Figura 1 mostra uma torre de perfuração 1 compreendendo um conjunto de manuseador de tubulação 20. A torre de perfuração 1 compreende um bloco de coroa 5 no topo, que tipicamente compreende feixes para guiar cabos de içamento (não mostrados) que são alimentados a partir de um guincho (não mostrado) e executar os cabos do bloco de coroa 5 e, em seguida, para baixo até o conjunto de unidade superior 10, que compreende um girador padrão 15. O conjunto de manuseador de tubulação 20 está conectado com o conjunto de acionamento superior 10 como ilustrado. O conjunto de acionamento superior 10 pode ser içado para cima e para baixo ao longo de trilhos guia 40.

[0032] Durante as operações de perfuração, uma tubulação de perfuração 99 é tipicamente suspensa do conjunto de manuseador de tubulação 20, que se esgota até um deslizador de potência 50 no chão da broca, como ilustrado. O deslizador de potência 50 serve para segurar a tubulação de perfuração 99 enquanto segmentos de tubulações de perfuração estão sendo montados ou desarmados da tubulação de perfuração 99.

[0033] Figura 2 mostra uma vista ampliada em perspectiva de um conjunto de manuseador de tubulação 20 montado em um conjunto de unidade superior 10. Nesta figura, o elevador 100 na parte inferior do conjunto de manuseador de tubulação 20 é visível. Esta é a parte da torre de perfuração 1, na qual a invenção proporciona um aperfeiçoamento.

[0034] A Figura 3a mostra uma vista frontal de parte do conjunto de manuseador de tubulação 20 e o conjunto de acionamento superior 10 da Figura 2. A Figura 3b ilustra uma vista lateral da mesma parte que a da Figura 3a. Uma tubulação de perfuração 99 se projeta de um piso de perfuração 200 como ilustrado. Sua parte de extremidade fica pendurada no elevador 100, que será discutido em maiores detalhes a seguir, com referência a outras figuras. O elevador 100 é suspenso a partir de um adaptador de ligação 120 através das ligações 110 como ilustrado. O adaptador de ligação 120 é conectado com um posicionador de elevador 140, que por sua vez é conectado com um trem de acionamento planetário 150 (também chamado de unidade superior). O trem de acionamento planetário 150 pode ser acoplado na parte de extremidade da tubulação de perfuração 99 através de uma conexão em série de diferentes ferramentas, incluindo um IBOP superior com um atuador 134, um preventor contra transbordamento interno inferior (IBOP) 132 e um conector de ruptura 130, respectivamente. A Figura 3b também ilustra a ligação de inclinação 142 que serve para inclinar as ligações 110 com o elevador 100, se necessário.

[0035] A Figura 4a mostra um elevador 100 no qual a invenção pode ser aplicada. O elevador 100 compreende um orifício a partir do qual a tubulação de perfuração 99 está suspensa.

[0036] A Figura 4b mostra uma vista em corte transversal do elevador 100 da Figura 4a. Essa figura mostra mais claramente que o elevador 100 compreende um mancal de elevador 101, a partir da qual a tubulação de perfuração 99 está suspensa. Para poder suspender a tubulação de perfuração 99 do mancal do elevador 101 é convencionalmente fornecido com uma parte de extremidade 99e, que tem diâmetro maior do que uma seção restante da tubulação de perfuração 99, como ilustrado. Embora o uso de um mancal de elevador 101 seja bastante comum no campo, no que diz respeito à invenção, o mancal de elevador poderia muito bem ser integrado com o elevador 100, desde que haja um orifício no elevador 100 do qual a tubulação de perfuração 99 está suspenso. Nem todos os elevadores têm mancais específicos para suportar a tubulação. Mancais de elevador são usados para vestir um elevador universal para diferentes tamanhos de tubulação. Há também elevadores específicos de tamanho (adequados apenas para 1 tubulação específica) que têm o poço interno cônico usinado diretamente no elevador. A invenção, portanto, não se limita apenas a elevadores com mancal.

[0037] Deve ser notado que há muitas variações possíveis na configuração e na configuração das torres de perfuração. A torre de perfuração 1 apresentada nas Figuras 1-4b é apenas um exemplo. A invenção se refere a qualquer torre de perfuração 1 tendo um elevador 100 a partir do qual as tubulações de perfuração 99 são suspensas.

[0038] A Figura 5 ilustra um problema de um elevador 100 conhecido do estado da técnica anterior. A figura só mostra uma vista transversal de parte do mancal de elevador 101 no orifício 101h a partir de onde a parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99 está suspensa. O orifício 101h do mancal do elevador 101 tem uma superfície receptora RS1 que se apoia em uma superfície de engajamento ES1 em uma interface entre o mancal do elevador 101 e a parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99. A linha central 99c da tubulação de perfuração também é ilustrada. Pode-se ver que a parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99 é provida com uma parte frusto cônica que conjuga com uma forma de uma parte correspondente do orifício 101h do mancal do elevador 101. A conicidade da parte frusto cônica forma convencionalmente um ângulo de 18 graus com a linha central 99c. Este ângulo também é referido como "ângulo mais fino" no estado da técnica anterior. Esta interface define uma área de contato CA1 de um determinado tamanho como ilustrado. Deve ser notado que esta área de contato CA1 se estende ao longo da circunferência completa do orifício 101h e a parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99. Adjacente à parte frusto cônica da parte de extremidade 99e existe uma região de transição R (que também está sendo referida como o "raio" no campo da invenção, porque muitas vezes segue uma curvatura circular), em que a forma dobra de acordo com uma circular com um certo raio (na vista em corte transversal). Pode-se ver que com uma conicidade (ângulo mais fino) de 18 graus a superfície da região de transição é relativamente pequena, ou seja, a seção média da tubulação de perfuração permanece muito próxima da parede lateral do mancal do elevador, por causa do ângulo baixo. Uma grave desvantagem, no entanto, é que uma força de contato F2 aplicada sob este ângulo baixo de 18 graus torna-se muito grande. Na verdade, se a força desejada para cima F1 é conforme ilustrada, a força de contato F2 é um 1/seno 18º=3,24 vezes a força direcionada para cima F1. Consequentemente, uma força de esmagamento direcionada radialmente para dentro F3 é 1/tan 18º=3,14 vezes a força direcionada para cima F1. Estas forças de esmagamento F3 podem causar tensões de aro na tubulação de perfuração.

[0039] A Figura 6 mostra uma solução inferior ao problema da Figura 5, como se sabe do estado da técnica anterior. Nesta solução, a conicidade (ângulo de fita) da parte frusto cônica da parte de extremidade da parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99 está definida para 45 graus. Uma consequência disso é uma área de contato reduzida CA2 devido a uma superfície receptora reduzida RS2 e uma superfície de engatamento reduzida ES2 da parte de extremidade 99e como ilustrado. Isso também se deve a uma região de transição maior R com uma superfície de região de transição ampliada STR2 como ilustrado. No que diz respeito às forças, há uma melhora significativa. A força de contato F2 é agora apenas um 1/seno 45º=1,41 vezes a força direcionada para cima F1 e a força de esmagamento F3 é a mesma que a força direcionada para cima. No entanto, a área de contato fortemente reduzida CA2 induz estresse excessivo no mancal do elevador. Isso poderia ser resolvido ao fazer uma região de transição menor R, seguindo uma curvatura com um raio menor, mas isso aumentaria as tensões na região de transição, o que pode afetar negativamente a vida útil da tubulação devido à fadiga.

[0040] A Figura 7 mostra uma modalidade do elevador 100 e da tubulação correspondente 99 de acordo com a invenção. A invenção reside em um redesenho da interface entre o elevador (mancal) 101 e a tubulação 99. A área de contato CA3 é agora ampliada porque é composta por duas partes, ou seja, uma primeira parte CA3a que é conformada de maneira frusto cônica tendo um primeiro ângulo de conicidade/primeiro afunilamento (aqui 45 graus), e uma segunda parte CA3b que conformada de maneira toroidal gradualmente transitando do primeiro ângulo de conicidade (primeiro ângulo de afunilamento) para um segundo ângulo de conicidade/segundo afunilamento (aqui 18 graus). Alternativamente, a segunda parte CA3b também pode ser conformada de maneira frusto cônica, mas depois com uma conicidade menor, em seguida, a primeira parte CA3a. Isso irá alcançar substancialmente o mesmo efeito. No entanto, as tensões nas transições serão maiores.

[0041] A Figura 8 mostra uma vista ampliada de parte da Figura 7, de modo a ilustrar alguns outros aspectos da invenção. Esta figura ilustra mais claramente que a tubulação de perfuração 99 efetivamente compreende uma parte de extremidade cilíndrica P0 da parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99, uma parte conformada de maneira frusto cônica P1 vizinha da parte de extremidade cilíndrica P0, uma parte conformada de maneira toroidal P2 adjacente à parte conformada de maneira frusto cônica P1, uma parte de transição P3 vizinha da parte conformada de maneira toroidal P2 e uma parte média cilíndrica P5 da tubulação de perfuração 99, como ilustrado. A parte conformada de maneira frusto cônica P1 define a primeira parte da superfície de engatamento ES3a. A parte conformada de maneira toroidal P2 define a segunda parte da superfície de engatamento ES3b. O mancal do elevador 101 por sua vez tem paredes laterais correspondendo com paredes laterais da parte de extremidade da tubulação de perfuração 99. A parte conformada de maneira frusto cônica P1 define a primeira parte da superfície receptora RS3a. A parte conformada de maneira toroidal P2 define a segunda parte da superfície receptora ES3b. O resultado da característica de duas partes das paredes laterais do mancal do elevador 101 e da parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99 é que a superfície receptora correspondente RS3 total do mancal do elevador 101 é ampliada, bem como a superfície de engatamento total ES3 da parte de extremidade 99e da tubulação de perfuração 99. Outra consequência é que a superfície da região de transição STR3 da parte de transição P3 também é muito menor, devido ao ângulo de abertura muito menor de 18 graus no exemplo atual.

[0042] Esta invenção no exemplo das Figuras 7 e 8 estende a área de contato CA3 entre o ombro do elevador da tubulação de perfuração e o mancal do elevador 101, engatando a parte do raio.

[0043] O mancal do elevador 101 teria seguido a forma do raio até chegar ao ponto onde uma linha tangente forma um ângulo de 18° com o eixo geométrico principal da tubulação. Este ângulo de contato mínimo de 18° garante que a tubulação 99 não ficará presa no elevador 100 devido ao atrito entre a superfície de contato da tubulação 99 e a superfície de contato no elevador.

[0044] A quantidade de atrito depende de várias condições operacionais, tal como a presença de lama de perfuração ou lubrificante de tubulação nas superfícies de contato. A amplitude do atrito é determinada pelo assim chamado coeficiente de atrito (COF). O COF típico para superfícies de contato com tubulação de perfuração normalmente estar entre 0,08 (para superfícies bem lubrificadas) e 0,25 para condições de metal seco.

[0045] O COF pode ser traduzido para um assim chamado ângulo de atrito (Af) através da fórmula: Af = arctan (COF). No pior cenário de um COF=0,25, o ângulo de atrito é de 14°. Enquanto o ângulo de contato mínimo da tubulação acima descrito de 18° for maior do que este ângulo de atrito de 14°, de modo que a tubulação não ficará preso no elevador devido ao atrito.

[0046] Assim, a capacidade do elevador requerida para aplicações CWOR e LS pode ser alcançada por (1) reduzir as tensões de aro na tubulação de perfuração e equilibrar as mesmas com as tensões axiais, (2) estendendo a área de contato entre o ombro do elevador da tubulação de perfuração e o mancal do elevador, (3) e mantendo o raio de 1,5" e a junta da ferramenta OD inalterada.

[0047] Figura 9 mostra alguns aspectos adicionais da vista ampliada de parte da Figura 7. Essa vista figura serve para ilustrar o que se entende com as respectivas conicidades (ou ângulos mais afunilados). Nessa figura, uma primeira tangente TG1 associada com a primeira parte CA3a (conformada de maneira frusto cônica) da área de contato CA3 é desenhada incluindo o ângulo de 45º, que faz com a linha central 99c da tubulação 99. A segunda parte CA3b (conformada de maneira toroidal) claramente tem muitas conicidades diferentes, conforme ela transita suavemente da primeira conicidade para a segunda conicidade. A segunda conicidade é definida pelo TG2 ilustrado na segunda parte P2 para a terceira parte P3 (que forma uma borda no elevador 100 como ilustrado).

[0048] A Figura 10 mostra uma tubulação 99 e um elevador correspondente 100 de acordo com uma modalidade adicional da invenção. Esta modalidade só será discutida na medida em que difere da modalidade de Figura 8. A principal diferença é que a segunda parte conformada de maneira toroidal da área de contato CA3 foi substituída por uma outra parte conformada de maneira frusto cônica CA3b-2. Este é o impacto tanto na forma do elevador 100 quanto na tubulação 99, que agora tem uma segunda parte conformada de maneira frusto cônica P2-2 como ilustrado. A segunda parte da superfície de engatamento ES3b-2 e a segunda parte da superfície receptora RS3b-2 são conformadas de maneira correspondente. A figura também ilustra um TG3 ainda mais tangente desta área de contato conformada de maneira frusto cônica, que agora faz um ângulo de cerca de 30º com a linha central 99c, mas pode fazer qualquer outro ângulo mais afunilado entre 18º e 45º. Todas essas variações estão no âmbito da invenção, desde que a conicidade da segunda parte seja menor do que a da primeira parte.

[0049] As modalidades particulares descritas acima são apenas ilustrativas, pois a invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, mas equivalentes aparentes para aqueles versados no estado da técnica anterior que têm o benefício dos ensinamentos da mesma. A invenção pode ser aplicada em operações de perfuração, intervenção, operações de corda de aterramento, operações de riser e operações de complementação. Como mencionado anteriormente, o mancal do elevador não é uma característica essencial da invenção, o elevador também pode ficar sem tal mancal e ser conformado de acordo com o desenho.

[0050] A invenção cobre todas essas variantes, desde que sejam cobertas pelas reivindicações independentes. Nenhuma limitação é pretendida para os detalhes da construção ou do projeto aqui mostrados, exceto como definido nas reivindicações abaixo. Portanto é evidente que as modalidades particulares descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do âmbito da invenção. Assim, a proteção aqui buscada é conforme estabelecido nas reivindicações abaixo.

[0051] Deve ser notado que as modalidades acima mencionadas ilustram ao invés de limitar a invenção, e que aqueles versados no estado da técnica anterior serão capazes de projetar muitas modalidades alternativas sem se afastar do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitação da reivindicação. O uso do verbo "compreende" e suas conjugações não excluem a presença de elementos ou etapas diferentes dos indicados em uma reivindicação. O artigo "a" ou "o" anterior a um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. O simples fato de certas medidas serem mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada para aproveitamento. A invenção pode ser implementada por meio de hardware que compreende vários elementos distintos, e por meio de um computador devidamente programado. No dispositivo reivindica inúmeros desses vários meios, vários desses meios podem ser incorporados por um e o mesmo item de hardware.

Claims (13)

1. Elevador (100) para manter uma parte de extremidade (99e) de uma tubulação (99) em uma torre de perfuração (1), o elevador (100) tendo um orifício (101h) a partir do qual, em uso operacional, a tubulação (99) é suspensa com uma parte de extremidade (99e), em que um diâmetro mínimo da parte de extremidade (99e) da tubulação (99) é selecionada maior do que o diâmetro mínimo do orifício (101h), em que paredes laterais do orifício (101h) são moldadas com uma superfície receptora (RS) para receber paredes laterais conformadas de modo correspondente com as da parte de extremidade (99e) da tubulação (99), caracterizado pelo fato de que a superfície receptora (RS3) compreende uma primeira parte (RS3a) e uma segunda parte (RS3b) vizinha à primeira parte (RS3a), a primeira parte (RS3a) definindo uma forma frusto cônica (p1) tendo uma primeira conicidade, a segunda parte (RS3b) definindo uma forma (p2) tendo pelo menos parcialmente uma segunda conicidade menor do que a primeira conicidade.
2. Elevador (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira conicidade é tal que as paredes laterais, em uso operacional, formam um ângulo com uma linha central (99c) da tubulação (99) entre 30 graus e 60 graus, preferencialmente entre 35 graus e 55 graus, e mais preferencialmente entre 40 graus e 50 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 45 de graus.
3. Elevador (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a segunda parte (RS3b) da superfície receptora (RS3) define uma forma de toroidal (p2) que transita da primeira conicidade em um lado voltado da primeira parte (RS3b) para a segunda conicidade em um lado oposto.
4. Elevador (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a segunda parte (RS3b-2) da superfície receptora (RS3) define uma adicional forma frustoconical (p2-2).
5. Elevador (100), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a segunda conicidade é tal que as paredes laterais, em uso operacional, pelo menos localmente formam um ângulo com uma linha central (99c) da tubulação (99) entre 14 graus e 30 graus, de preferência entre 15 graus e 25 graus, mais preferencialmente entre 16 graus e 20 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 18 graus.
6. Tubulação (99), configurada para uso com o elevador (100) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a tubulação (99) compreende a parte de extremidade (9e), em que, em uso operacional, o diâmetro mínimo da parte de extremidade (99e) da tubulação (99) é selecionado maior do que o diâmetro mínimo do orifício (101h) do elevador (100), em que as paredes laterais da parte de extremidade (99e) são formadas com uma superfície de engatamento (ES) para engatar com paredes laterais conformadas de modo correspondente do orifício (101h), caracterizada pelo fato de que a superfície de engatamento (ES3) compreende uma primeira parte (ES3a) e uma segunda parte (ES3b) vizinha da primeira parte (ES3a), a primeira parte (ES3a) definindo uma forma frusto cônica (p1) tendo uma primeira conicidade, a segunda parte (ES3b) definindo uma forma (p2) tendo pelo menos parcialmente uma segunda conicidade menor do que a primeira conicidade.
7. Tubulação (99), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a primeira conicidade é tal que as paredes laterais formam um ângulo com uma linha central (99c) da tubulação (99) entre 30 graus e 60 graus, de preferência entre 35 graus e 55 graus, mais preferencialmente entre 40 graus e 50 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 45 graus.
8. Tubulação (99), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a segunda parte (ES3b) da superfície de engatamento (ES3) define uma forma toroidal (p2) a qual transita da primeira conicidade em um lado voltado da primeira parte (ES3b) para a segunda conicidade em um lado oposto.
9. Tubulação (99), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a segunda parte (ES3b-2) da superfície de engatamento (RS3) define uma adicional forma frusto cônica (p2-2).
10. Tubulação (99), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que a segunda conicidade é tal que as paredes laterais pelo menos localmente formam um ângulo com uma linha central (99c) da tubulação (99) entre 14 graus e 30 graus, de preferência entre 15 graus e 25 graus, mais preferencialmente entre 16 graus e 20 graus, e ainda mais preferencialmente cerca de 18 de graus.
11. Tubulação (99), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizada por adicionalmente compreender uma parte de transição (P3) entre a segunda parte (P2) e uma parte média cilíndrica (P5) da tubulação.
12. Conjunto manuseador de tubulação (20), caracterizado por compreender um elevador (100) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, e adicional e opcionalmente por compreender uma tubulação (99) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 11.
13. Torre de perfuração (1), caracterizada por compreender o conjunto manipulador de tubulação (20) do tipo definido na reivindicação 12.

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