BR112012004727B1

BR112012004727B1 - Junta do tubo ascendente telescópico

Info

Publication number: BR112012004727B1
Application number: BR112012004727-2A
Authority: BR
Inventors: Steingrim Thommesen
Original assignee: Aker Oilfield Services Operation As
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2019-04-24
Also published as: GB201203102D0; GB2485508A; NO329741B1; NO20092934A; US20120160508A1; US9121227B2; WO2011026897A3; BR112012004727A2; GB2485508B; WO2011026897A2

Abstract

junta do tubo ascendente telescópico. a presente invenção refere-se a uma disposição de tubo ascendente telescópico que forma parte de uma coluna do tubo ascendente (1) conectando um poço submarino e uma instalação flutuante. a disposição do tubo ascendente é adaptada para ser alternada entre um modo de alta pressão, no qual uma parte superior do conjunto do tubo ascendente se moverá verticalmente com relação à instalação quando a instalação arfa e um modo de baixa pressão, no qual a parte superior do conjunto do tubo ascendente se moverá verticalmente junto com a instalação quando a instalação arfa. no modo de baixa pressão, uma camisa interna (9) de baixa pressão é adaptada para alternar dentro de uma camisa externa (1a) de alta pressão, a trajetória de arfagem alternada ficando acima da posição da camisa interna (9) no modo de alta pressão. no modo de alta pressão, a seção telescópica da camisa interna (9) de baixa pressão é fechada dentro de um compartimento de alta pressão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para JUNTA DO TUBO ASCENDENTE TELESCÓPICO.

A presente invenção refere-se a uma disposição para evitar o movimento vertical relativo entre a extremidade superior de um tubo ascendente e uma instalação marítima flutuante durante o trabalho na dita extremidade superior. Mais particularmente, a invenção se refere a uma nova disposição de junta telescópica para um tubo ascendente de alta pressão. Fundamentos

É conhecido dispor compensadores de arfagem na interface entre uma instalação flutuante e um tubo ascendente que se estende do fundo do mar até a instalação. O compensador de arfagem mantém o tubo ascendente na posição vertical correta na água enquanto deixando a instalação flutuante se mover verticalmente com relação ao tubo ascendente devido às ondas, vagas e maré. Isso é tipicamente o caso em um tubo descendente de perfuração (baixa pressão), enquanto em um tubo ascendente de intervenção (alta pressão), tal tubo ascendente tipicamente se estende até uma árvore de escoamento na torre. Da perspectiva do pessoal na instalação flutuante arfante, tal tubo ascendente de intervenção se move para cima e para baixo. A execução do trabalho manual em cima do tubo ascendente é, portanto, indesejavelmente perigosa, já que grandes movimentos e grandes forças estão ativas. Para fazer tal trabalho, é conhecido suspender o pessoal em estruturas que não se movem com relação ao tubo ascendente, assim chamadas ancoração pessoal. Isso é somente permitido em mar muito calmo, assim limitando os escopos de tempo para quando tais operações podem ser executadas.

Para evitar tais condições de trabalho, é conhecido instalar uma junta telescópica acima da junta de tração do tubo ascendente. Com a junta telescópica em um modo telescópico, a parte superior do tubo ascendente é fixada na instalação flutuante, impedindo o movimento vertical entre a instalação e a parte superior do tubo ascendente. O trabalho manual pode então ser executado mais seguramente.

Várias publicações descrevem tais juntas telescópicas para uso

2/11 com tubos ascendentes de intervenção, uma sendo a publicação do pedido de patente internacional WO 03067023 (Blakseth). Essa publicação descreve uma disposição para a completação de poço e operações de intervenção onde um tubo ascendente de recondicionamento (4) se projeta de uma cabeça de poço (6) e até um navio (2), e onde a porção superior do tubo ascendente de recondicionamento (4) é projetada para ser deslocada de uma posição superior para uma posição abaixada para o trabalho de sondagem. Nessa posição abaixada, a porção deslocável superior do tubo ascendente (4) segue essencialmente os movimentos de arfagem do navio. Depois do trabalho de sondagem, a porção deslocável do tubo ascendente é novamente elevada para a posição superior, o tubo ascendente sendo equipado com uma conexão telescópica (1). Antes de abaixar a porção superior do tubo ascendente para a posição de trabalho, a pressão é descarregada.

A publicação WO 0024998 (Baker Hughes Incorporated) descreve uma junta telescópica pressurizada para um tubo ascendente de intervenção marinha que desacopla um conjunto de cabeça de escoamento na piscina de um navio da coluna do tubo ascendente para possibilitar a mudança segura do equipamento durante as operações de recondicionamento. Uma parte do conjunto da junta telescópica é acoplada no conjunto da cabeça de escoamento através de um conjunto de junta flexível. Uma segunda parte do conjunto de junta telescópica suporta a coluna do tubo ascendente e é acoplada no mecanismo de tração. A primeira parte pode ser inserida na segunda parte e travada no lugar durante as operações de recondicionamento, exceto quando a mudança do equipamento está acontecendo. A primeira e a segunda partes têm um modo destravado e um travado. Quando no modo destravado, uma vedação de baixa pressão é usada, enquanto que uma vedação de alta pressão é usada no modo travado. Quando a primeira parte é inserida na segunda parte, no modo travado, uma vedação de metal de alta pressão veda entre a parte inferior da primeira parte e um ombro dentro da segunda parte. Assim, a primeira parte conserva a alta pressão nesse modo.

Comum para as soluções descritas nessas publicações é que

3/11 elas consistem exatamente nos mesmos elementos de construção como uma junta telescópica convencional usada em todos os tubos ascendentes de perfuração. Isto é: uma camisa externa, uma camisa interna, a camisa interna estendida dentro da camisa externa, um trinco entre a camisa interna e a externa e disposições de vedação entre a camisa interna e a externa. A diferença principal entre as publicações acima mencionadas e tal junta telescópica do tubo ascendente de perfuração da técnica anterior é que elas são projetadas para suportar alta pressão, não somente baixa pressão como em uma junta telescópica do tubo ascendente de perfuração.

A diferença funcional principal entre as duas publicações de referência é que WO 03067023 fica na posição totalmente estendida quando pressurizada com alta pressão e WO 0024998 fica em uma posição totalmente retraída quando pressurizada com alta pressão.

Comum para ambos WO 03067023 e WO 0024998 é ainda que ambas as camisas interna e externa mantém o fluido de alta pressão quando não telescópicas (no modo travado), enquanto que a pressão é descarregada quando no modo telescópico. Assim, o tubo telescópico interno precisa ser dimensionado para suportar tal alta pressão, mesmo embora tal pressão não esteja presente quando o tubo interno está satisfazendo a sua finalidade principal, a saber, a ação telescópica. Além do mais, a camisa externa precisa ser de uma dimensão grande a fim de acomodar o tamanho de uma camisa interna de alta pressão. Assim, material supérfluo é usado resultando em maior peso e custos. E, um tubo ascendente muito rígido é muito desvantajoso com relação ao momento de curvatura elevado resultante do tubo ascendente através da piscina/rotativa/piso de trabalho e, portanto um tubo ascendente rígido oferece uma duração contra fadiga muito limitada do tubo ascendente. Ambos WO 03067023 e WO 0024998 incluem tanto barril interno quanto externo que terão que suportar qualquer uma/ou a tensão do tubo ascendente total e a pressão interna alta.

A disposição descrita em WO 03067023 exibe ainda uma desvantagem adicional, desde que a parte telescópica superior precisa ficar em uma posição mais alta quando no modo não telescópico ou travado. Isso faz

4/11 a parte superior se estender desvantajosamente muito para cima, fazendo com que as conexões necessárias e os dispositivos conectados, tal como uma árvore de escoamento na superfície, fiquem dispostos inconvenientemente altos com relação à instalação flutuante. A junta telescópica também ficará no modo estendido quando a instalando, dessa maneira exigindo uma grande altura de levantamento da torre.

A Invenção

A presente invenção proporciona uma solução que supera as desvantagens das soluções da técnica anterior.

De acordo com a presente invenção, é proporcionada uma disposição de tubo ascendente telescópico formando parte de uma coluna de tubo ascendente conectando um poço submarino e uma instalação flutuante. A disposição do tubo ascendente é adaptada para ser alternada entre um modo de alta pressão, no qual uma parte superior do conjunto de tubo ascendente se moverá verticalmente com relação à instalação quando a instalação arfa, e um modo de baixa pressão, no qual a parte superior do conjunto de tubo ascendente se moverá verticalmente junto com a instalação quando a instalação arfa. De acordo com a invenção, no modo de baixa pressão, uma camisa interna de baixa pressão é adaptada para alternar dentro de uma camisa externa de alta pressão, sendo que a trajetória de arfagem alternada fica acima da posição da camisa interna no modo de alta pressão. Além do mais, no modo de alta pressão, a seção telescópica da camisa interna de baixa pressão fica fechada dentro de um compartimento de alta pressão.

Os valores exatos de pressão relacionados com os termos baixa pressão e alta pressão dependerão da modalidade específica da invenção, como será verificado por um versado na técnica. Em uma modalidade particular, a pressão na disposição do tubo ascendente de acordo com a invenção pode ficar no modo de baixa pressão abaixo de aproximadamente *ok0,5 MPa (5 bar), enquanto que a pressão no modo de alta pressão pode ser aproximadamente *ok20,7 MPa (207 bar) e acima.

Ter a seção telescópica da camisa de baixa pressão fechada

5/11 dentro de um compartimento de alta pressão quando no modo de alta pressão torna possível usar uma camisa de baixa pressão com menos material do que conhecido na técnica anterior. Isso é devido ao fato que a camisa interna não terá que suportar a alta pressão no modo de alta pressão, desde que ela fica fechada pelo compartimento de alta pressão. Isso é contrário às soluções da técnica anterior onde a camisa interna forma parte do confinamento de alta pressão.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, uma vedação é disposta entre a camisa interna e a camisa externa. Tal vedação manterá uma coluna de água dentro da disposição do tubo ascendente telescópico quando no modo telescópico de baixa pressão. Isso ainda será descrito abaixo com referência aos desenhos.

Além do mais, a disposição do tubo ascendente compreende preferivelmente um mecanismo de travamento que é disposto e adaptado para travar a camisa externa em um elemento de alta pressão, cujo elemento de alta pressão se move com a camisa interna no modo telescópico de baixa pressão. Como surgirá da modalidade exemplar detalhada abaixo, o travamento da camisa de alta pressão no dito elemento de alta pressão fechará a camisa interna (baixa pressão) dentro de um compartimento de alta pressão.

O mecanismo de travamento é adaptado preferivelmente para ser acionado por meio de uma pluralidade de pistões hidráulicos operáveis remotamente. Isso torna possível para o operador travar e/ou destravar o mecanismo de travamento a partir de uma posição remota.

Em uma modalidade especial, a disposição do tubo ascendente telescópico compreende um anel corrediço ou anel limpador entre a camisa interna e a camisa externa.

Exemplo de Modalidade

A fim de esclarecer as várias vantagens da presente invenção e fornecer um entendimento mais completo dela, uma descrição detalhada de uma modalidade exemplar é fornecida no seguinte com referência aos desenhos, nos quais

6/11

A figura 1 mostra a instalação de uma disposição de acordo com a invenção com a junta telescópica em um modo não telescópico,

As figuras 2a e 2b são esboços de princípio da disposição do tubo ascendente em um modo não telescópico e em um modo telescópico, respectivamente,

A figura 3 mostra a disposição da conexão remível de vedação da disposição do tubo ascendente de acordo com a invenção,

A figura 4a mostra a disposição do tubo ascendente em um modo não telescópico de alta pressão e

As figuras 4b a 4d mostram a disposição do tubo ascendente em um modo telescópico de baixa pressão, na posição nominal, uma posição de curso descendente completo e uma posição de curso ascendente completo, respectivamente.

A fim de fornecer uma primeira visão geral da disposição do tubo ascendente de acordo com a modalidade exemplar da presente invenção, é feito referência à figura 1. Essa figura mostra a instalação de um tubo ascendente 1 que se estende de uma facilidade submarina (não mostrada) para uma instalação flutuante (não mostrada) com uma mesa rotativa 3. O tubo ascendente 1 fica suspenso para a instalação através de um conjunto de cabos de tração 5 estendidos entre a instalação e um anel de tração 7 disposto no tubo ascendente 1.

Acima do anel de tração 7 é disposta uma junta telescópica compreendendo uma camisa interna 9 que se estende descendentemente para dentro de uma camisa externa 1a. Desde que a disposição é mostrada em um modo não telescópico (alta pressão), a camisa interna 9 é disposta dentro da camisa externa 1a e não está aparecendo claramente na figura 1. Como será descrito ainda abaixo, a camisa interna 9 é um tubo de baixa pressão. Ela não conservará as altas pressões que possam estar presentes no tubo ascendente 1, que pode ser um tubo ascendente de alta pressão.

Quando no modo telescópico, a camisa interna 9 alterna verticalmente dentro da camisa externa 1a. Desse modo, a camisa interna 9 se move verticalmente junto com os movimentos de arfagem da instalação, já

7/11 que ela está fixada na instalação, de preferência através de elementos conectados na sua parte superior.

Na superfície externa da porção inferior da camisa interna 9 é disposto um par de vedações de baixa pressão 11, ver figuras 2a e 2b, que veda contra a superfície interna do tubo ascendente 1. Quando a camisa interna 9 alterna dentro da camisa externa 1a, as vedações de baixa pressão 11 deslizam contra a camisa interna 9, posicionada constantemente na superfície interna da camisa externa 1a. As vedações de baixa pressão 11, assim, impedem que o líquido na camisa interna 9 saia para a água do mar circundante.

Em uma modalidade alternativa, um anel limpador ou anel corrediço poderia ser disposto ao invés das vedações 11. Em tal modalidade, existiría alguma comunicação de fluido entre o furo da camisa interna 9 e o mar circundante. Entretanto, pelo ajuste do nível do líquido dentro da disposição do tubo ascendente para o nível da água do mar, não existirá diferença de pressão para causar o escoamento de qualquer quantidade substancial do líquido da disposição para o mar ou vice-versa.

No tubo ascendente 1, em uma posição abaixo da camisa interna 9, é disposta uma válvula isolante ou uma válvula do lubrificador 13. No modo telescópico, a válvula do lubrificador 13 fica fechada, dessa maneira isolando possíveis altas pressões no tubo ascendente abaixo dela da junta telescópica acima dela. No modo não telescópico, a válvula do lubrificador 13 fica aberta, transmitindo possíveis altas pressões para a junta telescópica.

Com referência à figura 1, a parte superior da camisa interna 9 é conectada em uma junta da peça de utilidade do tubo (PUP) 15. Acima da junta da PUP 15 está disposta uma junta de desgaste 17. Em cima da junta de desgaste 17 está disposta uma árvore de escoamento para superfície 19 (SFT). Mais juntas padrões 1 podem ser usadas entre a junta da PUP 15 e a junta de desgaste 17 para o espaçamento correto se SFT contra tensores.

A fim de explicar a função principal da disposição do tubo ascendente da modalidade da presente invenção em mais detalhes, novamen8/11 te é feito referência aos esboços principais nas figuras 2a e 2b. Na figura 2a, uma disposição do tubo ascendente de acordo com a presente invenção é mostrada no modo não telescópico. Isto é, a parte superior da disposição se move verticalmente com relação à instalação flutuante quando essa sofre arfagem na superfície do mar. Desse modo, a válvula do lubrificador 13 fica aberta, transmitindo alta pressão da porção do tubo ascendente abaixo dela.

A camisa externa 1a é um tubo de alta pressão com uma conexão de vedação na parte do tubo ascendente 1 abaixo dela. Na figura 2a, uma pessoa pode ver a camisa interna 9 disposta dentro da camisa externa 1a em uma posição mais baixa (isto é, modo não telescópico). A junta da PUP 15, na qual a parte superior da camisa interna 9 está conectada, é conectada na parte superior da camisa externa 1a em uma maneira de vedação por meio de vedações de alta pressão 21. Assim, no modo não telescópico mostrado na figura 2a, a camisa interna 9 não fica exposta às diferenças de pressão entre o furo interno e as águas ambientes. Ela fica protegida dentro do compartimento de alta pressão da junta da PUP 15 e a camisa externa 1a. Assim, uma pessoa verificará que a camisa interna 9 não é desafiada mecanicamente pelas pressões nem pela tração do tubo ascendente nesse modo não telescópico.

Quando no modo telescópico, entretanto, como principalmente ilustrado na figura 2b, a conexão de vedação entre a camisa externa 1a e a junta da PUP 15 é interrompida. A junta da PUP 15 fica agora elevada com relação à camisa externa 1a e a camisa interna 9 alterna dentro da camisa externa 1a à medida que a instalação da superfície flutuante arfa verticalmente. Como mencionado acima com referência à figura 1, um par de vedações de baixa pressão 11 veda entre a camisa interna 9 e a camisa externa 1a. Desde que a válvula do lubrificador 13 está fechada no modo telescópico e o furo acima dela está ventilado, a pressão acima da válvula do lubrificador 13 é baixa. Assim, a camisa interna 9 não é mecanicamente desafiada pelas altas pressões nem no modo telescópico nem no não telescópico. Assim, ela pode ser dimensionada de acordo.

Nas figuras 2a e 2b, o anel de tração 7 não é indicado. Em uma

9/11 modalidade, ele pode ser disposto em conjunto com o flange exterior às vedações de alta pressão 21, isto é, o flange na parte superior da camisa externa 1a.

Tendo descrito a principal função da junta telescópica da modalidade da disposição do tubo ascendente de acordo com a invenção, um exemplo mais genuíno de alguns dos elementos será agora explicado com referência à figura 3.

Na presente modalidade da invenção, a junta da PUP 15 e a camisa externa 1a podem ser conectadas e desconectadas, respectivamente, por meio de acionadores hidráulicos. Na figura 3, dois pistões de conexão 23a e dois pistões hidráulicos de desconexão 23b são mostrados. Como será verificado por um versado na técnica quando estudando a figura 3, os dois pistões superiores no desenho são os pistões hidráulicos de conexão 23a. Além disso, o número de pistões hidráulicos pode ser mais ou até mesmo menos do que o mostrado na figura 3. A disposição de uma pluralidade de pistões para cada função elevará a confiabilidade operacional, já que a função desejada pode ser executada com os pistões restantes mesmo se um ou alguns pistões estão com mau funcionamento. Quando acionando os pistões hidráulicos de conexão 23a para baixo pela aplicação apropriada de pressão hidráulica, eles moverão um colar de conexão 25 no sentido axial para baixo. O colar de conexão 25 se estende na circunferencial ao redor das partes internas. Entretanto, a fim de mostrar o colar de conexão 25 na posição conectada e desconectada, é indicado na posição superior desconectada no lado direito, e na posição conectada inferior no lado esquerdo do desenho. Quando o colar de conexão 25 é forçado para baixo por meio dos pistões hidráulicos de conexão 23a, ele forçará uma pluralidade de cães 27 radialmente para dentro. Os cães 27 são fornecidos com ranhuras de travamento que são adaptadas para casar com ranhuras de travamento 29 fornecidas na superfície exterior da parte inferior da junta da PUP 15. Os cães 27 são forçados radialmente para dentro por uma face inclinada 31 do colar de conexão exercendo força na parte radialmente externa dos cães 27. Como pode ser verificado, as ranhuras de travamento 29 na parte inferior da junta

10/11 da PUP 15 são mostradas verticalmente acima dos cães 27, assim não na posição verticalmente correta para uma conexão. Quando conectando, os cães 27 viram para as ranhuras de travamento 29. Quando desconectando, o colar de conexão 25 é movido axialmente para cima por pistões hidráulicos de desconexão correspondentes 23b. Em um modo similar à etapa de conexão, os cães 27 são movidos para fora do engate com as ranhuras de travamento 29 quando o colar de conexão 25 engata uma face inclinada 33 dos cães 27.

Os pistões hidráulicos de conexão e desconexão 23a, 23b podem ser adaptados para serem acionados remotamente pelo operador.

Na figura 3, uma vedação de alta pressão 21 pode ser vista disposta no furo interno da parte de conexão superior da camisa externa 1a. A parte inferior da junta da PUP 15 exibe uma superfície de vedação virada opostamente 21a adaptada para ficar em contato contra a vedação 21 quando no modo não telescópico (com referência à figura 2a).

A parte superior da junta da PUP 15 é conectada na junta de desgaste 17 do tubo ascendente ou em juntas de tubo ascendente adicionais 1 entre a junta da PUP e a junta de desgaste.

Deve ser evidente para um versado na técnica que o segmento do tubo com a conexão de vedação na parte superior da camisa externa 1a não tem que ser uma junta da PUP 15, como descrito aqui. Outro elemento que satisfaça a necessidade da vedação contra a camisa externa 1a pode também ser disposto. Por exemplo, a camisa externa 1a poderia ser conectada na parte inferior da junta de desgaste 17. Além disso, ao invés de ficar suspensa na junta da PUP 15 (ou o elemento de vedação correspondente), a camisa interna 9 pode também ficar suspensa em um segmento de tubo acima da junta da PUP 15, ou, em teoria, dentro da junta da PUP 15 (ou o elemento correspondente). A camisa interna é conectada na junta da PUP (ou elemento correspondente) por meio de soldagem, rosqueamento ou aparafusamento.

As figuras 4a - 4d mostram a disposição do tubo ascendente em várias posições. Na figura 4a, a disposição do tubo ascendente está no mo11/11 do não telescópico, sendo que a junta da PUP 15 está conectada na camisa externa 1a. O marcador E indica a posição mais baixa da camisa interna 9 dentro da camisa externa 1a. Como pode ser visto, a posição E na figura 4a indica a posição mais baixa possível da camisa interna 9.

Na figura 4b, a disposição do tubo ascendente está em um modo telescópico de baixa pressão e em uma posição nominal. Nessa posição, a extremidade inferior da camisa interna 9 fica em uma posição intermediária E. As figuras 4c e 4d mostram a camisa interna 9 em uma posição de curso descendente total e uma posição de curso ascendente total, respectivamen10 te. As várias posições verticais da junta da PUP 15 nas figuras 4b - 4d indicam a posição de arfagem vertical da instalação flutuante na qual a junta da PUP 15 está verticalmente fixada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disposição de tubo ascendente telescópico que forma parte de uma coluna de tubo ascendente (1) conectando um poço submarino e uma instalação flutuante, a disposição do tubo ascendente sendo adaptada para ser alternada entre um modo de alta pressão, no qual uma parte superior do conjunto de tubo ascendente se moverá verticalmente com relação à instalação quando a instalação arfa, e um modo de baixa pressão no qual a parte superior do conjunto de tubo ascendente se moverá verticalmente junto com a instalação quando a instalação arfa, caracterizada em que

- no modo de baixa pressão, uma camisa interna (9) de baixa pressão é adaptada para alternar dentro de uma camisa externa (1a) de alta pressão, a trajetória de arfagem alternada ficando acima da posição da camisa interna (9) no modo de alta pressão, e que

- no modo de alta pressão, a seção telescópica da camisa interna (9) de baixa pressão fica fechada dentro de um compartimento de alta pressão.
2. Disposição de tubo ascendente telescópico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada em que uma vedação (11) é disposta entre a camisa interna (9) e a camisa externa (1a).
3. Disposição de tubo ascendente telescópico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada em que um mecanismo de travamento (27) é disposto e adaptado para travar a camisa externa (1a) em um elemento de alta pressão (15), cujo elemento de alta pressão (15) se move com a camisa interna (9) no modo telescópico de baixa pressão.
4. Disposição de tubo ascendente telescópico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada em que o mecanismo de travamento (27) é adaptado para ser acionado por meio de uma pluralidade de pistões hidráulicos operáveis remotamente (23a, 23b).
5. Disposição de tubo ascendente telescópico, de acordo com

2/2 qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada em que ela compreende um anel corrediço ou anel limpador entre a camisa interna e a camisa externa.