BR112012021133B1

BR112012021133B1 - Conector para montar duas seções de tubo ascendente e tubo ascendente

Info

Publication number: BR112012021133B1
Application number: BR112012021133-1A
Authority: BR
Inventors: Jean Guesnon; Emmanuel Persent; Oystein Luktvasslimo; Jaan Anderson; Bjorn Paulshus; Gérard Papon
Original assignee: IFP Energies Nouvelles; Aker Subsea As
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2020-01-07
Also published as: EP2539534B1; WO2011104629A1; KR20130043610A; BR112012021133A2; US20130020087A1; FR2956694A1; US8733452B2; MY164267A; FR2956694B1; KR101699114B1; EP2539534A1

Abstract

conector de seção de tubo ascendente com flanges e anel de travamento externo. a presente invenção refere-se a um conector que compreende um flange macho 15 e um flange fêmea 14 que permite montar um tubo principal e tubos de linha auxiliar 11. um anel de travamento 17 monta o flange macho e o flange fêmea. o anel de travamento está montado móvel em rotação sobre a superfície externa do flange macho enqanto cooperando com as superfícies externas dos flanges macho e fêmea.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONECTOR PARA MONTAR DUAS SEÇÕES DE TUBO ASCENDENTE E TUBO ASCENDENTE.

CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se à esfera de perfuração marinha muito profunda e de desenvolvimento de campo de óleo. Diz respeito a um conector para montar duas seções de tubo ascendente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Um tubo ascendente é composto de um conjunto de elementos tubulares montados por conectores. Os elementos tubulares geralmente consistem em um tubo principal provido com um conector em cada sua extremidade. O tubo principal está equipado com linhas auxiliares comumente referidas como linha de amortecimento, linha de obturador, linha de intensificação e linha hidráulica, as quais permitem a circulação de um fluido técnico para o poço e de um fluido de formação para a superfície. Os elementos tubulares são montados no local de perfuração, de um flutuador. O tubo ascendente é baixado para dentro da profundidade de água conforme os elementos tubulares são montados, até que a cabeça de poço localizada no fundo do mar seja alcançada.

[0003] Na perspectiva de perfurar em profundidades de água que podem alcançar 3500 m ou mais, o peso do tubo ascendente torna-se muito penalizante. Este fenômeno é aumentado pelo fato que, para a mesma pressão de trabalho máxima, o comprimento do tubo ascendente requer um diâmetro interno maior para as linhas auxiliares considerando a necessidade de limitar as quedas de pressão.

[0004] Além disso, a necessidade de diminuir o tempo de montagem de tubo ascendente é cada vez mais crítica já que a profundidade de água, e portanto o comprimento de tubo ascendente, são grandes.

[0005] Os documentos FR-2.891.577, FR-2.891.578 e FR

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2.891.579 descrevem várias soluções notadamente objetivando envolver as linhas auxiliares, juntamente com o tubo principal em suportar as tensões longitudinais sofridas pelo tubo ascendente.

[0006] A presente invenção descreve uma solução alternativa que provê um projeto de conector compacto bem adequado para os tubos ascendentes de mar profundo, isto é, localizados em profundidades maiores do que 2000 metros.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0007] Em termos gerais, a invenção refere-se a um conector para montar duas seções de tubo ascendente para as operações de perfuração de poços offshore. O conector compreende um primeiro elemento de tubo principal que tem como uma extensão um elemento de conector macho provido com um flange macho perfurado por pelo menos um orifício em que um elemento de tubo auxiliar está preso, e um segundo elemento de tubo principal que tem como uma extensão um elemento de conector fêmea provido com um flange fêmea perfurado por pelo menos um orifício em que um segundo elemento de tubo auxiliar está preso. O elemento de conector macho monta dentro do elemento de conector fêmea de modo a conectar os dois elementos de tubo principal e os dois elementos de tubo auxiliar. O conector está caracterizado pelo fato de que um anel de travamento monta o flange macho e o flange fêmea, o anel de travamento sendo montado móvel em rotação sobre a superfície externa do flange macho e o anel de travamento cooperando com as superfícies externas dos flanges macho e fêmea.

[0008] De acordo com a invenção, o anel de travamento pode ser travado em translação por um ressalto axial provido sobre o flange macho, e o anel pode estar provido com espigas que cooperam com as espigas dispostas sobre a superfície externa do flange fêmea.

[0009] As espigas do anel de travamento podem estar dispostas

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3/23 sobre a superfície interna do anel.

[00010] O anel pode ter uma porção de superfície cilíndrica que coopera com uma porção de superfície cilíndrica localizada sobre a periferia do flange macho.

[00011] O anel pode compreender dentes que cooperam com dentes dispostos sobre a superfície externa do flange macho de modo a travar o anel em translação com relação ao flange macho e permitir que o anel seja desmontado.

[00012] O anel pode compreender pelo menos um pino removível que coopera com um dente do anel de modo a travar o anel de travamento em translação com relação ao flange macho.

[00013] O elemento de conector macho pode ter como uma extensão uma parte intermediária que coopera com o elemento de conector fêmea.

[00014] Cada elemento de tubo auxiliar pode ser montado axialmente topado contra um ressalto provido nos orifícios.

[00015] O anel de travamento pode compreender um meio de operação para mover o anel em rotação.

[00016] O conector pode compreender escoras para limitar a rotação do anel de travamento em uma posição aberta e uma posição fechada, e um meio de imobilização para travar o anel em rotação pelo menos na posição aberta e na posição fechada.

[00017] Pelo menos um dos elementos selecionados do grupo que consiste em um elemento de tubo principal e em um elemento de linha auxiliar pode compreender um tubo de aço abraçado por tiras compostas. As ditas tiras compostas podem compreender fibras de vidro, carbono ou aramid, revestidas com uma matriz de polímero.

[00018] Pelo menos um dos elementos selecionados do grupo que consiste em um elemento de tubo principal e um elemento de linha auxiliar pode ser feito de um material selecionado da lista que consiste

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4/23 em um material composto que compreende fibras de reforço revestidas com uma matriz de polímero, uma liga de alumínio, uma liga de titânio.

[00019] A invenção também refere-se a um tubo ascendente que compreende pelo menos duas seções de tubo ascendente montadas por um conector de acordo com a invenção, em que os esforços tensionais longitudinais são distribuídos entre o elemento de tubo principal e o elemento de tubo auxiliar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00020] Outras características e vantagens da invenção ficarão claras da leitura da descrição seguinte, com referência às figuras acompanhantes, em que:

figura 1 mostra diagramaticamente um tubo ascendente, figura 2 mostra uma seção de tubo ascendente de acordo com a invenção, figuras 3, 5 e 8 mostram cada uma um conector de acordo com a invenção na posição travada, figura 4 mostra os detalhes de um anel de travamento do conector mostrado na Figura 3, figura 6 mostra os detalhes de um anel de travamento do conector mostrado na Figura 5, figuras 7 e 9 mostram duas outras modalidades da montagem das linhas auxiliares e do tubo principal.

DESCRIÇÃO DETALHADA [00021] A figura 1 mostra diagramaticamente um tubo ascendente 1 instalado offshore de modo a desenvolver um reservatório G. O tubo ascendente 1 forma uma extensão do poço P e este estende da cabeça de poço 2 para o flutuador 3, uma plataforma ou um navio, por exemplo. A cabeça de poço 2 está provida com um controlador preventivo comumente referido como B.O.P. ou Controlador Preventivo

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5/23 de Erupção. O tubo ascendente é composto de um conjunto de diversas seções 4 montadas extremidade contra extremidade por conectores 5. Cada seção consiste em um elemento de tubo principal 6 provido com pelo menos um elemento de linha periférica 7. As linhas auxiliares referidas como linhas de amortecimento ou linhas de obturador são utilizadas para prover a segurança de poço durante os procedimentos de controle relativos ao influxo de fluidos sob pressão dentro do poço. A linha referida como uma linha de intensificador permite que a lama seja injetada no tubo principal no pé do tubo ascendente. A linha referida como linha hidráulica permite que um fluido hidráulico seja injetado de modo a controlar o controlador preventivo de erupção da cabeça de poço.

[00022] A figura 2 mostra diagramaticamente uma seção 4 do tubo ascendente. A seção compreende um elemento de tubo principal 10 cujo eixo geométrico AA' é o eixo geométrico do tubo ascendente. Os tubos 11 compõem as linhas ou dutos auxiliares dispostos paralelos ao eixo geométrico AA'. Os elementos 11 têm comprimentos substancialmente iguais ao comprimento do elemento de tubo principal 10, geralmente variando entre 10 e 30 metros. Existe pelo menos uma linha 11 disposta sobre a periferia do tubo principal. Na figura 2, duas linhas 11 estão diagramaticamente mostradas.

[00023] O conector 5 mostrado na figura 1 consiste em dois elementos designados, com referência à figura 2, por elemento de conector fêmea 12 e elemento de conector macho 13. Os elementos 12 e 13 estão montados nas extremidades do elemento de tubo principal 10. O elemento de conector fêmea 12 consiste em um flange 14. O elemento de conector macho 13 consistem em um flange 15 e em um elemento macho 16. A parte 16 pode ser presa no flange 15 por um meio que não está mostrado. Alternativamente à representação de 15 e 16 nas figuras 2 e 3, o flange 15 e o elemento 16 podem compor uma parte

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6/23 única como mostrado na figura 5. Com referência à figura 2, o elemento de conector fêmea 12 está preso no tubo 10, por exemplo, por soldagem 18, por aparafusamento, por crimpagem ou por uma articulação de retenção. O elemento de conector macho 13 está preso no tubo 10, por exemplo, por soldagem 19, por aparafusamento, por crimpagem ou por uma articulação de retenção. O anel de travamento 17 permite que o elemento de conector macho 13 e o elemento de conector fêmea 12 sejam montados. Os elementos 12 e 13 o anel 17 formam o conector 5 que transmite as tensões de uma seção de tubo ascendente para a próxima seção, notadamente as tensões longitudinais, isto é, os esforços tensionais ao longo do eixo geométrico AA' sofridos pelo tubo ascendente.

[00024] O conector 5 pode ser projetado e dimensionado de modo a atender as especificações definidas pelos padrões do American Petroleum Institute, notadamente os padrões API 16 R, API 16 F, API 16 Q e API 2 RD.

[00025] A figura 3 mostra um elemento tubular macho 13 montado dentro do elemento tubular fêmea 12. Uma porção da parte de elemento macho 16 penetra no elemento tubular fêmea 12. Esta montagem está limitada pelas escoras axiais 28 e 29 do elemento macho 16 que topam contra o flange 15 e o flange 14, respectivamente.

[00026] O conector 5 compreende um anel de travamento 17 posicionado sobre a superfície externa dos flanges 14 e 15. O anel 17 pode ser usinado em uma porção de tubo ou obtido por forjamento. O anel 17 está provido, em cada sua extremidade, com escoras que cooperam com os flanges 14 e 15 respectivamente de modo a travar em translação ao longo do eixo geométrico AA' os flanges 14 e 15. O anel de travamento 17 é montado móvel em rotação sobre o flange 15 enquanto sendo travado em translação na direção do eixo geométrico AA'. Com referência à figura 3, o anel 17 compreende pelo menos uma

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7/23 porção de superfície interna cilíndrica de raio S e a superfície periférica externa do flange 15 é cilíndrica, com um raio ligeiramente menor do que S. O anel 17 está montado sobre o flange 15 centrando a superfície cilíndrica interna do anel sobre a superfície cilíndrica externa do flange 15. O anel também apoia sobre um ressalto axial 30 provido sobre o flange 15. A superfície interna do anel 17 compreende espigas. O flange 14 também compreende espigas dispostas sobre a sua superfície periférica externa. Quando o elemento 13 monta dentro do elemento fêmea 12, parte do anel 17 cobre o flange 14 de modo que as espigas 31 e 32 do anel 17 podem cooperar com as espigas 33 e 34 do flange 14. O travamento e destravamento do conector 5 é conseguido através da rotação do anel 17 (travamento do tipo de baioneta). O anel 17 está provido com um meio de operação, por exemplo, uma barra de operação que pode ser removível. A barra de operação permite girar o anel 17 ao redor dos flanges 14 e 15, ao redor do eixo geométrico AA'. O anel 17 pode compreender um meio de travamento, não mostrado, que permite que o anel seja travado em rotação em uma posição aberta e em uma posição fechada. Mais ainda, o anel 17 pode compreender um meio, não mostrado, para limitar a rotação do anel nestas posições. As tensões longitudinais, isto é, os esforços tensionais aplicados ao longo do eixo geométrico AA', são transmitidos de uma seção 4 para a seção 4 adjacente através da ação da conexão do tipo de baioneta entre o anel 17 e os flanges 14 e 15. Mais precisamente, os esforços tensionais exercidos ao longo do eixo geométrico AA' são transmitidos de uma seção de tubo ascendente para outra pelo conector como segue: os esforços tensionais são transmitidos pelo flange 15 para o anel 17 através do ressalto 30, então o anel 17 transmite os esforços tensionais para o flange 14 da seção adjacente através das espigas do anel 17 que cooperam com as espigas do flange 14.

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8/23 [00027] Com referência à figura 3, o anel 17 e o elemento fêmea 14 respectivamente compreendem duas coroas de espigas ou pinos 31 e 32, e 33 e 34, permitindo assegurar um travamento axial do conector. As espigas de preferência estendem nas direções radiais. Na figura 4, o elemento fêmea 14 compreende uma primeira coroa 33 de quatro espigas 33A, 33B, 33C e 33D, e uma segunda coroa 34 de quatro espigas 34A, 34B, 34C e 34D. O anel 17 também compreende uma primeira coroa 31 de quatro espigas 31A, 31B, 31C e 31D, e uma segunda coroa 33 de quatro espigas 32A, 32B, 32C e 32D.

[00028] As espigas exibem um deslocamento angular de uma coroa para a próxima e estas estão inscritas em superfícies cilíndricas em diferentes raios. A primeira e a segunda coroa do elemento fêmea 14 estão respectivamente inscritas nas superfícies cilíndricas de raio r e R. A primeira e a segunda coroas do anel 17 estão respectivamente inscritas pelas superfícies cilíndricas de raio r' e R'. O raio r é ligeiramente menor do que o raio R' de modo que as espigas 32A a 32D da segunda coroa do anel 17 possam deslizar e girar livremente dentro do cilindro formado pela superfície interna das espigas 33A a 33D da primeira coroa 33 do flange 14.

[00029] Alternativamente, as espigas das duas coroas estão dispostas sobre os mesmos setores angulares e estas portanto não estão deslocadas. Neste caso, as duas coroas de espigas do anel podem estar inscritas na mesma superfície cilíndrica r1. As duas coroas de espigas do elemento fêmea 14 estão inscritas na mesma superfície cilíndrica de raio r2 maior do que r1.

[00030] As espigas 31A, 31B, 31C e 31D da primeira coroa do anel 17 cooperam com as espigas 33A, 33B, 33C e 33D da primeira coroa do flange 14 de modo a formar um conjunto de baioneta. Simultaneamente, as espigas 32A, 32B, 32C e 32D da segunda coroa do anel 17 cooperam com as espigas 34A, 34B, 34C e 34D da segunda coroa do

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9/23 flange 14.

[00031] Mais precisamente, quando o anel 17 monta ao redor do flange 14, o conjunto composto do anel 17, do flange 15 da parte macho 16 executa um movimento translacional na direção do eixo geométrico AA' de acordo com os estágios sucessivos como segue:

- a segunda coroa 32 do anel move por fora da coroa 33 do flange 14, então

- as espigas 32 montam entrem as espigas 34 e, simultaneamente, as espigas 31 montam entre as espigas 33, então

- quando a parte macho 16 topa contra o ressalto 29 do elemento fêmea 12, as espigas 33A, 33B, 33C e 33D alojam dentro do espaço 35 provido acima da primeira coroa de espigas 31 do anel 17, e as espigas 34A, 34B, 34C e 34D alojam dentro do espaço 36 provido entre a primeira coroa de espigas 31 e a segunda de coroa de espigas 32 do anel 17.

[00032] Então, quando a parte macho 16 topa contra o ressalto axial 29 do elemento fêmea 12, o anel 17 é articulado de modo que as espigas do anel são posicionadas opostas às espigas do flange 14. As espigas da coroa 31 são posicionadas opostas às espigas da coroa 33 e as espigas da coroa 32 são posicionadas opostas às espigas da coroa 34. Assim, as espigas do anel 17 são axialmente topadas (com uma folga de aproximadamente 3 mm que é cancelada quando o conector está sob carga) com relação às espigas do flange 14 e estas travam no flange de translação 14 com relação ao flange 15.

[00033] Cada um dos dois sistemas de montagem de baioneta podem permitir prover, entre as espigas do flange 14 e as espigas do anel 17, um contato sobre uma faixa angular total que pode alcançar 175°. De preferência, os dois sistemas de montagem sendo angularmente deslocados ao redor do eixo geométrico de conector, o conector de acordo com a invenção permite que as cargas axiais sejam distribuPetição 870190103214, de 14/10/2019, pág. 13/35

10/23 ídas sobre aproximadamente 350° ao redor do eixo geométrico.

[00034] Alternativamente, de acordo com a invenção, o anel 17 e o flange 14 podem compreender somente uma coroa de espigas cada: as espigas da única coroa do anel 17 cooperam com as espigas da única coroa do flange 14.

[00035] O número de espigas por coroa e sua geometria podem variar, notadamente dependendo das dimensões do tubo principal, ou do número e das dimensões das linhas auxiliares e das tensões a serem transmitidas pelo conector.

[00036] Um sistema de travamento permite que o anel 17 seja travado em rotação.

[00037] A figura 5 mostra uma modalidade alternativa do conector de acordo com a invenção. Os números de referência da figura 5 idênticos àqueles da figura 3 designam os mesmos elementos.

[00038] A figura 5 mostra o elemento macho do conector consistindo da parte 16 soldada por sobre o flange 15, o elemento macho sendo montado dentro do elemento fêmea que consiste no flange 14. O conector compreende um meio para montar o anel 17 sobre o flange 15 de modo a prontamente montar e desmontar o anel 17 sobre o conector. Mais precisamente, o anel 17 está provido com um conjunto de dentes 40 e 41 que coopera com um conjunto de dentes 42 e 43 dispostos sobre a superfície externa do flange 15. Um ou mais pinos 44 permitem que a montagem do anel 17 sobre o flange 15 seja travada. De preferência, o anel está provido com pelo menos dois pinos, ou mesmo pelo menos três pinos, de modo a impedir o emperramento do anel 17 sobre o flange 15. Uma configuração excelente consiste em dispor um pino entre cada dente da série de dentes 40 mostrada em detalhes na figura 6.

[00039] A figura 6 é uma vista em corte transversal do anel 17 e do flange 15, e uma vista desenvolvida da série de dentes 40, 41, 42 e

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43. Com referência à figura 6, o anel 17 compreender uma primeira série 40 de quatro dentes 40A, 40B, 40B e 40D, e uma segunda série 41 de quatro dentes 41A, 41B, 41C e 41D. O flange 15 compreende uma primeira série 42 de quatro dentes 42A, 42B, 42C e 42D, e uma segunda séria 43 de quatro dentes 43A, 43B, 43C e 43D. O número de dentes por série pode variar entre 2 e 8 dentes por série, por exemplo. O número de séries de dentes pode ser reduzido para 1 ou aumentado, por exemplo, para 3 ou 4 séries por elemento 15 e 17.

[00040] Para cada elemento composto do anel 17 e do flange 15, os dentes estão angularmente deslocados de uma série para a próxima e estes estão inscritos em superfícies cilíndricas de mesmo raio. A primeira e a segunda séries de dentes 40 e 41 estão inscritas em um cilindro de raio R1. A primeira e a segunda séries de dentes 42 e 43 estão inscritas em um cilindro de raio R2 maior do que o raio R1. Alternativamente, as séries de dentes 40, 41, 42 e 43 podem estar inscritas em cilindros de diferentes raios de acordo com uma configuração similar àquela das espigas 31, 32, 33 e 34, como acima descrito.

[00041] Os dentes 40A, 40B, 40C e 40D da primeira série de dentes do anel 17 cooperam com os dentes 42A, 42B, 42C e 42D da primeira série de dentes do flange 15 de modo a formar um conjunto de baioneta. Simultaneamente, os dentes 41A, 41B, 41C e 41D da segunda série de dentes do anel 17 cooperam com os dentes 43A, 43B, 43C e 43D da segunda série de dentes do flange 15 de modo a formar um conjunto de baioneta. Cada pino 44 está montado dentro de um furo provido através do anel 17 entre dois dentes da segunda série de dentes 41. O furo e o pino 44 podem ser cilíndricos.

[00042] O anel 17 pode ser montado sobre o flange 15 executando os seguintes estágios sucessivos:

- montar o anel 17 ao redor do flange 15 pela translação do anel 17 ao longo do eixo geométrico AA' de modo que os dentes 40

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12/23 montem entre os dentes 43 até que os dentes 40 fiquem em contato com os dentes 42, então

- articular o anel 17, então transladar o anel 17 ao longo do eixo geométrico AA' de modo que os dentes 40 montem entre os dentes 42 e os dentes 41 montem entre os dentes 43 até que os dentes 41 fiquem em contato com os dentes 42,

- inserir o(s) pino(s) 44 em seu alojamento no anel 17.

[00043] Assim, uma imobilização axial do anel 17 sobre o flange 15 está provida, por um lado, pelo(s) pino(s) 44 topado(s) contra os dentes 43 que impedem uma translação descendente do anel ao longo do eixo geométrico AA' (os pinos 44 podem ser topados com os dentes 43B e 43D na figura 6) e, por outro lado, pelos dentes 41 opostos aos dentes 42 que impedem qualquer translação ascendente do anel 17 ao longo do eixo geométrico AA' que poderia ocorrer através da colisão do anel com outra parte, notadamente dentro do contexto da operação de montagem de conector.

[00044] De preferência, os dentes 40 e 41 para montar o anel 17, respectivamente os dentes 42 e 43 do flange 15, são o mesmo número e estes estão posicionados opostos às espigas 31 e 32 para travar o anel 17, respectivamente as espigas 33 e 34 do flange 14, de tal modo que, quando o conector está no modo travado, isto é, fechado, as cargas passam por um lado através dos dentes 40 e 41 e, por outro lado, através das espigas 31 e 32 e não através dos pinos 44. Os pinos estão envolvidos quando o conector está no modo não travado para suportar o peso do anel 17. Assim quando o conector está travado, o anel 17 é articulado de modo que os dentes 40, respectivamente os dentes 41, apoiam sobre os dentes 42, respectivamente 43, e simultaneamente as espigas da coroa 31 estão posicionadas opostas às espigas da coroa 33, e as espigas da coroa 32 estão posicionadas opostas às espigas da coroa 34. No conector na posição travada, o anel 17

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13/23 está travado em translação em uma direção do eixo geométrico AA' pelos dentes 40 e 41 respectivamente em contado com os dentes 42 e 43 do flange 15. O anel 17 está travado em translação na outra direção do eixo geométrico AA' pelas espigas da coroa 31 posicionadas opostas às espigas da coroa 33 e as espigas da coroa 32 posicionadas opostas às espigas da coroa 34.

[00045] O anel 17 de acordo com a modalidade das figuras 5 e 6 pode ser prontamente desmontado de modo a ser sujeito a operações de inspeção e controle em serviço. De modo a desmontar o anel, a largura X dos dentes do anel 17 é menor do que a largura Y entre dois dentes no flange 15. As larguras X e Y são respectivamente medidas sobre a periferia do anel 17 e do flange 15, sobre um círculo centrado sobre o eixo geométrico AA' e inscrito em um plano perpendicular ao eixo geométrico AA'.

[00046] O anel 17 pode ser desmontado do flange 15 executando os seguintes estágios sucessivos:

- remover o(s) pino(s) 44 do anel 17, então

- articular o anel 17 e transladá-lo ao longo do eixo geométrico AA' de modo que os dentes 40 passem entre os dentes 42 e os dentes 41 passem entre os dentes 43, até que os dentes 40 entrem em contato com os dentes 43, então

- articular o anel 17 e transladá-lo ao longo do eixo geométrico AA' de modo que os dentes 40 passem entre os dentes 43 até que o anel 17 seja liberado do flange 15.

[00047] O elemento de linha auxiliar 11 está preso, em cada sua extremidade, no tubo principal 10. Em outras palavras, a seção de tubo ascendente 1 compreende em cada sua extremidade um meio de fixação 20 e 21, diagramaticamente mostrado na figura 2, permitindo que um elemento de linha auxiliar 11 seja axialmente conectado no tubo principal 10. De acordo com a invenção, os meios 20 e 21 permiPetição 870190103214, de 14/10/2019, pág. 17/35

14/23 tem que as tensões longitudinais sejam transmitidas do tubo principal para os elementos 11. Assim, estes meios de fixação 20 e 21 permitem que os esforços tensionais aplicados a cada seção do tubo ascendente sejam distribuídos entre o tubo principal 10 e os elementos de linha auxiliar 11.

[00048] Com referência à figura 3, no nível da extremidade de seção provida com o meio de conector fêmea 12, o tubo principal 10 tem um ressalto de extensão ou flange 14 que compreende uma passagem cilíndrica em que o elemento de linha auxiliar 11 pode deslizar. O elemento de linha auxiliar 11 compreende uma escora 22, uma porca ou ressalto, por exemplo, destinada a posicionar o elemento 11 axialmente com relação ao flange 14. Quando montando o elemento 11 sobre o tubo principal 10, a escora 22 do elemento 11 apoia contra o flange 14, por exemplo, contra o ressalto axial 23 provido dentro da passagem cilíndrica de modo a formar uma conexão rígida.

[00049] No nível da extremidade de seção provida com o meio de conector macho 13, o tubo principal 10 tem um ressalto de extensão ou flange 15 que compreende uma passagem cilíndrica em que o elemento de linha auxiliar 11 pode deslizar. O elemento de linha auxiliar compreende uma escora 24, uma porca ou ressalto, por exemplo, destinada a posicionar o elemento 11 axialmente com relação ao flange 15. Quando montando o elemento 11 sobre o tubo principal 10, a escora 24 do elemento 11 apoia contra o flange 15, por exemplo, contra o ressalto axial 25 provido dentro da passagem cilíndrica de modo a formar uma conexão rígida.

[00050] Os flanges 14 e 15 têm formas de revolução ao redor do eixo geométrico AA', exceto pelos dentes dispostos sobre a periferia do flange 14. Os flanges 14 e 15 formam uma extensão de elementos de tubo principal 10 enquanto aumentando a espessura e a seção externa do tubo, de modo a formar ressaltos respectivamente. De prefe

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15/23 rência, a seção externa dos flanges 14 e 15 varia progressivamente ao longo do eixo geométrico AA' de modo a evitar uma súbita variação de seção entre o tubo 10 e os ressaltos o que enfraquecería a resistência mecânica do conector 5.

[00051] O meio de fixação 20 que compreende as escoras 22 e 23 permite travar as translações axiais de um elemento 11 em uma direção com relação ao tubo principal 10. O meio de fixação 21 que compreende as escoras 24 e 25 permite travar as translações axiais de um elemento 11 em uma direção oposta com relação ao tubo principal. A combinação de meio de fixação 20 e de meio de fixação 21 permite que o elemento 11 fique completamente preso com relação ao elemento de tubo principal 10. Assim, os elementos 11 estão envolvidos, juntamente com o elemento de tubo principal 10, em suportar as tensões longitudinais sofridas pelo tubo 1.

[00052] A forma e especificamente a espessura dos flanges 14 e 15 são determinadas de modo a suportar as tensões longitudinais transmitidas para os elementos de linha auxiliar 11.

[00053] Os elementos de linha auxiliar 11 estão conectados extremidade contra extremidade por meio de conexões. Uma conexão é composta de uma parte de extremidade macho 26 disposta em uma extremidade do elemento 11 e uma parte de extremidade fêmea 27 disposta na outra extremidade do elemento 11. Uma parte de extremidade macho 26 coopera apertadamente com a parte de extremidade fêmea 27 de outro elemento 11. Por exemplo, o elemento macho 26 da conexão é uma parte tubular quer monta dentro de outra parte tubular 27. A superfície interna da parte de extremidade fêmea 27 está ajustada à superfície externa da parte de extremidade macho 26. Juntas estão montadas dentro de fendas usinadas sobre a superfície interna do elemento fêmea 26 de modo a prover uma conexão apertada. A conexão permite um deslocamento axial de um dos elementos 11

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16/23 com relação ao outro, enquanto mantendo a conexão apertada entre os dois elementos.

[00054] Os elementos de tubo 11 podem ser providos com um dispositivo para ajustar as diferenças de comprimento entre o tubo principal 10 e os elementos de tubo 11 devido a tolerâncias de fabricação. Por exemplo, uma porca 35 está aparafusada por sobre a parte de extremidade 26 de modo a ajustar a posição da escora 24 com relação à escora 25.

[00055] A figura 7 é uma vista em corte transversal de uma seção de tubo ascendente provido com um conector de acordo com a invenção. A figura 8 é uma vista em corte transversal de um conector de acordo com a figura 7 na posição travada. Os números de referência das figuras 7 e 8 idênticos àqueles da figura 2 designam os mesmos elementos.

[00056] Com referência às figuras 7 e 8, um elemento de linha auxiliar 50 está preso em ambas as extremidades no tubo principal 10 através de flanges 14 e 15. O elemento 50 consiste em um tubo 50A provido em suas extremidades com uma parte fêmea 50C e uma parte de conexão macho 50B. As partes 50B e 50C podem ser soldadas por sobre o tubo 50A. A parte 50B está adequada para montar dentro da parte 50C de modo a formar uma conexão apertada. A parte de receptáculo 50C está montada dentro da passagem 51 provida através do flange 15 de modo que o elemento 50 apoie contra a escora 52 do flange 15. A escora 52 pode ser plana para prover liberdade de deslocamento lateral para a parte 50C de modo a facilitar as operações de conexão de linha auxiliar. A parte 50B está provida com uma rosca sobre a sua superfície externa que coopera com uma rosca 54 provida dentro da passagem 53 no flange 14. Assim, a parte de conexão 50B é montada dentro da passagem 53 por aparafusamento.

[00057] De modo a montar o elemento de tubo 50 sobre a seção de

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17/23 tubo ascendente, o elemento 50 é alimentado através da passagem 52 com a parte 50B para frente. Então, a parte 50B do elemento 50 é aparafusada dentro da passagem 53 do flange 14 até que o ressalto do elemento 50C tope contra a escora 52 do flange 15. O elemento 50 é então imobilizado em rotação com relação ao tubo 10 por meios de fixação 55, colares por exemplo.

[00058] O elemento de linha auxiliar 60 está preso em ambas as extremidades no tubo principal 10 através dos flanges 14 e 15. O elemento 60 consiste em um tubo 60A provido em suas extremidades com uma parte fêmea 60C e uma parte de conexão macho 60B. As partes 60B e 60C podem ser soldadas por sobre o tubo 60A. A parte 60B está adequada para montar dentro da parte 60C de modo a formar uma conexão apertada. A parte de receptáculo 60C está montada dentro da passagem 61 provida através do flange 15 de modo que o elemento 60 apoie contra a escora 62 do flange 15. A parte 60B está presa a uma porca 63 por um sistema de escora e ressalto. A superfície externa da porca 63 é roscada. A porca 63 coopera com uma rosca 65 provida dentro da passagem 64 no flange 14. Assim, a parte de conexão 60B é montada dentro da passagem 64 aparafusando a porca 63.

[00059] De modo a montar o elemento de tubo 60 sobre a seção de tubo ascendente, o elemento 60 é alimentado através da passagem 61 com a parte 60B provida com a porca 63 para frente. Então, a porca 63 do elemento 60 é aparafusada dentro da passagem 64 do flange 14 até que o ressalto do elemento 60C tope contra a escora 62 do flange

15. O elemento 60 é então imobilizado em rotação com relação ao tubo 10 por meios de fixação 55, colares por exemplo.

[00060] A figura 9 é uma vista em corte transversal de uma seção de tubo ascendente provido com um conector de acordo com a invenção. Os números de referência da figura idênticos àqueles da figura 2

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18/23 designam os mesmos elementos.

[00061] Com referência à figura 9, o elemento de linha auxiliar 80 está preso em ambas as extremidades no tubo principal 10 através dos flanges 14 e 15. O elemento 80 consiste em um tubo 80A provido em suas extremidades com uma parte fêmea 80B e uma parte de receptáculo 80C. As partes 80B e 80C podem ser soldadas por sobre o tubo 80A. As partes 80B e 80C cooperam com a parte de extremidade tubular 83 para formar conexões apertadas. A parte fêmea 80B está montada dentro da passagem 81 provida através do flange 14 de modo que o elemento 80 apoie contra a escora 82 do flange 14. A parte de receptáculo 80C está provida com uma rosca sobre a sua superfície interna que coopera com uma rosca 84 provida em parte da parte de extremidade 83. Outra parte da parte de extremidade 83 compreende uma rosca dentro da qual está aparafusada uma porca 85 que coopera com uma escora 86 formada dentro da passagem 87 provida no flange 15. A escora 86 pode ser plana de modo a prover liberdade de deslocamento lateral para as partes 83 e 85 para facilitar as operações de conexão de linha auxiliar.

[00062] De modo a montar o elemento de tubo 80 sobre a seção de tubo ascendente, o elemento 80 provido com a parte de extremidade 83 é alimentado através da passagem 81. Então, a porca 85 é aparafusada por sobre a parte de extremidade 83 até que a parte 80 apoie contra a escora 82 e a porca 85 tope contra o ressalto 86. O elemento 80 é então imobilizado em rotação com relação ao tubo 10 por meios de fixação 88, colares por exemplo.

[00063] O elemento de linha auxiliar 90 está preso em ambas as extremidades no tubo principal 10 através dos flanges 14 e 15. O elemento 90 consiste em um tubo 90A provido em suas extremidades com uma parte de receptáculo fêmea 90B e uma parte de receptáculo fêmea 90C. As partes 90B e 90C podem ser soldadas por sobre o tubo

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90A. A parte de receptáculo 90B coopera com a parte de extremidade fêmea tubular 91 para formar uma conexão apertada. A parte de extremidade fêmea 91 é aparafusada dentro da parte de receptáculo 90B. A parte de extremidade 91 está montada dentro da passagem 92 provida através do flange 14 de modo que um ressalto da parte de extremidade 91 apoie contra a escora 93 do flange 14. A parte de receptáculo 90C coopera com a parte de extremidade macho tubular 94 para formar uma conexão apertada. A parte de extremidade macho 94 é adequada para montar dentro da parte de extremidade fêmea 91 de modo a formar uma conexão apertada. A parte de extremidade 94 é aparafusada dentro da parte de receptáculo 90C. A parte de extremidade 94 está montada dentro da passagem 96 provida através do flange 15 de modo que um ressalto da parte de extremidade 94 apoie contra a escora 95 do flange 15. A escora 95 pode ser plana de modo a prover liberdade de deslocamento lateral para a parte 96 para facilitar as operações de conexão de linha auxiliar.

[00064] De modo a montar o elemento de tubo 90 sobre a seção de tubo ascendente, o elemento 90 é disposto sem as partes de extremidade 91 e 94 entre os flanges 14 e 15. Então, a parte de extremidade 94 é aparafusada dentro do receptáculo 90C até que a parte de extremidade 94 apoie contra a escora 95 e a parte de extremidade 91 é aparafusada dentro do receptáculo 90B até que a parte de extremidade 91 apoie contra a escora 93. O elemento 90 é então imobilizado em rotação com relação ao tubo 10 por meios de fixação 88, colares por exemplo.

[00065] A disposição do anel de travamento 17 sobre a periferia externa dos flanges 14 e 15 permite uma disposição mais compacta dos elementos do tubo auxiliar 11 e do tubo principal 10. É consequentemente possível limitar o espaçamento dos elementos 11 e do tubo principal 10 com relação ao anel 17. Portanto, reduzindo a distância

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20/23 entre os elementos 11 e o anel 17 e entre o tubo 11 e o anel 17 permite minimizar os esforços de flexão sofridos pelos flanges 14 e 15.

[00066] Mais ainda, o dispositivo de acordo com a invenção provê uma solução interessante para montar em um modo simples e rápido um tubo ascendente cujos esforços tensionais são distribuídos entre os elementos de tubo auxiliar e o tubo principal. De fato, apesar dos elementos de tubo auxiliar 11 e o elemento de tubo principal 10 serem montados de modo a juntamente suportarem os esforços tensionais sofridos pelo tubo, a conexão de uma seção de tubo ascendente em outra seção de tubo ascendente é conseguida em uma única operação girando o anel 17. Esta conexão permite comunicar e vedar o elemento de tubo principal de uma seção com o elemento da outra seção, e simultaneamente comunicar e vedar os elementos de linha auxiliar de uma das seções com aqueles da outra seção.

[00067] As seguintes operações podem ser executadas para obter a conexão do conector de acordo com a invenção.

OPERAÇÃO 1 [00068] O anel 17 é mantido na posição aberta por um sistema de travamento.

[00069] O elemento macho 13 de uma seção faceia o elemento fêmea 12 de outra seção. Por exemplo, o elemento fêmea 12 está suspenso de uma mesa de manipulação e o elemento 13 é operado por um meio de içamento.

[00070] A extremidade do elemento macho 13 que consiste na extremidade traseira do elemento 16 projeta axialmente do anel 17 e acopla dentro do elemento fêmea 12. A posição dos elementos de linha auxiliar 11 permite que o elemento 13 seja posicionado inclinado com relação ao elemento 12.

OPERAÇÃO 2 [00071] O elemento macho 13 é deslizado longitudinalmente dentro

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21/23 do elemento fêmea 12 até que os dois elementos montem dentro e topem um contra o outro.

[00072] Quando o elemento 13 monta dentro do elemento 12, por um lado, as espigas do anel 17 deslizam entre as espigas do flange 14 como acima descrito e, por outro lado, as partes de extremidade macho 26 dos elementos 11 penetram dentro das partes de extremidade fêmea 27 dos elementos 11.

OPERAÇÃO 3 [00073] Quando o elemento 13 está completamente montado dentro do elemento 12, o anel 17 é liberado em rotação atuando sobre o sistema de travamento, então o anel 17 é articulado ao redor do eixo geométrico de conector. A rotação do anel 17 é executada até que uma posição fechada seja alcançada, isto é, até que as espigas do anel 17 fiquem posicionadas opostas às espigas do flange 14. O sistema de travamento pode limitar a rotação do anel.

[00074] Quando o anel 17 está na posição fechada, o anel é imobilizado com relação ao flange 14 atuando sobre o sistema de travamento.

OPERAÇÃO 4 [00075] O tubo ascendente inteiro assim conectado é levantado, o que tem o efeito de colocar o conector sob tensão e preencher as folgas de operação: as espigas das coroas 31 e 32 do anel 17 ficam efetivamente em contato com as espigas das coroas 33 e 34 do flange 14.

[00076] Mais ainda, de modo a produzir tubos ascendentes que possam operar em profundidades que alcançam 3500 m ou mais, o tubo principal 10 e/ou as linhas auxiliares 11 podem ser feitos com elementos de tubo metálicos cuja resistência é otimizada por aros feitos de fibras revestidas com uma matriz de polímero.

[00077] Uma técnica de abraçamento de tubo pode ser uma técnica

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22/23 que consiste em enrolar sob tensão tiras compostas ao redor de um corpo tubular metálico, como descrito nos documentos FR-2.828.121, FR-2.828.262 e US-4.514.254.

[00078] As tiras consistem em fibras, fibras de vidro, de carbono ou de aramid, por exemplo, as fibras sendo revestidas com uma matriz de polímero, termoplástico ou termoestável, tal como uma poliamida.

[00079] Uma técnica conhecida como autoabraçamento pode também ser utilizada, a qual consiste em criar a tensão de aro durante o teste hidráulico do tubo a uma pressão que faz com que o limite elástico no corpo metálico seja excedido. Em outras palavras, tiras feitas de um material composto são enroladas ao redor do corpo metálico tubular. Durante a operação de enrolamento, as tiras não induzem uma tensão ou somente uma tensão muito baixa no tubo metálico. Então uma pressão predeterminada é aplicada dentro do corpo metálico de modo que este deforme plasticamente. Após o retorno para uma pressão zero, as tensões compressivas residuais permanecem no corpo metálico e as tensões de tração permanecem nas tiras compostas.

[00080] A espessura do material composto enrolado ao redor do corpo tubular metálico, de preferência feito de aço, é determinada de acordo com o pré-tensionamento de aro requerido para o tubo suportar, de acordo com o estado da técnica, a pressão e os esforços de tração.

[00081] De acordo com outra modalidade, os elementos de tubo 10 e/ou 11 que compõem o tubo principal e as linhas auxiliares podem ser feitos de uma liga de alumínio. Por exemplo, ligas de alumínio com referências ASTM (American Standard for Testing and Material) 1050, 1100, 2014, 2024, 3003, 5052, 6063, 6082, 5083, 5086, 6061, 6013, 7050, 7075, 7055, ou as ligas de alumínio comercializadas sob os números de referência C405, CU31, C555, CU92, C805, C855, C70H pela ALCOA Company podem ser utilizadas.

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23/23 [00082] Alternativamente, os elementos de tubo 10 e/ou 11 que compõem o tubo principal e as linhas auxiliares podem ser feitos de um material composto que consiste em fibras revestidas com uma matriz de polímero. As fibras podem ser fibras de carbono, vidro ou aramid. A matriz de polímero pode ser um material termoplástico tal como polietileno, poliamida (notadamente PA11, PA6, PA6-6 ou PA12), polieteretercetona (PEEH) ou fluoreto de polivinilideno (PVDF). A matriz de polímero pode também ser feita de um material termoestável tal como epóxis.

[00083] Alternativamente, os elementos de tubo 10 e/ou 11 que compõem o tubo principal e as linhas auxiliares podem ser feitos de uma liga de titânio. Por exemplo, uma liga de titânio Ti-6-4 (uma liga que compreende, em peso percentual, pelo menos 85% de titânio, aproximadamente 6% de alumínio e 4% de vanádio) ou a liga Ti-6-6-2 que compreende, em peso percentual, aproximadamente 6% de alumínio, 6% de vanádio, 2% de estanho e pelo menos 80% de titânio podem ser utilizadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conector para montar duas seções de tubo ascendente para as operações de perfuração de poços offshore, que compreende um primeiro elemento de tubo principal (10) que tem como uma extensão um elemento de conector macho (13) provido com um flange macho (15) perfurado por pelo menos um orifício em que um elemento de tubo auxiliar (11) está preso, e um segundo elemento de tubo principal que tem como uma extensão um elemento de conector fêmea (12) provido com um flange fêmea (14) perfurado por pelo menos um orifício em que um segundo elemento de tubo auxiliar (11) está preso, o elemento de conector macho (13) montando dentro do elemento de conector fêmea (12) de modo a conectar os dois elementos de tubo principal (10) e os dois elementos de tubo auxiliar (11), caracterizado pelo fato de que um anel de travamento (17) monta o flange macho (15) e o flange fêmea (14), o anel de travamento (17) sendo montado móvel em rotação sobre a superfície externa do flange macho (15) e o anel de travamento cooperando com as superfícies externas dos flanges macho (15) e fêmea (14).
2. Conector de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento (17) é travado em translação por um ressalto axial (30) provido sobre o flange macho (15), e o anel está provido com espigas (31; 32) que cooperam com as espigas (33; 34) dispostas sobre a superfície externa do flange fêmea (14).
3. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que as espigas (31; 32) do anel de travamento (17) estão dispostas sobre a superfície interna do anel.
4. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o anel (17) tem uma porção de superfície cilíndrica que coopera com uma porção de superfície cilíndrica localizada sobre a periferia do flange macho (15).

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5. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o anel (17) compreende dentes que cooperam com dentes dispostos sobre a superfície externa do flange macho (15) de modo a travar o anel (17) em translação com relação ao flange macho e permitir que o anel (17) seja desmontado.
6. Conector de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anel (17) compreende pelo menos um pino removível (44) que coopera com um dente do anel (17) de modo a travar o anel de travamento (17) em translação com relação ao flange macho (15).
7. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de conector macho (13) tem como uma extensão uma parte intermediária (16) que coopera com o elemento de conector fêmea (12).
8. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada elemento de tubo auxiliar (11) está montado axialmente topado contra um ressalto (23; 24) provido nos orifícios.
9. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento (17) compreende um meio de operação para mover o anel em rotação.
10. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende escoras para limitar a rotação do anel de travamento (17) entre uma posição aberta e uma posição fechada, e um meio de imobilização para travar o anel em rotação pelo menos na posição aberta e na posição fechada.
11. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ele

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3/3 mentos selecionados do grupo que consiste em um elemento de tubo principal (10) e em um elemento de linha auxiliar (11) compreende um tubo de aço abraçado por tiras compostas.
12. Conector de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as ditas tiras compostas compreendem fibras de vidro, carbono ou aramid, revestidas com uma matriz de polímero.
13. Conector de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos elementos selecionados do grupo que consiste em um elemento de tubo principal (10) e um elemento de linha auxiliar (11) é feito de um material selecionado da lista que consiste em fibras de reforço revestidas com uma matriz de polímero, uma liga de alumínio, uma liga de titânio.
14. Tubo ascendente caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos duas seções de tubo ascendente montadas por um conector como definido em pelo menos uma das reivindicações anteriores, em que os esforços tensionais longitudinais são distribuídos entre o elemento de tubo principal e o elemento de tubo auxiliar.