BR112013022783B1

BR112013022783B1 - Sistema submarino de acionamento de perfuração, produção ou processamento

Info

Publication number: BR112013022783B1
Application number: BR112013022783-4A
Authority: BR
Inventors: David Geiger; Raymond S. Scheffler
Original assignee: Moog Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2021-06-29
Also published as: JP2014512495A; BR112013022783A2; WO2012122159A3; US9631455B2; EP2683907B1; WO2012122159A2; US20130333894A1; CA2828987C; RU2013144747A; EP2683907A2; CA2828987A1; CN103429911B; RU2544927C1; CN103429911A

Abstract

sistema submarino de acionamento de perfuração, produção ou processamento sistema submarino de acionamento de perfuração, produção e processamento compreendendo um motor elétrico de velocidade variável (10) adaptado para ser alimentado com uma corrente; bomba hidráulica reversível (8, 28) acionada pelo motor; um conjunto de pistão hidráulico (92, 101, 111, 121, 131) conectado à bomba e compreendendo uma primeira câmara (2), uma segunda câmara (3) e um pistão ( 4) separando a primeira e a segunda câmara e configurado para acionar uma válvula (91) em um sistema submarino; um reservatório de fluido (14) conectado com a bomba e o conjunto de pistão hidráulico; a bomba, o conjunto de pistão hidráulico e o reservatório conectado em um sistema hidráulico substancialmente fechado; e um compensador de pressão (13, 65) configurado para normalizar as diferenças de pressão entre o exterior do sistema hidráulico e o interior do sistema hidráulico.

Description

CAMPO TÉCNICO

[01] A presente invenção diz respeito ao campo dos equipamentossubmarinos para perfuração, processamento e produção em geral, e mais especificamente a um sistema submarino aprimorado para estes equipamentos.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[02] Na exploração submarina de óleo e gás, o sistema deperfuração ou cabeça do poço pode estar localizado muitos milhares de pés abaixo da superfície do mar. Desta forma, são utilizados equipamentos especializados para perfurar, produzir e processar o óleo e o gás no fundo do mar, tais como árvores de natal submarinas, sistemas de processamento, separadores, sistemas com alta proteção da integridade das tubulações, sondas, tubos de distribuição, sistemas de interligação e produção e sistemas de distribuição. Estes equipamentos são normalmente controlados por certo número de tipos de válvulas, incluindo obturadores de segurança para impedir uma descarga não desejada de hidrocarbonetos para dentro do mar.

[03] Com os sistemas existentes, tipicamente, estas válvula sãooperadas hidraulicamente provendo-se um fluido hidráulico pressurizado a partir da embarcação na superfície para baixo até a cabeça do poço. Grandes dutos de energia hidráulica a partir de embarcações ou de sondas na superfície do oceano alimentam equipamentos de perfuração, produção e processamento no fundo do oceano, e os muitos sistemas que possuem válvulas e acionadores. Entretanto, a instalação e a manutenção destes dutos são caras e em alguns casos podem não ser factíveis, como, por exemplo, em profundidades maiores do que 10.000 pés (3048 metros) ou debaixo de calotas de gelo no círculo ártico.

[04] Desta forma, é desejável prover um acionador que não precise desta conexão umbilical a partir da superfície e que ainda assim seja capaz de operar com a potência e a funcionalidade desejada.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[05] Com ligeira referência às correspondentes partes, às porçõesou às superfícies do modo de realização divulgado, com propósitos meramente ilustrativos e não a titulo de limitação, a presente invenção provê um sistema submarino de acionamento para perfuração, produção e processamento, compreendendo um motor elétrico de velocidade variável (10) adaptado para ser alimentado com uma corrente; uma bomba hidráulica reversível (2, 28) acionada pelo motor, um conjunto de pistão hidráulico (92, 101, 111, 121, 131) conectado com a bomba e compreendendo uma primeira câmara (2), uma segunda câmara (3) e um pistão (4) separando a primeira e a segunda câmara e configurado para acionar uma válvula (91) em um sistema submarino, um reservatório de fluido (14) conectado com a bomba e com o conjunto de pistão hidráulico; sendo a bomba, o conjunto de pistão hidráulico e o reservatório conectados em um sistema hidráulico substancialmente fechado; e um compensador de pressão (13, 65) configurado para normalizar as diferenças de pressão entre o exterior do sistema hidráulico e o interior do sistema hidráulico.

[06] O sistema submarino pode ainda compreender um mecanismode segurança (98). O mecanismo de segurança pode compreender um elemento de mola (36) desviando o pistão em uma primeira direção. O mecanismo de segurança pode compreender uma válvula de segurança contra falhas (35) entre a primeira câmara e a segunda câmara ou entre a segunda câmara e o reservatório e a válvula de segurança contra falhas pode ser arranjada para abrir em caso de falhas da energia permitindo a equalização da pressão do fluido na primeira e na segunda câmara em cada lado do pistão. O mecanismo de segurança pode compreende um acionador de dois estágios.

[07] O sistema submarino pode ainda compreender um filtro entre a bomba e o conjunto de pistão hidráulico.

[08] O motor elétrico pode compreender um motor de CC semescova, ou pode ser selecionado a partir de um grupo consistindo de um motor de passo, um motor com escova ou um motor de indução. A bomba hidráulica pode ser selecionada a partir de um grupo consistindo de uma bomba de deslocamento fixo, uma bomba de deslocamento variável, uma bomba de duas portas e uma bomba de três portas. A bomba pode compreender uma bomba de duas portas (8) ou uma bomba de três portas (28). O pistão pode compreender uma primeira área de superfície exposta à primeira câmara e uma segunda área de superfície exposta a uma segunda câmara. A primeira área de superfície (4c) pode ser substancialmente igual à segunda área de superfície (4b). A primeira área de superfície (4a) pode ser substancialmente diferente da segunda área de superfície (4b).

[09] O conjunto de pistão hidráulico pode compreender um cilindro(1) possuindo uma primeira parede externa (1b) com o pistão disposto em um cilindro para o movimento de deslizamento vedante ao longo do mesmo, e uma primeira haste de acionador (5) conectada com o pistão para movimento com o mesmo e possuindo uma porção vedante penetrando na primeira parede externa. O cilindro pode ter uma segunda parede externa (1a) e o conjunto de pistão hidráulico pode compreender uma segunda haste de acionador (5a) conectada com o pistão para movimentar com o mesmo e possuindo uma porção vedante penetrando da segunda parede externa.

[10] A válvula pode compreender uma válvula de retenção em umobturador de segurança, e a válvula de retenção pode compreender uma gaveta de corte. A válvula pode compreender uma válvula de controle em um sistema submarino de produção e processamento.

[11] O compensador de pressão pode compreender uma membrana(15) em um reservatório de fluido (13). O compensador de pressão pode compreender um pistão (67 em um alojamento cilíndrico 66).

[12] A válvula pode ser de um conjunto selecionado a partir de umgrupo consistindo de um obturador submarino de segurança, uma árvore de natal de produção submarina ou um sistema de cabeça de poço, ou um sistema submarino de processamento e separação, um sistema submarino de interligação, uma escora submarina, um módulo de flutuação submarino, ou um sistema submarino de distribuição. O sistema submarino pode ainda compreender válvulas de bloqueio operacionalmente arranjadas para isolar seletivamente a bomba da primeira e da segunda câmara. O sistema submarino pode ainda compreender um sensor de posição (40) configurado para captar a posição do pistão. O sistema submarino pode ainda compreender um sensor de pressão (41, 42) configurado para captar a pressão na primeira e na segunda câmara.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[13] A FIG. 1 é uma vista de um componente do modo derealização de segurança do sistema de acionamento submarino operando uma válvula no duto submarino de processamento de óleo.

[14] A FIG. 2 é uma vista esquemática detalhada de um primeiromodo de realização do sistema submarino de acionamento mostrado na FIG.1, mostrando esta vista uma área de pistão desigual com uma forma contra cavitação.

[15] A FIG. 3 é uma vista esquemática detalhada de um segundomodo de realização do sistema submarino de acionamento mostrado na FIG.1, mostrando esta vista uma forma de mola de segurança.

[16] A FIG. 4 é uma vista esquemática detalhada de um terceiromodo de realização do sistema submarino de acionamento mostrado na FIG.1, mostrando esta vista uma área de pistão igual e uma forma de haste dupla.

[17] A FIG. 5 é uma vista esquemática detalhada de um quartomodo de realização do sistema submarino de acionamento mostrado na FIG.1, mostrando esta vista uma forma de bomba de três portas.

[18] A FIG. 6 é uma vista de seção transversal do conjunto depistão mostrado na FIG.2.

[19] A FIG. 7 é uma vista em seção transversal da bombabidirecional mostrada na FIG. 2.

[20] A FIG. 8 é uma vista em seção transversal de um motorelétrico servo de velocidade variável mostrado na FIG.2.

[21] A FIG. 9 é uma vista em seção transversal de um reservatórioe de um compensador mostrados na FIG.2.

[22] A FIG. 10 é uma vista em seção transversal de um modo derealização alternado do reservatório e do compensador mostrados na FIG.9.DESCRIÇÃO DETALHADA DOS MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAIS

[23] De início deve ser claramente entendido que números dereferência iguais servem, para identificar elementos, porções ou superfícies estruturais iguais de modo consistente ao longo das várias figuras dos desenhos, uma vez que estes elementos, porções e superfícies podem ser descritos ou explicados posteriormente no relatório como um todo, da qual esta descrição detalhada é parte integral. A menos que indicado em contrário, os desenhos destinam-se a serem examinados (por exemplo, os sombreados, o arranjo das partes, a proporção, o grau, etc.) juntamente com o relatório, e devem ser considerados como uma porção da descrição geral escrita desta invenção. Da forma em que são utilizados na descrição a seguir, os termos "horizontal", "vertical", "esquerda", "direita", "acima" e "abaixo", assim como dos derivados adjetivos e adverbiais dos mesmos (por exemplo, "horizontalmente", "de um modo para a direita", "de um modo para cima", etc.) referem-se simplesmente à orientação da estrutura ilustrada da forma em que a figura do desenho específico está virada para o leitor. Da mesma forma os termos "de modo para dentro" e "de modo para fora", geralmente referem- se à orientação de uma superfície em relação ao seu eixo de alongamento, ou eixo de rotação, conforme o caso.

[24] Com relação aos desenhos agora, e mais especificamente àFIG. 1 dos mesmos, a presente invenção provê de modo amplo um sistema submarino de acionamento para uma válvula submarina, do qual um modo de realização está indicado por 90. Conforme mostrado na FIG.1, o conjunto 90 é adaptado para acionar uma válvula submarina de processo 91 ou outro tipo de válvula ou componente similar em um ambiente submarino. A FIG. 1 mostra a arquitetura da válvula de controle com um recipiente de pressão compensada que protege o conjunto de mola. Neste modo de realização, um fluido submarino, tal como óleo ou gás, é medido pela válvula de processo 91 e as forças necessárias para a válvula de medição 91 são criadas pelo sistema submarino de acionamento 90 que inclui um conjunto de pistão do acionador 92; uma bomba bidirecional integrada 8; um servo motor elétrico de velocidade bidirecional variável 10; um controlador de motor eletrônico 95; elementos lógicos do fluido/válvulas de retenção 96; um reservatório/compensador 13 e um conjunto de mola de segurança 98. O conjunto de mola de segurança 98, dependendo dos requisitos do projeto, vai acionar a válvula de processo 91 em uma condição de falha fechada ou uma condição de falha aberta quando a energia for perdida. O controlador do motor 95 inclui eletrônicos de acionamento para comutar o motor 10 e para recebe retroalimentação a partir dos sensores no sistema e controlar o motor 10 correspondentemente.

[25] A FIG. 2 mostra um modo de realização 100 de um sistemasubmarino de acionamento. Conforme indicado, o sistema 100 inclui um motor elétrico de velocidade variável 10, uma bomba bidirecional ou reversível 8 acionada pelo motor 10, um conjunto de pistão hidráulico 101, um reservatório com pressão compensada 13, com um tanque de fluido do sistema 14, transdutores de pressão 41 e 42 que retroalimentam o motor 10; um controlador 95, e um transdutor de posição 40 que retroalimenta o controlador do motor 95. A bomba 8, o conjunto de pistão 101 e o tanque 14 são conectados por uma pluralidade de dutos de fluxo hidráulico 6, 7, 12, 17, 19 e 20 para formar um sistema de fluido fechado.

[26] Como mostrado em mais detalhes na FIG. 8, neste modo derealização o motor 10 é um motor DC servo sem escova e de velocidade variável que é alimentado com uma corrente. O motor 10 possui um motor interno 5 com magnetos permanentes e um estator fixo não rotatório 51 com enrolamentos em espiral. Quando uma corrente é apropriadamente aplicada por meio das espirais do estator 51, um campo magnético é induzido. A interação do campo magnético entre o estator 51 e o rotor 50 gera um torque que pode girar o eixo de transmissão 52. Não há escovas mecânicas que comutam os campos de estator neste modo de realização do motor. Eletrônicos de acionamento, baseados na retroalimentação da posição angular do transformador rotativo 53, geram e comutam os campos do estator para modificar a velocidade e a direção do motor 10. Desta forma, o motor 10 aplicará, seletivamente, um torque sobre o eixo 52 em uma direção ao redor do eixo x-x em velocidades variáveis e aplicará um torque no eixo 52 na direção oposta ao redor do eixo x-x em velocidades variáveis. Outros motores podem ser utilizados como alternativas. Por exemplo, um motor de passo de velocidade variável, um motor com escovas ou um motor de indução podem ser utilizados.

[27] Conforme mostrado em detalhes adicionais na FIG. 7, nestemodo de realização a bomba 8 é uma bomba de deslocamento bidirecional fixo e mecanismo interno de duas portas. Os elementos de bombeamento, nomeadamente, as engrenagens 55 e 56, são capazes de girar em qualquer direção, permitindo desta forma que o fluido hidráulico corra em qualquer direção 47 ou 48. Isto permite que o óleo seja levado para dentro e para fora do sistema quando o controlador do sistema fecha o laço de controle da posição ou da pressão. O eixo da engrenagem 55 é conectado com o eixo de transmissão 52 do motor 10, com a outra engrenagem de bombeamento 56 em sequência. O fluido é direcionado para correr para o lado de fora das engrenagens 55 e 56, entre os dentes de engrenagem das engrenagens 55 e 56 e o alojamento 57, respectivamente. Desta forma, a rotação da engrenagem 55 no sentido horário 46 faz com que o fluido corra em uma direção 48, a partir da porta 8a ou da porta 8b. A rotação da engrenagem 55 no sentido anti- horário 45 faz com que o fluido corra na direção oposta 47à porta 8b para fora da porta 8a. Desta forma, a direção do fluxo da bomba 8 depende da direção de rotação do rotor 50 e do eixo de transmissão 52 ao redor do eixo x-x. Além do mais, a velocidade e a vazão da bomba 8 variam com as variações na velocidade do motor 10. Outras bombas bidirecionais podem ser utilizadas como alternativas. Por exemplo, uma bomba de deslocamento variável pode ser utilizada.

[28] Conforme mostrado em mais detalhes na FIG. 9, neste modode realização o reservatório 13 inclui um compensador de pressão do tipo de bexiga para o sistema do fluido. Conforme mostrado, o reservatório 13 é separado em duas câmaras de volumes variáveis 14 e 16 e por uma bexiga elastomérica, ou diafragma 15. A câmara 16 é aberta para a água do mar por meio da porta 60, e a câmara 14 opera como reservatório hidráulico, através da porta 61, para o fluido do sistema e é vedada e a pressão equilibrada a partir do ambiente externo 16 pela bexiga 15. Quando o fluido do sistema é deslocado, a bexiga 15 se moverá e deslocará a água na câmara 16 no outro lado. A bexiga 15 pode ser deslocada com facilidade e garante que o fluido do lado de dentro seja substancialmente igual à pressão ambiente da água do lado de fora do sistema.

[29] A FIG. 10 mostra um compensador de pressão com um tipo depistão alternativo para reservatório 14. Conforme mostrado, ele funciona de modo geral da mesma foram que o do tipo de bexiga, exceto que a barreira entre o fluido do sistema na câmara 14 e a água na câmara 16 é o pistão 67, que é disposto de modo deslizante dentro do alojamento do cilindro 66. Quando o fluido do sistema é deslocado, o pistão 67 se moverá e deslocará a água na câmara 16 no outro lado. O pistão 67 se desloca no alojamento 66 para garantir que o fluido no interior seja substancialmente igual à pressão ambiente da água fora do sistema.

[30] Conforme mostrado na FIG. 2 e na FIG. 6, o conjunto depistão 101 inclui um pistão 4 disposto de modo deslizante dentro do alojamento do cilindro 1. O motor 10, a bomba 8, as válvulas e dutos, e o compensador 13 são, tipicamente, integrados no alojamento 1. A haste 5 é montada no pistão 4 para movimentar com o pistão 4 e se estende para a direita e penetra seletivamente na parede externa direita 1b do alojamento 1. O pistão 4 é disposto de modo deslizante dentro do cilindro 1, e separa de modo vedante a câmara esquerda 2 da câmara direita 3. Neste modo de realização, quase todas as superfícies externas verticais circulares voltadas para o lado esquerdo 4a do pistão 4 são voltadas para dentro da câmara esquerda 2. Entretanto, apenas a superfície externa vertical anular voltada para a direita 4b do pistão 4 é voltada para a direção à direita para dentro da câmara direita 3, devido ao acréscimo da haste 5, através da câmara 3 e fora do alojamento 1. Isto cria uma configuração de área de pistão desigual, sendo a área de superfície da face 4a maior do que a área de superfície da face 4b.

[31] Conforme mostrado na FIG.2, um lado ou porta 8a da bomba 8se comunica com a câmara esquerda 2 por meio de um duto de fluido 6, e o lado oposto ou porta 8b da bomba 8 se comunica com a câmara direita 3, por meio da duto de fluido 7. Um lado 8a da bomba 8 se comunica com o tanque 14 por meio do duto de fluido 12 e o lado oposto 8b da bomba 8 se comunica com o tanque 14 por meio do duto de fluido 17. A câmara 3 se comunica com o tanque 13 por meio dos dutos 7 e 17 e a câmara 2 se comunica com a tanque 13 por meio dos dutos 6 e 12.

[32] O pistão 4 se estenderá ou deslocará para a direita quando o motor bidirecional 10 for girado em uma primeira direção, girando com isto a bomba bidirecional 8 (nomeadamente a engrenagem acionada 55) na primeira direção 16 e extraindo o fluido através da porta 8b do duto 7 e da câmara 3. Uma válvula de retenção operada por piloto 11 é aberta pela pressão acumulada no duto 20 devido à vazão da bomba 8 para dentro da duto 6, que permite uma extração adicional do fluido do duto 12 e do reservatório 14. A bomba bidirecional 8 também vaza o fluido através da porta 8a para dentro do duto 6, fechando a válvula de retenção 9 e desta forma isolando a duto 6 do reservatório 14. O fluido no duto 6 corre para dentro da câmara 2 do conjunto 101, criando desta forma um diferencial de pressão sobre o pistão 4 e fazendo com que ele estenda a haste 5 para a direita.

[33] O pistão 4 retrai a haste 5 ou desloca para a esquerda quando omotor bidirecional 10 é girado na outra direção, girando desta forma a bomba bidirecional 8 na direção 45 e extraindo o fluido através da porta 8a do duto 6 e da câmara 2. Uma válvula de retenção operada por piloto 9 é aberta pela pressão acumulada no duto 19 devida à vazão da bomba 8 para dentro do duto 7, que permite ao fluido adicional do duto 6 correr para dentro do reservatório de pressão compensada do sistema 14. A bomba bidirecional 8 também vaza o fluido a partir da porta 8b para dentro da duto 7, fechando a válvula de retenção 11 e isolando desta forma o duto 7 do reservatório 14. O fluido no duto 7 escoa para dentro da câmara 3 do conjunto 101, criando desta forma um diferencial de pressão no pistão 4 e fazendo com que ele retraia a haste 5.

[34] A função desta configuração contra cavitação é cuidar dasdiferenças volumétricas entre as câmaras opostas 2 e 3. Por exemplo, quando o pistão 4 se desloca na direção à esquerda dentro do cilindro 1, o volume de fluido removido da câmara esquerda em colapso 2 será maior do que o volume do fluido provido para a câmara direita em expansão 3.

[35] O controlador 95 controla a corrente para o motor 10 namagnitude e na direção apropriadas. A posição da haste 5 é monitorada por meio de um transdutor 40 e os sinais de posição são então alimentados de volta para o controlador do motor 95. Adicional ou alternativamente, a pressão nos dutos 6 e 7 até as câmaras 2 e 3 é monitorada com transdutores de pressão 41 e 42, respectivamente; e os sinais de pressão são alimentados de volta para o controlador de motor 95. O motor bidirecional de velocidade variável 10 e uma bomba 8 controlam a velocidade e a potência do pistão 4, e por seu turno a haste 5, modificando o fluxo e a pressão que atuam sobre o pistão. Isto é realizado examinando a retroalimentação do transdutor de posição 40 e/ou dos transdutores de pressão 41 e 42 e, em seguida, fechando o laço de controle ajustando-se a velocidade do motor 10 e a direção correspondentemente. Embora o sensor de posição 40 seja mostrado como um sensor de posição linear magnetostritivo, outros sensores de posição podem ser utilizados. Por exemplo, um sensor de posição LVDT pode ser utilizado como alternativa.

[36] Outro modo de realização110 é mostrado na FIG.3. Estemodo de realização inclui um mecanismo de segurança mostrado na FIG. 1, para quando se torna necessário fechar a válvula 91, como, por exemplo, em uma situação de emergência. Neste modo de realização, são providas molas 36 para desviar a haste 5 na direção da posição estendida. Um lado ou porta 8a da bomba 8 se comunica com a câmara à esquerda 2 por meio de um duto de fluido 6, e o lado oposto ou porta 8b da bomba 8 se comunica com a câmara à direita 3 por meio de um duto de fluido 7. Um lado 8a da bomba 8 se comunica com um tanque 14 por meio de um duto de fluido 22 e o lado oposto 8b da bomba 8 não inclui um duto de fluido até o tanque 14. Um tubo de fluido de by-pass 21 conecta os dutos 6 e 7, e desta forma as câmaras 1 e 3, e uma válvula operada por solenoide 35 é provida no duto 21. A bomba 8, o conjunto de pistão 111 e o tanque 14 são conectados por uma pluralidade de dutos de fluido hidráulico 6, 7, 21 e 22 para formar um sistema de fluido fechado. Quando em operação regular, a válvula 35 é energizada de forma que o estado da válvula 35 seja de porta bloqueada, bloqueando desta forma o fluxo entre as câmaras 2 e 3 por meio do duto 21. Entretanto, a válvula de solenoide é desviada por uma mola para deslocar a válvula 35 para uma posição aberta.

[37] O pistão 4 se deslocará para estender a haste 5 quando o motorbidirecional 10 for girado em uma primeira direção, girando, desta forma a bomba bidirecional 8 em uma primeira direção 25 e extraindo o fluido por meio da porta 8b do duto 7 e da câmara 3. A bomba bidirecional 8 também vaza o fluido para dentro do duto 6 e do tanque 14. Uma vez que a câmara 2 está sempre conectada com o tanque 14, as molas 36 forçam o pistão 4 para a direita para estender a haste 5.

[38] O pistão 4 se deslocará para a esquerda para retrair a haste 5quando o motor bidirecional 10 for girado em outra direção, girando desta forma a bomba bidirecional 8 em outra direção 46 e extraindo o fluido por meio de porta 8a do duto 6. A bomba bidirecional 8 também vaza o fluido para dentro de um duto 7 e da câmara 3. Uma vez que a câmara 2 está sempre conectada com o reservatório 14, a força diferencial do pistão entre a pressão da câmara 3 e das molas 36 faz com que o pistão se desloque para a esquerda e retraia a haste 5.

[39] Novamente, o motor bidirecional de velocidade variável 10 e abomba 8 controlam a velocidade e a força do pistão 4m mudando o fluxo e acionando a pressão sobre o pistão 4 utilizando a retroalimentação do transdutor de posição 40 e/ou dos transdutores de pressão 41 e 42 e em seguida fechando o laço do controle, ajustando a velocidade e a direção do motor correspondentemente.

[40] Quando a válvula 35 é desenergizada, como, por exemplo, emuma emergência de perda de energia, a mola da válvula solenoide 35 vai retornar a mesma para uma posição aberta. Neste estado, a câmara 3 fica conectada por meio do duto 21 com a câmara 2 e com o reservatório 14, equalizando desta forma a pressão nas câmaras 2 e 3. Uma vez que a pressão do fluido está então equalizada em cada lado do pistão 4, as molas 36 estenderão a haste 5 e a válvula 91 fechará quando o fluido for transferido da câmara 3. Desta forma, independentemente da vazão da bomba 8, as molas 36 estenderão a haste 5 e fecharão a válvula 91. Quando se desejar, o sistema pode ser arranjado de forma similar para prover segurança na posição retraída do pistão.

[41] Outro modo de realização 120 é mostrado na FIG. 4. Estemodo de realização é similar ao modo de realização mostrado na FIG.2, porém com haste dupla e uma área igual de conjunto de pistão 121. Conforme mostrado, o pistão 4 inclui hastes opostas 5a e 5b montadas no pistão 4 para deslocar com o pistão 4. A haste 5b se estende para a direita e penetra na parede externa direita 1b do alojamento 1. A haste 5a se estende para a esquerda e penetra na parede externa à esquerda 1a do alojamento 1. Neste modo de realização, a superfície externa vertical anular voltada para a esquerda 4c do pistão 4 fica voltada para dentro da câmara à esquerda 2, devido ao acréscimo da haste 5a através da câmara 2, e a superfície externa vertical anular voltada para a direita4b do pistão 4 fica voltada para dentro da câmara direita 3 devido à haste 5b se estender através da câmara 3 e do alojamento externo 1. Sendo as hastes 5a e 5b de diâmetros iguais, isto cria uma configuração de área de pistão igual, sendo a área de superfície da face 4c substancialmente a mesma que a área de superfície da face 4b. A bomba 8, o conjunto de pistão 121 e o tanque 14 são conectados por uma pluralidade de dutos de fluxo hidráulico 6, 7, 12 e 17 para formar um sistema de fluido fechado.

[42] O pistão4 se deslocará para a direita para estender a haste 5b eretrair a haste 5a quando o motor 10 for girado em uma primeira direção, girando desta forma a bomba bidirecional 8 na primeira direção 45 e extraindo o fluido por meio da porta 8b a partir do duto 7 e da câmara 3. A bomba 8 também vaza o fluido para dentro do duto 6 e da câmara 2, criando um diferencial de pressão sobre o pistão 4 e fazendo com que ele estenda a haste 5b e retraia a haste 5a.

[43] O pistão 4 se deslocará para a esquerda para retrair a haste 5b eestender a haste 5a quando o motor bidirecional 10 for girado em outra direção, girando desta forma a bomba bidirecional 8 na direção 46 e extraindo o fluido por meio da porta 8a, a partir do duto 6 e da câmara 2. A bomba bidirecional 8 também vaza o fluido para dentro do duto 7 e da câmara 3, criando um diferencial de pressão sobre o pistão 4 e fazendo com que ele retraia a haste 5be estenda a haste 5a.

[44] Novamente, o motor bidirecional de velocidade variável 10 e abomba 8 controlam a velocidade e a força do pistão 4 mudando o fluxo e a pressão que agem sobre o pistão 4, utilizando a retroalimentação do transdutor de posição 40 e/ou dos transdutores de pressão 41 e 42 e, em seguida, fechando o laço do controle ajustando correspondentemente a velocidade do motor 10 e a direção.

[45] Outro modo de realização 130 é mostrado na FIG.5. Estemodo de realização é similar ao modo de realização mostrado na FIG. 2, porém, com uma bomba de três portas 28. Neste modo de realização, a bomba de três portas 28, ao invés da bomba de duas portas 8, é utilizada e a configuração da razão de três portas de entrada e de saída é casada com a razão da área do pistão 4a/4b. A terceira porta 28c da bomba 28 é conectada por um duto 18 ao tanque 14. A bomba 8, o conjunto de pistão 131 e o tanque 14 são conectados por uma pluralidade de dutos de fluxo hidráulico 6, 7, 12, 17 e 18 para formar um sistema de fluido fechado.

[46] O pistão 4 se deslocará para a direita para estender a haste 5quando o motor bidirecional 10 for girado em uma primeira direção, girando desta forma a bomba bidirecional 28 na primeira direção 45 e extraindo o fluido por meio da porta 28b do duto7 e da câmara 8 e por meio da porta 28c do duto 18 e do reservatório 14. A bomba bidirecional 28 também vaza o fluido a partir da porta 28a para dentro do duto 6, fechando a válvula de retenção 9 e desta forma isolando o duto 6 do reservatório 14. O fluido no duto 6 corre para dentro da câmara 2, criando um diferencial de pressão sobre o pistão 4 e fazendo com que ele estenda a haste 5.

[47] O pistão 4 se deslocará para a esquerda para retrair a haste 5quando o motor bidirecional 10 for girado em outra direção, girando desta forma a bomba bidirecional 28 em outra direção 46 e extraindo o fluido por meio da porta 28a do duto 6 e da câmara 2. A bomba bidirecional 28 vaza o fluido a partir da porta 28c para dentro dos dutos 18 e 12 e do reservatório 14 e também vaza o fluido a partir da porta 28b para dentro do duto 7, fechando a válvula de retenção 11 e desta forma isolando o duto 7 do reservatório 14. O fluido no duto 7 corre para dentro da câmara 3, criando um diferencial de pressão sobre o pistão 4 e fazendo com que ele retraia a haste 5.

[48] Novamente, o motor bidirecional de velocidade variável 10 e abomba 8 controlam a velocidade e a força do pistão 4 mudando o fluxo 47 ou 48 e a pressão que agem sobre o pistão 4, utilizando a retroalimentação do transdutor de posição 40 e/ou dos transdutores de pressão 41 e 42 e, sem seguida, fechando o laço do controle ajustando a velocidade do motor 10 e a direção correspondentemente.

[49] As válvulas de retenção 9 e 11 se abrirão para compensar asmudanças do fluido do sistema provocadas pelo vazamento do acionador para o ambiente externo ou o volume do fluido do sistema se modifica em decorrência de mudanças térmicas significativas. Embora não mostrada, uma unidade de filtro pode ser instalada nos dutos de fluido entre a bomba 8 e as câmaras 2 e 3.

[50] O sistema de acionamento 100 traz vários benefícios.Inesperadamente, o sistema 100 provê forças de acionamento que são grandes o bastante para atender às rigorosas demandas de um ambiente submarino e dos sistemas submarinos que exigem padrões rigorosos e níveis de funcionalidade devidos ao perigo de uma liberação descontrolada de óleo ou gás. O sistema 100 permite o acionamento em velocidades variáveis e total controle da localização do acionador dentro da sua faixa de deslocamento. O sistema 100 opera independentemente de um sistema hidráulico ligado à superfície do oceano, sendo um sistema fechado com suprimento hidráulico e transferência de retorno próprios e limitados problemas de contaminação de fluido e vazamentos. A energia não se faz necessária quando o sistema não está em uso, o que melhora a eficiência. O sistema 100 provê também características de segurança que têm um impacto mínimo sobre o custo, o peso e a confiabilidade.

[51] A presente invenção contempla que muitas modificações ealterações podem ser feitas. Desta forma, embora um modo de realização de um sistema submarino de acionamento tenha sido mostrado e descrito nas varias alternativas apresentadas, os especialistas nesta técnica observarão prontamente que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que se afastem do espírito da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema submarino de acionamento de perfuração, produção ou processamento, caracterizado pelo fato de que compreende:um motor elétrico de velocidade variável (10) adaptado para ser alimentado por uma corrente;uma bomba hidráulica reversível de velocidade variável (8, 28) acionada pelo mencionado motor;um conjunto de pistão hidráulico (92, 101, 111, 121, 131) conectado com a mencionada bomba e compreendo uma primeira câmara (2), uma segunda câmara (3) e um pistão (4) separando as mencionadas primeira e segunda câmaras e configurado para acionar uma válvula (91) em um sistema subterrâneo;um reservatório de fluido (14) conectado com a mencionada bomba e com o mencionado conjunto de pistão hidráulico;os mencionados bomba, conjunto de pistão hidráulico e reservatório conectados em um sistema hidráulico substancialmente fechado; eum compensador de pressão (13, 65) configurado para normalizar as diferenças de pressão entre o exterior do sistema hidráulico e o interior do sistema hidráulico.

2. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado por compreender ainda um mecanismo de segurança (98).

3. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de segurança compreende um elemento de mola (36) desviando o mencionado pistão em uma primeira direção.

4. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o mencionado mecanismo de segurança compreende uma válvula de segurança contra falhas (35) entre a mencionada primeira câmara e a mencionada segunda câmara ou entre a mencionada segunda câmara e o mencionado reservatório de fluido e sendo que a mencionada válvula de segurança contra falhas é arranjada para abrir no caso de uma falha de energia para permitir a equalização da pressão do fluido entre as mencionadas primeira e segunda câmaras em cada lado do mencionado pistão.

5. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de segurança compreende um acionador de dois estágios.

6. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um filtro entre a mencionada bomba e o mencionado conjunto de pistão hidráulico.

7. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado motor elétrico compreende um motor DC servo sem escova.

8. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mencionado motor elétrico de velocidade variável é selecionado a partir de um grupo consistindo de um motor de passo, um motor de escova e um motor de indução.

9. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba hidráulica é selecionada a partir de um grupo consistindo de uma bomba de deslocamento fixo, uma bomba de deslocamento variável e uma bomba de três portas.

10. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mencionada bomba compreende uma bomba de duas portas (8) ou uma bomba de três portas (28).

11. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mencionado pistão compreende uma primeira área de superfície exposta à mencionada primeira câmara e uma segunda área de superfície exposta à mencionada segunda câmara.

12. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mencionada primeira área de superfície (4c) é substancialmente igual à mencionada segunda área de superfície (4b).

13. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mencionada primeira área de superfície (4a) é substancialmente diferente da mencionada segunda área de superfície (4b).

14. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mencionado conjunto de pistão hidráulico compreende:um cilindro (1) possuindo uma primeira parede externa (1b), sendo que o mencionado pistão é disposto no mencionado cilindro para um movimento de deslizamento vedado ao longo do mesmo; euma primeira haste de acionador (5) conectada com o mencionado pistão para um movimento com o mesmo e possuindo uma porção penetrando de modo vedante a mencionada primeira parede externa.

15. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o mencionado cilindro possui uma segunda parede externa (1a) e de que o mencionado conjunto de pistão hidráulico compreende uma segunda haste de acionador (5a) conectada com o mencionado pistão para movimento do mesmo e possuindo uma porção penetrando de modo vedante a mencionada segunda parede externa.

16. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mencionada válvula compreende uma válvula de retenção em um obturador de segurança

17. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a mencionada válvula de retenção compreende uma gaveta de corte.

18. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mencionada válvula compreende uma válvula de controle em um sistema de produção e processamento submarino.

19. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compensador de pressão compreende uma membrana (15) no mencionado reservatório de fluido (13).

20. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado compensador de pressão compreende um pistão (67) em um alojamento (66).

21. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mencionada válvula está em um conjunto selecionado a partir de um grupo consistindo de uma válvula de segurança contra falhas submarina, uma árvore de natal de produção submarina ou um sistema de cabeça de poço, um sistema submarino de processamento ou de separação, um sistema submarino de interligação, um sistema submarino de escora, um módulo submarino de flutuação e um sistema submarino de distribuição.

22. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda válvulas de bloqueio operacionalmente arranjadas para isolar seletivamente a mencionada bomba das mencionadas primeira e segunda câmaras.

23. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado por compreender ainda um sensor de posição (40) configurado para captar a posição do mencionado pistão.

24. Sistema submarino de acionamento de acordo com a reivindicação 1, e caracterizado por compreender ainda um sensor de pressão (41, 42) configurado para captar a pressão nas mencionadas primeira e segunda câmaras.