BR112014005432B1 - dispositivo de torque para uso no campo petrolífero e método de operação para o mesmo - Google Patents

Abstract

"DISPOSITIVO DE TORQUE PARA USO NO CAMPO PETROLÍFERO E MÉTODO DE OPERAÇÃO PARA O MESMO". A presente invenção refere-se a um dispositivo de torque (1) e método operacional para uso no campo petrolífero incluindo primeiro membro de dispositivo de torque (10) possuindo eixo operacional (34) de rotação, em que primeiro atuador de torque (42) é pivotantemente conectado ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) em primeira distância radial (46) a partir de linha central (48) do primeiro membro de dispositivo de torque (10), em que haste (50) ou segundo atuador de torque (66) é pivotantemente conectado ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) em segunda distância radial (54) estendendo-se na direção oposta em relação à primeira distância radial a partir da linha central (48), em que primeiro atuador de torque (42) é pivotantemente conectado à primeira porção (56) de suporte de atuador (58), em que haste (50), alternativamente segundo atuador de torque (66), é pivotantemente conectado à segunda porção (60) do suporte de atuador (66), em que suporte de atuador (66) é radialmente móvel em relação ao eixo operacional (34), mas é restringido de girar em um plano (XY), perpendicular ao eixo operacional (34).

Description

Campo da Invenção

[001] É fornecido um dispositivo de torque para uso no campopetrolífero e método de operação para o mesmo. Mais precisamente, é fornecido um dispositivo de torque para uso no campo petrolífero e método de operação para o mesmo, em que o dispositivo de torque inclui um primeiro membro de dispositivo de torque que tem um eixo de operação de rotação, e em que um primeiro atuador de torque é conectado pivotamente ao primeiro membro de dispositivo de torque em uma primeira distância radial a partir de uma linha central do primeiro membro de dispositivo de torque. Também é fornecido um método para operação de um dispositivo de torque para uso no campo petrolífero.

[002] Neste documento, que é relacionado aos métodos eequipamentos do campo petrolífero onshore e offshore, a palavra tubo é usada para descrever elementos alongados em geral. Dependendo da operação em questão, o elemento alongado pode ser tubular ou não tubular, uma ferramenta ou qualquer item relacionado que está associado com uma ligação de ferramentas.

Antecedentes da Invenção

[003] Um dispositivo de torque alimentado típico usado paraconstituir ou quebrar conexões de tubo em aplicações relacionadas ao campo petrolífero inclui um par de membros de dispositivo de torque, aqui chamados de "primeiro membro de dispositivo de torque" e "segundo membro de dispositivo de torque", mas muitas vezes referidos como "chave hidráulica" e "chave de suporte". Em uso, a chave hidráulica gira um primeiro tubo em relação a um segundo tubo, enquanto a chave de suporte mantém o segundo tubo relativamente estacionário. Cada uma destas chaves tem uma fenda para receber seu tubo respectivo. Tipicamente, cada uma dessas chaves tem um conjunto de corpos de fixação que inclui matrizes de fixação para engatar o tubo quando o tubo é recebido na fenda de chave.

[004] Em alguns dispositivos de torque alimentados, o torqueaplicado ao primeiro tubo pela chave hidráulica é derivado a partir de um par de atuadores hidráulicos de tração e compressão. Estes dispositivos de torque alimentados tipicamente impõem cargas de cisalhamento significativas na conexão do tubo como resultado de desequilíbrio de força de tração e compressão inerente dos atuadores hidráulicos de tração e compressão e excentricidade das chaves hidráulicas e de suporte induzidas pelo erro de fixação de chave. Essas cargas de cisalhamento podem contribuir para a constituição imprópria de conexões de tubo. Nestes dispositivos de torque alimentados, cargas laterais sobre os fios da conexão de tubo podem mudar o atrito na conexão de tubo e causar algum grau de mascaramento de torque. Aqui, o termo "mascaramento de torque" refere-se a qualquer coisa que faz com que a leitura do torque a partir do dispositivo de torque alimentado se desvie do torque real experimentado pela conexão de tubo.

[005] Em alguns dispositivos de torque alimentados, orientaçãomecânica é usada entre as chaves hidráulicas e de suporte para assegurar que a chave de suporte e a chave hidráulica tenham um eixo de rotação de tubo comum enquanto a chave hidráulica está girando. A orientação normalmente assume a forma de um sistema de anéis de guia concêntricos a um eixo de tubo teórico e disposto entre a chave de suporte e a chave hidráulica e/ou entre a chave hidráulica e uma estrutura externa. O sistema de guia da técnica atual normalmente trabalha durante a aplicação de torque quando ambas as chaves hidráulicas e de suporte estão fixadas aos tubos e durante a rotação de não torque quando a chave hidráulica não está fixada a um tubo. Nestes dispositivos de torque alimentados, o desvio central de fixação entre as chaves hidráulicas e de rotação pode causar mascaramento de torque. Especificamente, se o desvio central de fixação excede a folga do anel de guia, alguma porção da força de fixação será transferida para as superfícies do anel de guia. O atrito resultante durante a rotação da chave hidráulica vai então funcionar como um freio de tambor que conduz a um torque aparente maior do que o torque real.

[006] Erros na leitura de torque podem tornar difícil a constituiçãode conexões de tubo com precisão, particularmente em aplicações onde as conexões de tubos devem ser feitas com o torque em uma largura de banda de torque estreita.

[007] O objetivo da invenção é remediar ou reduzir pelo menosuma das desvantagens da técnica anterior.

[008] O objetivo é alcançado de acordo com a invenção emvirtude das características descritas na descrição que se segue e nas reivindicações subsequentes.

Breve Descrição da Invenção

[009] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, éfornecido um dispositivo de torque para uso no campo petrolífero que inclui um primeiro membro do dispositivo de torque que tem um eixo de rotação operacional de rotação, e em que um primeiro atuador de torque está conectado pivotamente ao primeiro membro do dispositivo de torque a uma primeira distância radial a partir de uma linha central do primeiro membro do dispositivo de torque, em que uma haste ou um segundo atuador de torque é conectado pivotamente ao primeiro membro do dispositivo de torque a uma segunda distância radial que se estende na direção oposta em relação à primeira distância radial a partir da linha central, e em que o primeiro atuador de torque é conectado pivotamente a uma primeira porção de um suporte de atuador, e em que a haste, alternativamente o segundo atuador de torque, está conectada pivotamente a uma segunda porção do suporte de atuador, e em que o suporte do atuador pode ser movido radialmente em relação ao eixo de operação, mas é restringido de girar em um plano que é perpendicular ao eixo de operação.

[0010] A suspensão do dispositivo de torque torna o primeiromembro do dispositivo de torque substancialmente livre para deslizar em um plano perpendicular ao eixo de operação.

[0011] Quando ligado a um tubo que é fixado na direção radial, oeixo de operação coincide com um eixo de comprimento do tubo. O primeiro membro do dispositivo de torque gira com o tubo. Se o dispositivo de torque está equipado com o primeiro atuador de torque e a haste, o suporte de atuador pode, enquanto o primeiro dispositivo de torque pivota com o tubo, se mover na direção ou para longe do eixo de operação.

[0012] Se o dispositivo de torque tem o primeiro atuador de torquee o segundo atuador de torque, em que um se estende enquanto o outro se contrai a velocidades aproximadamente iguais durante o pivotamento do primeiro membro do dispositivo de torque, o suporte de atuador pode ser substancialmente estacionário. Qualquer discrepância na velocidade entre os dois atuadores de torque resulta em um movimento do suporte de atuador na direção ou para longe do eixo de operação.

[0013] Os atuadores podem ser de qualquer forma úteis, tais comohidráulicos, pneumáticos e elétricos.

[0014] O primeiro atuador de torque e a haste, alternativamente osegundo atuador de torque, podem na primeira porção respectiva da segunda porção do suporte de atuador estar conectados pivotamente ao suporte de atuador sobre um eixo de suporte que se une à primeira porção e à segunda porção.

[0015] Embora apenas pequenos movimentos do primeiro membrodo dispositivo de torque estejam contemplados ao longo do eixo de operação, os atuadores de torque e a haste são, portanto, livres para inclinar em torno do eixo de suporte que se une à primeira porção e à segunda porção.

[0016] O primeiro membro do dispositivo de torque pode ser ligadoa um segundo membro do dispositivo de torque compartilhando o eixo de operação. O primeiro membro do dispositivo de torque pode ser uma chave hidráulica, enquanto o segundo membro de dispositivo de torque pode ser uma chave de suporte.

[0017] O suporte de atuador pode ser conectado ao segundomembro do dispositivo de torque.

[0018] O suporte de atuador pode ser conectado pivotamente aosegundo membro do dispositivo de torque em torno de um eixo de pivô que tem uma direção para permitir que o suporte de atuador seja pivotável para e a partir do eixo de operação.

[0019] Os dois membros do dispositivo de torque podem, assim,ser operacionais como um par, uma vez que o segundo membro do dispositivo de torque forma uma base para o suporte de atuador e, assim, para o primeiro membro do dispositivo de torque.

[0020] O primeiro atuador de torque pode ser conectado a umcorpo do membro do dispositivo de torque do primeiro membro de torque por um primeiro fixador de atuador.

[0021] A haste, alternativamente o segundo atuador de torque,pode ser conectada a um corpo do membro do dispositivo de torque do primeiro membro do torque por um segundo fixador de atuador.

[0022] O comprimento dos fixadores de atuador tem de seradaptado ao comprimento dos atuadores e ao comprimento entre a primeira e a segunda porções do suporte de atuador.

[0023] A primeira porção e a segunda porção do suporte deatuador podem ser posicionadas na mesma altura na direção do eixo de operação.

[0024] O primeiro atuador de torque pode, pelo menos sobre partede sua faixa de trabalho, ser paralelo com a haste, alternativamente com o segundo atuador de torque.

[0025] De acordo com um segundo aspecto da invenção, éfornecido um método de operação de um dispositivo de torque para uso no campo petrolífero que inclui um primeiro membro do dispositivo de torque que tem um eixo de operação de rotação, e em que um primeiro atuador de torque é conectado pivotamente ao primeiro membro do dispositivo de torque em uma primeira distância radial a partir de uma linha central do primeiro membro do dispositivo de torque, em que o método inclui ainda: - conectar uma haste ou de um segundo atuador de torque ao primeiro membro do dispositivo de torque a uma segunda distância radial que se estende na direção oposta em relação à primeira distância radial a partir da linha central; - conectar pivotamente o primeiro atuador de torque a uma primeira porção do suporte de atuador; - conectar pivotamente a haste, alternativamente o segundo atuador de torque, a uma segunda porção do suporte de atuador; e - deixar o suporte de atuador se mover radialmente em relação ao eixo de operação, mas restringindo o suporte de atuador de girar em um plano que é perpendicular ao eixo de operação.

[0026] O método pode ainda incluir conectar pivotamente oprimeiro atuador de torque na primeira porção do suporte de atuador, e a haste, alternativamente o segundo atuador de torque, para a segunda porção do suporte do atuador em torno de um eixo de suporte que une a primeira parte e a segunda porção.

[0027] O método pode ainda incluir conectar o primeiro membro dodispositivo de torque a um segundo membro do dispositivo de torque que compartilha o eixo de operação.

[0028] O método pode ainda incluir conectar o suporte de atuadorao segundo membro do dispositivo de torque.

[0029] O método pode ainda incluir conectar pivotamente osuporte de atuador ao segundo membro do dispositivo de torque em torno de um eixo de pivô que tem uma direção para permitir que o suporte de atuador seja articulável para e a partir do eixo de operação.

[0030] O método pode ainda incluir o posicionamento da primeiraporção e da segunda porção do suporte de atuador na mesma altura relativamente ao eixo de operação.

[0031] O dispositivo e o método de acordo com a invenção tornampossível o giro do primeiro tubo sem induzir forças laterais. Forças laterais como induzidas por ferramentas da técnica anterior devido às suas conexões lateralmente fixadas, tendem a definir forças de atrito adicionais nas roscas, mascarando ou atrapalhando as leituras de torque para a conexão de ligação de ferramenta rosqueada.

Breve Descrição das Figuras

[0032] A seguir, um exemplo de um dispositivo preferido e métodoé explicado sob referência aos desenhos em anexo, em que: Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um dispositivo de torque de acordo com a invenção; Figura 2 mostra uma seção I-I na figura 1; Figura 3 mostra uma seção II-II na figura 2; Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de um dispositivo de torque em uma modalidade diferente; Figura 5 mostra uma vista lateral de uma almofada de suporte; Figura 6 mostra uma vista em perspectiva do dispositivo de torque na figura 4 onde diferentes graus de liberdade são indicados; Figura 7 mostra um circuito de controle hidráulico para o dispositivo de torque. Figura 8 mostra o circuito de controle da figura 7 em modo de constituição de torque normal; Figura 9 mostra o circuito de controle da figura 7 em modo de constituição de torque alto; Figura 10 mostra uma vista lateral do dispositivo de torque; Figura 11 mostra o mesmo que na figura 1, mas com o primeiro membro do dispositivo de torque e os atuadores de torque removidos; Figura 12 mostra uma vista em perspectiva a partir de um lado inferior do primeiro membro do dispositivo de torque; Figura 13 mostra uma seção X-X na figura 10. Figura 14 mostra o mesmo que na figura 13, mas com os corpos de fixação ativados; Figura 15 mostra o mesmo que na figura 13, mas com o primeiro membro do dispositivo de torque a um ângulo diferente de rotação; Figura 16 mostra uma vista em perspectiva de um primeiro corpo de fixação com um retentor de matriz compatível; Figura 17 mostra uma seção do sistema de retentor de matriz compatível em outra modalidade; Figura 18 mostra uma vista em perspectiva de um retentor de matriz; Figura 19 mostra uma seção com o retentor de matriz na figura 18 em um sistema de retentor de matriz em ainda outra modalidade; Figura 20 mostra uma matriz de fixação em um acoplamento de deslocamento com o primeiro tubo; Figura 21 mostra um esboço de um primeiro tubo em diferentes posições relativas ao primeiro membro do dispositivo de torque; Figura 22 mostra um gráfico da proporção de diferentes distâncias de percurso do corpo de fixação; Figura 23 mostra um diagrama simplificado do controle de velocidade; Figura 24 mostra um esboço de posições resultantes de tubos diferentes no primeiro membro do dispositivo de fixação como um resultado da compensação passiva; Figura 25 mostra em uma escala maior uma vista em perspectiva de uma disposição de pino de fixação; Figura 26 mostra o mesmo que na figura 2, mas com os corpos de fixação em uma posição engatada ativa; Figura 27 mostra um gráfico em que a mudança no torque é representada contra um ângulo de rotação do dispositivo de torque; Figura 28 mostra detalhes sobre um primeiro e um segundo tubos; Figura 29 mostra um desenho de princípio de um localizador de ligação de ferramenta; Figura 30 mostra um gráfico em que a posição da ponta é representada contra uma distância axial; Figura 31 mostra um desenho de princípio de umlocalizador de ligação de ferramenta em outra modalidade; Figura 32 mostra um desenho de princípio de umlocalizador de ligação de ferramenta em ainda outra modalidade; e Figura 33 mostra um diagrama de blocos relacionado a um sistema de contagem de tubos.

Descrição Detalhada da Invenção

[0033] Deve-se notar que as figuras, a fim de melhor descrever as características da invenção, em geral, apenas mostram características necessárias para a descrição. Isto implica que uma série de itens necessários, tais como acessórios, fontes de alimentação, cabos de controle e equipamentos não são mostrados. Estes itens e suas funções são, no entanto, conhecidos por uma pessoa versada na técnica.

[0034] Nas figuras, o número de referência 1 denota umdispositivo de torque alimentado para constituir ou quebrar uma ligação de ferramenta de conexão 2 entre um primeiro tubo 4 e um segundo tubo 6. O dispositivo de torque 1, ver figura 1, inclui um primeiro membro do dispositivo de torque 10 que tem um corpo do membro do dispositivo de torque 12.

[0035] O corpo do membro do dispositivo de torque 12 é, nestamodalidade, constituído por uma parte superior 14 e uma parte inferior 16, onde ambas as partes 14, 16 têm de fendas em forma de "U" 18 para colocar o primeiro tubo 4. As partes superior e inferior 14, 16 estão afastadas e unidas por peças laterais 20. Superior e inferior referem-se à posição de operação do dispositivo de torque 1.

[0036] O primeiro membro do dispositivo de torque 10 tem trêscorpos de fixação 22, 24, 26 que são projetados para se deslocarem entre uma posição passiva retraída, em que os corpos de fixação 22, 24, 26 são desengatados do primeiro tubo 4, e uma posição estendida ativa, em que os corpos de fixação 22, 24, 26 estão em contato com o primeiro tubo 4. Desses corpos de fixação 22, 24, 26, o primeiro corpo de fixação 22 inclui uma extensão do braço de fixação 27 que depende de um primeiro pino de fixação 28, ver figura 2, o segundo corpo de fixação 24 inclui uma extensão do braço de fixação 29 que depende de um segundo pino de fixação 30, enquanto que o terceiro corpo de fixação 26 é linearmente móvel em uma guia 32, ver figura 3. Os pinos de fixação 28, 30 são, nesta modalidade, fixados ao corpo do membro do dispositivo de torque 12.

[0037] Um sistema de coordenadas XYZ é mostrado na figura 1. Oeixo Z é ortogonal ao plano XY. O dispositivo de torque 1 tem um eixo de operação de rotação 34 que se estende na direção Z. O eixo de operação 34 coincide normalmente com um eixo central do primeiro tubo 4 quando o dispositivo de torque 1 é fixado no primeiro tubo 4.

[0038] O primeiro corpo do membro do dispositivo de torque 12,que é suportado por uma estrutura que não é mostrada, é substancialmente livre para deslizar, ou pode deslizar no plano XY.

[0039] Quando visto a partir do lado oposto em relação à fenda emforma de "U" 18, ver figura 2, o primeiro corpo de fixação 22 éposicionado no lado esquerdo do eixo de operação 34, o segundo corpo de fixação 24 está posicionado sobre o lado direito do eixo de operação 34, enquanto que o terceiro corpo de fixação 26 está posicionado entre o primeiro e o segundo corpos de fixação 22, 24. Os corpos de fixação 22, 24, 26 são aqui móveis no interior do corpo do membro do dispositivo de torque 12 em um plano paralelo ao plano XY.

[0040] Os primeiro, o segundo e o terceiro corpos de fixação 22,24, 26 são acoplados a e movidos por um primeiro atuador de fixação 36, um segundo atuador de fixação 38 e um terceiro atuador de fixação 40, respectivamente. Os atuadores de fixação 36, 38, 40 são encaixados na parte lateral 20 do corpo do membro do dispositivo de torque 12 e estão conectados aos seus respectivos corpos de fixação 22, 24, 26 por apoios intermediários 43.

[0041] Um primeiro atuador de torque 42 está conectadopivotamente ao primeiro membro do dispositivo de torque 10 em uma primeira fixação do atuador 44 e a uma primeira distância radial 46 a partir de uma linha central 48 do primeiro membro do dispositivo de torque 10. Quando o primeiro torque dispositivo de torque 10 está na sua posição média, a linha central 48 está p paralela com a direção X. Uma haste 50 é conectada pivotamente ao primeiro membro do dispositivo de torque 10 em uma segunda fixação do atuador 52 em uma segunda distância radial 54 a partir da linha central 48. A primeira e a segunda distâncias radiais 46, 54 estão em lados opostos em relação à linha central 48. As conexões do primeiro atuador de torque 42 e da haste 50 na primeira fixação do atuador 44 e na segunda fixação do atuador 52 podem respectivamente estar na forma de conexões tipo bola como frequentemente usado nos atuadores.

[0042] O primeiro atuador 42 também está conectado pivotamentea uma primeira porção 56 de um suporte de atuador 58, enquanto a haste 50 está conectada pivotamente a uma segunda porção 60 do suporte de atuador 58. A primeira e a segunda porções 56, 60 do suporte de atuador 58 estão aqui em forma de garfo.

[0043] Como mostrado na figura 2 existe uma folga variável 62entre o terceiro atuador de fixação 40 e o suporte de atuador 58.

[0044] O suporte de atuador 58 é móvel na direção X, que é adireção radial em relação ao eixo de operação 34 do primeiro membro do dispositivo de torque 10. O suporte de atuador 58 está, no entanto, restringido de girar no plano XY, que é perpendicular ao eixo de operação 34.

[0045] Na figura 1, o suporte de atuador 58 é mostrado móvel emum membro de guia 64 que é fixado a uma estrutura não mostrada.

[0046] Durante operações normais, a linha central 48 éperpendicular ao eixo de operação 34. Devido a uma possível posição de fixação imperfeita do primeiro tubo 4 em relação ao primeiro membro do dispositivo de torque 10, o eixo de operação 34 pode ou não interceptar a linha central 48.

[0047] Quando um torque é para ser aplicado ao primeiro tubo 4, oprimeiro tubo 4 é posicionado na fenda em forma de "U" 18 do primeiro membro do dispositivo de torque 10. Os corpos de fixação 22, 24, 26 são movidos pelos seus respectivos atuadores de fixação 36, 38, 40 para as suas posições ativas engatando o primeiro tubo 4. Na medida em que o primeiro membro do dispositivo de torque 10, antes de ser fixado ao primeiro tubo 4, além de ser conectado com o primeiro atuador de torque 42 e a haste 50, está livre para se mover no plano XY, o primeiro membro do dispositivo de torque 10 irá, quando os corpos de fixação 22, 24, 26 engatarem no primeiro tubo 4, posicionar- se no primeiro tubo 4, o eixo central do primeiro tubo 4, assim, se tornando o eixo de operação 34 do dispositivo de torque 1.

[0048] Na modalidade mostrada na figura 1, o segundo tubo 6 éfixado a uma estrutura não mostrada, pelo menos, nas direções perpendiculares ao eixo de operação 34. À medida que o primeiro atuador 42 se estende ou se retrai, um torque é configurado no primeiro tubo 4 sobre o eixo de operação 34. O suporte de atuador 58 é movido pela haste 50 na direção X, que está na direção radial em relação ao eixo de operação 34, estabelecendo assim um torque no primeiro tubo 4 sem induzir forças radiais no primeiro tubo 4 no plano XY.

[0049] Em uma modalidade alternativa, a haste 50 pode sertrocada por um segundo acionador de torque 66, conforme mostrado na figura 4.

[0050] Como mostrado na figura 4, o dispositivo de torque 1 incluio primeiro membro do dispositivo de torque 10 e um segundo membro do dispositivo de torque 68, que está posicionado abaixo do primeiro membro do dispositivo de torque 10.

[0051] O segundo membro do dispositivo de torque 68 é similarem design para o primeiro membro do dispositivo de torque 10 e inclui um corpo do membro do dispositivo de torque 70 com uma parte superior 72.

[0052] Uma forquilha 74 estende-se na direção X a partir dosegundo membro do dispositivo de torque 68 e abaixo do suporte de atuador 58. O suporte de atuador 58 é conectado à forquilha 74 através de um rolamento de pivô 74 que pivota em torno de um eixo de pivô 77 que é paralelo à direção Y. O suporte de atuador 58 pode pivotar livremente no rolamento de pivô 76 para mover-se na direção radial para e a partir do primeiro membro do dispositivo de torque 10, ver figuras 10 e 11, em que o primeiro membro do dispositivo de torque 10 e os atuadores de torque 42, 66 não são mostrados.

[0053] Na modalidade mostrada na figura 4, a primeira porção 56e a segunda porção 60 do suporte de atuador 58 são conectadas pivotamente ao suporte de atuador 58 e podem pivotar em torno de um eixo de suporte 78 que se estende entre a primeira e a segunda porções 56, 60. O eixo de suporte 78 é paralelo com a direção Y. A primeira e a segunda porções 56, 60 são, portanto, livres para pivotar em torno do eixo de suporte 78, quando o suporte de atuador 58 pivota em torno do rolamento de pivô 76. A primeira e a segunda porções 56, 60 podem, alternativamente, ser formadas como conexões de cardã ou gimbal não mostradas.

[0054] Se o dispositivo de torque 1 é para ser utilizado para aconstituição da ligação de ferramenta 2, ver figura 1 e 4, o segundo membro do dispositivo de torque 68 é fixado ao segundo tubo 6, e o primeiro membro do dispositivo de torque 10 é fixado ao primeiro tubo 4. Se o primeiro atuador 42 se estende na mesma taxa que o segundo atuador de torque 66 se retrai, o suporte de atuador 58 irá permanecer estacionário durante a aplicação de um torque para a ligação de ferramenta 2. Qualquer discrepância na taxa de movimento entre os dois atuadores de torque 42, 66 irá resultar em um movimento do suporte de atuador 58 no membro de guia 64, respectivamente, em torno do rolamento de pivô 76 e do eixo de pivô 77. Assim, o suporte de atuador 58 é móvel para evitar que as forças radiais sejam aplicadas a tubos 4, 6, permitindo que apenas o torque seja aplicado aos tubos 4, 6.

[0055] A figura 5 mostra uma almofada de suporte 80 que sedestina a permitir que o primeiro membro do dispositivo de torque superior 10 deslize livremente em relação ao segundo membro do dispositivo de torque inferior 68, bem como para permitir que o primeiro e o segundo membros do dispositivo de torque 10, 68 se movam em relação uns aos outro uma distância física à medida que os tubos 4, 6 são aparafusados em conjunto através do ângulo de rotação do primeiro membro do dispositivo de torque superior 10.

[0056] A almofada de apoio 80 inclui uma camada de topo 82 euma camada de fundo 84. A camada de topo 82 pode ser laminada para a camada de fundo 84 através de quaisquer meios apropriados, tais como, mas não limitados a, colagem. A almofada de suporte 80 pode ter uma forma de disco. A camada de topo 82 é a camada que está em contato com o primeiro membro do dispositivo de torque 10. A camada de topo 82 é feita de um baixo atrito, de material resistente ao desgaste, o que iria permitir que o primeiro membro do dispositivo de torque 10 deslize livremente em relação ao segundo membro do dispositivo de torque 68. A camada de fundo 84 é a camada que está em contato com a parte superior 72 do segundo corpo do membro do dispositivo de torque 70.

[0057] A camada de fundo 84 é feita de um material de molacomprimível que permite que uma pequena quantidade de compressão sem deformação permanente, a fim de manter um movimento relativo ao longo do eixo de operação 34 entre o primeiro membro do dispositivo de torque 10 e o segundo membro de dispositivo de torque 68. O material da camada de fundo 84 é comprimido contra o segundo membro do dispositivo de torque 68 ao peso do primeiro membro do dispositivo de torque 10 e pelo primeiro membro do dispositivo do torque se movendo a uma distância física, não mostrada, enquanto está sendo girado através de um ângulo de rotação para constituir uma ligação de ferramenta de conexão 2. A compressibilidade do material da camada de fundo 84 é escolhida para suportar o primeiro membro do dispositivo de torque 10 a uma distância suficiente acima do segundo membro do dispositivo de torque 68 e para permitir movimento suficiente do primeiro membro do dispositivo de torque 10 ao longo do eixo de operação 34 enquanto constitui uma ligação de ferramenta de conexão 2, impedindo desse modo outro contato físico entre o primeiro membro do dispositivo de torque 10 e o segundo membro do dispositivo de torque 68.

[0058] Possíveis movimentos do primeiro membro do dispositivode torque 10 estão indicados na figura 6. Uma seta indica a posição de rotação 86 do primeiro membro do dispositivo de torque 10 sobre o eixo de operação 34, setas indicam os movimentos possíveis 88 do primeiro membro do dispositivo de torque 10 no plano XY, as setas mostram o movimento do suporte do atuador possível 90 do suporte do atuador 58 sobre o eixo de pivô 77. Setas mostram atuadores de torque 42, 66, movimentos de pivô 92 em suas respectivas conexões.

[0059] O dispositivo de torque 1 pode ser controlado por umcircuito de alimentação 100, como mostrado na figura 7.

[0060] O primeiro atuador de torque 42 mostrado na figura 7 temuma primeira câmara positiva 102 e uma primeira câmara negativa 104. O segundo atuador de torque 66 apresenta uma segunda câmara positiva 106 e uma segunda câmara negativa 108.

[0061] Quando o fluido hidráulico é fornecido às câmaras positivas102, 106, os respectivos atuadores de torque 42, 66 se estendem, ao mesmo tempo que eles se retraem se o fluido hidráulico é fornecido às câmaras negativas 104, 108.

[0062] Fluido hidráulico pressurizado é na forma normal fornecidoà porta da bomba P (porta P) de uma válvula de direção 110, e fluido hidráulico é drenado da válvula de direção 110 através de uma porta de drenagem T (porta T). A primeira linha positiva 112 se conecta uma porta de constituição (M) na válvula de direção 110 para a primeira câmara positiva 102 e para uma primeira válvula que pode ser fechada 114. Uma segunda linha positiva 116 se conecta a uma porta de quebra B (porta B) da válvula de direção 110 para a segunda câmara positiva 106 e para uma segunda válvula que pode ser fechada 118. A primeira linha negativa 120 se conecta à primeira câmara negativa 104 com uma terceira válvula que pode ser fechada 122 e a segunda válvula que pode ser fechada 118. Uma segunda linha negativa 124 se conecta à segunda câmara negativa 108 com a primeira e a terceira válvulas 114, 122 que podem ser fechadas.

[0063] O dispositivo de torque 1 tem dois modos de operação: ummodo normal e um modo de torque elevado. Ao constituir uma ligação de ferramenta 2 em modo normal, ver figura 8, a válvula de direção 110 é ativada para fluir fluido hidráulico pressurizado através da porta M e através da primeira linha positiva 112 para a primeira câmara positiva 102 do primeiro atuador de torque 42. A primeira válvula que pode ser fechada 114 está fechada. À medida que o primeiro atuador de torque 42 está se estendendo, o fluido presente na primeira câmara negativa 104 está fluindo através da primeira linha negativa 120, a terceira válvula que pode ser fechada 122 e a segunda linha negativa 124 para a segunda câmara negativa 108. A segunda válvula que pode ser fechada 118 está fechada.

[0064] O fluxo a partir da primeira câmara negativa 104 para asegunda câmara negativa 108 faz com que o segundo atuador de torque 66 se retraia. À medida que o segundo atuador de torque 66 se retrai, fluido a partir da segunda câmara positiva 106 flui através da segunda linha positiva 116 para a porta B e, em seguida, para a porta T da válvula de direção 110.

[0065] Em uma modalidade, ver a figura 7, a porta da bomba P daválvula de direção 110 está conectada a uma válvula reguladora de pressão 126.

[0066] Ao constituir uma ligação de ferramentas 2 em modo detorque elevado, ver figura 9, a válvula de direção 110 é ativada para fluir fluido hidráulico pressurizado através da porta M e através da primeira linha positiva 112 para a primeira câmara positiva 102 do primeiro atuador de torque 42. A primeira válvula que pode ser fechada 114 está fechada. À medida que o primeiro atuador de torque 42 está se estendendo, o fluido presente na primeira câmara negativa 104 está fluindo através da primeira linha negativa 120, a segunda válvula que pode ser fechada 118 e a segunda linha positiva 116 para a porta B e, em seguida, para a porta T da válvula de direção 110. A primeira e a terceira válvulas que podem ser fechadas 114 e 122 são fechadas. Nenhum fluido pode fluir a partir da segunda câmara negativa 108. O segundo atuador de torque 66 é, assim, impedido de se estender.

[0067] Os modos de torque normal e alto quando quebram umaligação de ferramenta 2 são similares a aqueles explicados acima para a constituição da ligação de ferramenta. Tais operações podem também ser utilizadas para o movimento ocioso de retorno dos atuadores de torque 42, 66. A tabela 1 mostra as posições de válvula em diferentes modos de operação.

[0068] Como explicado acima, o primeiro dispositivo de torque 10é livre para deslizar no plano XY, enquanto o suporte do atuador 58 pode, de uma forma limitada ilustrada pelo número de referência 90 na figura 6, mover-se livremente em torno do rolamento de pivô 76. Pelo menos um componente deste movimento está na direção X, que está na direção radial em relação ao eixo de operação 34.

[0069] A fim de explicar a diferença de torque entre o modo normale o modo de torque elevado, a operação de constituição da ligação de ferramenta 2 é escolhida. A primeira e a segunda distâncias radiais 46, 54, ver figura 1, são de igual comprimento L. Além disso, a uma determinada pressão de fluido fornecida à primeira câmara positiva 102, a força exercida na direção que se estende do primeiro atuador de torque 42 é F.

[0070] No modo normal, quando o primeiro atuador de torque 42estende-se, o fluido está fluindo a partir da primeira câmara negativa 104 do primeiro atuador de torque 42, e para a segunda câmara negativa 108 do segundo atuador de torque de retração 66. A força nos dois atuadores de torque 42, 66 é igual, mas atuando em direções opostas, a fim de manter o suporte do atuador 58, que é móvel livremente para e a partir do primeiro atuador de torque 42, estacionário. As forças dos dois atuadores de torque 42, 66 formam um par de forças. A pressão hidráulica é compartilhada pelos dois atuadores de torque 42, 66. As forças resultantes que são iguais, mas agindo em direções opostas são iguais a f.

[0071] A força resultante no primeiro atuador de torque 42 étambém igual a F-f. Como os dois atuadores de torque 43, 66 são iguais em dimensões, a força no primeiro atuador de torque 42 é reduzida pela mesma quantidade que é transferida para o segundo atuador de torque 66. Assim, como F-f = f, a força que age em cada atuador de torque 42, 66 no modo normal é a metade que age no primeiro atuador de torque 42 no modo de torque elevado.

[0072] No modo normal de constituição, o torque exercido sobre oprimeiro tubo 4 é a soma da força a partir do primeiro atuador de torque 42 (f=0,5F) multiplicada com a primeira distância radial 46 (L), e a força a partir do segundo atuador de torque 66 (f=0,5F) multiplicada com a segunda distância radial 54 (L). 0,5F*L+0,5F*L = FL

[0073] No modo de torque elevado de constituição, a primeiracâmara negativa 102 é drenada para a porta T. A força do primeiro atuador de torque 42 é F. O segundo atuador de torque 66 é restringido de se mover e a força de reação neste também é F. O torque total agindo no primeiro tubo 4 no modo de torque elevado é, portanto, F*L+F*L = 2FL

[0074] Na mesma pressão do fluido hidráulico, o torque no modode torque elevado é o dobro que no modo normal.

[0075] A "largura de banda" operacional do dispositivo de torque 1é, portanto, aumentada pela utilização do circuito de controle 100.

[0076] O segundo atuador de torque 66, sendo restringido deestender durante constituição de torque elevado, irá mover o suporte do atuador 58 a uma distância durante a operação de torque elevado. Tabela 1

[0077] O dispositivo de torque 1 está equipado com um sistema deguia 130 para alinhar o primeiro membro do dispositivo de torque 10 ao segundo membro do dispositivo de torque 68, ver figura 10. O sistema de guia 130 inclui um anel de guia 132 que é fixo para um dos primeiro ou segundo membros do dispositivo de torque 10, 68. O anel de guia 132 está aqui dividido em uma primeira seção de anel de guia 134, uma segunda seção de anel de guia 136 e uma terceira seção de anel de guia 138, ver a figura 11. As três seções de anéis de guia 134, 136, 138 são aqui posicionadas sobre e fixadas na parte superior 72 do segundo membro do dispositivo de torque 68.

[0078] O sistema de guia 130 inclui ainda um primeiro elemento deguia 140, um segundo elemento de guia 142 e um terceiro elemento de guia 144 que são conectados de forma móvel ao outro dos primeiro ou segundo membros do dispositivo de torque 10, 68, aqui ao primeiro membro do dispositivo de torque 10 e move-se com o seu respectivo corpo de fixação primeiro 22, o segundo corpo de fixação 24 e terceiro corpo de fixação 26, ver figura 12. O terceiro elemento de guia 144 estende-se através de uma fenda alongada 146 na parte inferior 16 do corpo do membro do dispositivo de torque 12. Na figura 13 os corpos de fixação 22, 24, 26 são posicionados nas suas posições retraídas. O primeiro, o segundo e o terceiro elementos de guia 140, 142, 144, que se movem com seus respectivos corpos de fixação 22, 24, 26, estão perto da primeira seção de anel de guia 134, a segunda seção de guia de anel 136 e a terceira seção de anel de guia 138, respectivamente. Os elementos de guia 140, 142, 144 não se retraem o suficiente para, simultaneamente, estarem em contato com suas respectivas seções de anel de guia 134, 136, 138. Apenas dois dos elementos de guia 140, 142, 144 estão em contato com as suas seções do anel de guia 134, 136, 138 em qualquer momento, a fim de evitar as forças de atrito indevidas que se desenvolvem entre os elementos de guia 140, 142, 144 e as suas respectivas seções de anel de guia 134, 136, 138. O centro de rotação, não mostrado, será aproximadamente no centro do anel de guia 132.

[0079] Na figura 14, os corpos de fixação 22, 24, 26 estãoposicionados na sua posição ativa se fixando sobre o primeiro tubo 4. Nesta posição, os elementos de guia 140, 142, 144 são afastados das seções do anel de guia 134, 136, 138. Nenhuma força de fricção pode se desenvolver no sistema de guia 130 quando os corpos de fixação 22, 24, 26 são fixados em e alinhados ao longo do eixo de operação 34.

[0080] Quando os corpos de fixação 22, 24, 26 estão na suaposição retraída, o sistema de guia 130 irá guiar o primeiro e o segundo membros do dispositivo de torque 10, 68 em relação um ao outro durante o curso de retorno do primeiro e do segundo atuadores de torque 42, 66 à medida que a posição de rotação 86 do primeiro membro do dispositivo de torque 10 é alterada, ver figura 15.

[0081] Deve-se notar que as almofadas de suporte 80, bem comoas primeira, segunda e terceira seções de anéis de guia 134, 136, 138, como mostrado nas figuras 13, 14 e 15, são fixadas ao segundomembro do dispositivo de torque 68, ver figura 11, e não são fixadas ao primeiro membro do dispositivo de torque 10, que está mostrado nas figuras 13, 14 e 15. Como o primeiro membro do dispositivo de torque 10 é livre para deslizar no plano XY, o sistema de guia 130 assegura que o primeiro membro do dispositivo de torque 10 é mais ou menos alinhado com o segundo membro do dispositivo de torque 68 quando o primeiro membro do dispositivo de torque 10 é retirado do primeiro tubo 4. Ainda assim, o sistema de guia 130 não é engatado quando os corpos de fixação 22, 24, 26 do primeiro membro dodispositivo de torque 10 estão na sua posição ativa estendida.

[0082] Um retentor de matriz compatível 150 é mostrado na figura16. Uma matriz de fixação 152 está na linha do eixo, que é na direção Z em geral, posicionada de forma móvel em um fixador de fixação 154. Uma ligação em cauda de andorinha 156 é frequentemente utilizada para reter a matriz de fixação 152 ao fixador de fixação 154. O fixador de fixação 154 faz parte do primeiro corpo de fixação 22. Os outros corpos de fixação 24, 26 também podem ser do mesmo design.

[0083] Na figura 16, um retentor de matriz 158 na forma de umcorpo tem uma primeira superfície 160 que se encosta-se à matriz de fixação 152 na sua superfície de extremidade 162. Um corpo elástico 164 na forma de uma banda que é posicionada em uma ranhura 166 no retentor de matriz 158 está inclinando o retentor de matriz 158 na direção da matriz de fixação 152. Uma segunda superfície 168 previne que o retentor de matriz 158 de mover-se fora de posição. Também pode haver um retentor de matriz 158 em uma porção de extremidade oposta da matriz de fixação 152.

[0084] Na figura 17, o retentor de matriz 158 é mostrado em outramodalidade em que o retentor de matriz 158 é posicionado em cada extremidade da matriz de fixação 152. Os retentores de matriz 158 são aqui feitos a partir de material resiliente como borracha ou poliuretano. Na figura 17, os retentores de matriz 158 estão posicionados entre o corpo de fixação 22 e a matriz de fixação 152.

[0085] Em outra modalidade, ver as figuras 18, 19, o retentor dematriz 158 tem a forma de uma placa de mola formada. Uma porção de ranhura 170 está posicionada entre uma primeira porção dobrada 172 e uma segunda porção dobrada 174.

[0086] Como mostrado na figura 19, a primeira porção dobrada172 se encosta na superfície de extremidade 162 da matriz de fixação 152 e a segunda porção dobrada 174 se encosta em uma mangueira 176 do corpo de fixação 22, bem como o fixador de fixação 154.

[0087] O retentor de matriz 158, como mostrado na figura 19, éfuncional em si, mas o corpo elástico 164 pode ser posicionado na porção de ranhura 170 para garantir ainda que o retentor de matriz 158 seja mantido em posição.

[0088] Um batente de extremidade não mostrado pode serfornecido para limitar o movimento da matriz de fixação 152 no fixador de fixação 154.

[0089] Quando uma força está movendo a matriz de fixação 152no fixador de fixação 154, como mostrado na figura 16, o corpo elástico 164 é um pouco esticado. Quando a dita força é removida, o corpo elástico 164 retorna a matriz de fixação 152 para a sua posição inicial.

[0090] Da mesma forma, quando a matriz de fixação 152 é movidaa uma distância 178, ver a figura 17, o material do retentor de matriz 158 é comprimido. A matriz de fixação 152, quando descarregada, retorna para sua posição inicial através da expansão do retentor de matriz 158.

[0091] Como um movimento similar ocorre na modalidademostrada na figura 19, o retentor de matriz 158 é curvado como indicado pelas linhas tracejadas. A matriz de fixação 152, quando descarregada, é devolvida à sua posição inicial pela ação de mola do retentor de matriz 158 e o corpo elástico 164.

[0092] Na figura 20, a matriz de fixação 152 é mostrada em umaposição deslocada engatada em relação ao primeiro tubo 4, resultando em uma distância de deslocamento 180 entre uma linha central 182 da matriz de fixação 152 e o eixo de operação 34 do primeiro tubo 4.

[0093] A figura 21 mostra um esboço do sistema em que oprimeiro corpo de fixação 22 com sua extensão de braço de fixação 27 está articulado sobre o primeiro pino de fixação 28, como mostrado na figura 2. O primeiro tubo 4 é mostrado em três dimensões diferentes como um tubo de diâmetro maior 186, um tubo de diâmetro médio 188 e um tubo de menor diâmetro 190.

[0094] Durante uma operação de fixação, o primeiro corpo defixação 22 e o segundo corpo de fixação 24, ver figura 2, movem-se a partir de lados opostos do primeiro tubo 4 a velocidades iguais. O primeiro tubo 4 é, assim, centrado na linha central 48 independentemente do seu diâmetro quando fixado. Os corpos de fixação 22, 24, 26 incluem a matriz de fixação 152. As posições do primeiro corpo de fixação 22 mostrado na figura 21 são também aplicáveis para o segundo corpo de fixação 24.

[0095] Como a posição do primeiro pino de fixação 28 nestamodalidade é fixa em relação ao primeiro membro do dispositivo de torque 10, a linha central 182 da matriz de fixação 152 intersecta uma posição central do tubo maior 192 em uma posição tangente do tubo maior 194, uma posição central do tubo médio 196 em uma posição tangente do tubo médio 198 e uma posição central do tubo menor 200 em uma posição tangente do tubo menor 202.

[0096] As posições centrais 192, 198, 200 que são diferentescorrespondem ao eixo de operação 34 para o tubo de diâmetro maior 186, o tubo de diâmetro médio 188 e o tubo de diâmetro menor 190, respectivamente.

[0097] O terceiro corpo de fixação 24, ver também figura 2, engatao tubo de diâmetro maior 186 em uma posição de contato do tubo maior 204, o tubo de diâmetro médio 188 em uma posição de contato do tubo médio 206 e o tubo de diâmetro menor 190 em uma posição de contato do tubo menor 208.

[0098] A distância I, II do primeiro e do segundo corpos de fixação22, 24 precisam se mover para atingir o alinhamento dos tubos diferentes 186, 188, 190 são diferentes da distância III, o terceiro corpo de fixação 26 deve se mover. A relação entre as distâncias iguais I, II e a distância III não é linear. No entanto, utilizando uma aproximação de primeira ordem como mostrado na figura 22, a distância de deslocamento 180 é reduzida substancialmente; digamos que por um fator de dez em comparação com um sistema não compensado.

[0099] Na figura 22, a distância de percurso III do terceiro corpo defixação 26 é estabelecida ao longo das abscissas, enquanto que as distâncias iguais de percursos correspondentes I, II dos primeiro e segundo corpos de fixação 22, 24 são estabelecidas ao longo da ordenada. Uma linha 210 mostra a relação entre as distâncias de percurso I, II contra III. A velocidade do percurso dos primeiro e segundo corpos de fixação 22, 24 é ajustada de modo que eles viajam uma primeira e uma segunda distâncias de percurso I, II entre a posição tangente do tubo maior 194 e a posição tangente do tubo menor 202 ao mesmo tempo em que o terceiro corpo de fixação 26 percorre uma terceira distância III entre a posição de contato do tubo maior 204 e a posição de contato do tubo menor 208.

[00100] Como a velocidade de percurso dos corpos de fixação 22, 24, 26 em uma modalidade são constantes, as posições retraídas dos respectivos corpos de fixação 22, 24, 26 estão na linha 210 no uma primeira e uma segunda posições retraídas 212 e uma terceira posição retraída 214, respectivamente. As posições 212 e 214 também estão indicadas na figura 21.

[00101] A figura 23 mostra a unidade hidráulica básica para alcançar a diferença na velocidade de percurso dos cursos de fixação. Os primeiro, segundo e terceiro atuadores de fixação 33, 38, 40, aqui na forma de carneiros hidráulicos, ver figura 2, estão conectados a uma primeira válvula de controle de fluxo 216, uma segunda válvula de controle de fluxo 218 e uma terceira válvula de controlo de fluxo 220, respectivamente. As válvulas de controle de fluxo 216, 218, 220 são projetadas para operar em uma faixa de pressões diferenciais. Dentro dessa faixa, o fluxo é mantido em torno de um valor definido. As válvulas de controle de fluxo 216, 218 são calibradas para o mesmo valor de fluxo, e a terceira válvula de controle de fluxo 220 é calibrada para uma taxa de fluxo menor do que a primeira e a segunda válvulas de controle de fluxo 216, 218. A razão entre o fluxo para o terceiro atuador 40 e o fluxo nos primeiro e segundo atuadores 36, 34 é determinada pela geometria do mecanismo de fixação e dada pela inclinação e forma da linha 210, ver a figura 22. Após as válvulas de fluxo 216, 218, 220 terem sido ajustadas uma vez, elas não precisam de ajuste iminente adicional.

[00102] Como explicado acima, o terceiro corpo de fixação 26 tem de começar na terceira posição retraída 214 que está mais próxima ao primeiro tubo 4 do que os primeiro e segundo corpos de fixação 22, 24 que estão nas primeira e segunda posições retraídas 212.

[00103] As válvulas de fluxo 216, 218, 220 são fornecidas com fluido hidráulico através de uma linha de fornecimento 222 que recebe o fluido através de uma válvula redutora de pressão 224. A sequência de fixação termina quando nenhum fluxo é detectado através da válvula redutora de pressão 224. A pressão ajustada na válvula de redução 224 e presente após as válvulas de controle de fluxo 216, 218, 220 é equivalente à força de fixação desejada.

[00104] Isto permite a detecção de quando o fluxo ainda está atravessando a válvula de redução 224 e, assim, o monitoramento sobre se a fixação terminou ou não. O primeiro tubo 4 será fixado também quando descentralizado em relação ao primeiro membro do dispositivo de torque 10, porque os corpos de fixação 22, 24, 26 continuarão a ser mover até que todos eles façam contato com o primeiro tubo 4. A pressão de ajuste tem de estar acima do valor mínimo para que as válvulas de fluxo 216, 218, 220 estejam dentro da faixa de operação, caso contrário, os corpos de fixação 22, 24, 26 podem se mover em velocidades não previsíveis.

[00105] A figura 24 mostra o resultado da compensação central do tubo passivo utilizando velocidades de curso de fixação diferencial. A posição do centro do tubo maior 192 está mais longe do fundo 226 da fenda em forma de "L" 18, ver também figuras 1 e 2, do que o centro do tubo médio 196. Assim, não há necessidade de retirar a mesma quantidade de material a partir do fundo 226 da fenda em forma de "U" 18, como se o centro do tubo maior 192 tivesse que ser posicionado na mesma posição que o centro do tubo médio 196. Uma linha 228 indica o fundo da fenda em forma de "U" 18 de um sistemadescompensado.

[00106] O sistema é aplicável tanto ao primeiro membro do dispositivo de torque 10 quanto ao segundo membro do dispositivo de torque 68.

[00107] Na figura 25, uma disposição de pino de fixação ajustável é mostrada. Nesta modalidade, o primeiro pino de fixação 28, o qual tem um eixo de pino de fixação 230, é acoplado ao primeiro corpo do membro do dispositivo de torque 12 por meio de rolamentos rotativos 232, aqui na forma de discos. Os rolamentos 232 têm um eixo de rolamento 234 que é excêntrico em relação ao eixo do pino de fixação 230.

[00108] Em uma modalidade, o primeiro pino de fixação 28 tem um fecho 236 que inclui um pino de travamento 238. O pino de travamento 238 pode ser inserido em qualquer uma de uma série de aberturas de travamento 240 no primeiro corpo do membro de dispositivo de torque 12.

[00109] Ao girar o pino de fixação 28 com os rolamentos 232 no primeiro corpo do membro de dispositivo de torque 12, a posição do primeiro corpo de fixação 22 em relação ao primeiro membro do dispositivo de torque 10 pode ser ajustada, ver figura 26.

[00110] Na figura 26, um primeiro tubo 4 de um diâmetro que corresponde ao tubo de diâmetro menor 190 nas figuras 21 e 24 é posicionado no primeiro membro do dispositivo de torque 10.

[00111] A linha central 182 da matriz de fixação 152 no segundo corpo de fixação 24 tem uma distância de deslocamento 180 em relação à posição central do tubo menor 200 que corresponde com eixo de operação 34.

[00112] Rodando o primeiro pino de fixação 28 através de um ângulo 242, como mostrado no lado esquerdo da figura 26, a linha central 182 do fixador 152 no primeiro corpo de fixação 22 está alinhada com o centro 200 do tubo de diâmetro menor 190.

[00113] Uma seta 244 mostra a presente posição relativa doprimeiro pino de fixação 28.

[00114] O sistema é aplicável tanto ao primeiro membro dodispositivo de torque 10 quanto ao segundo membro do dispositivo de torque 68.

[00115] Em uma modalidade mostrada na figura 6, o primeiro atuador de torque 42 está equipado com um primeiro sensor de posição 250 que é projetado para dar um sinal que reflete a posição de curso do primeiro atuador de torque 42. O segundo atuador de torque 66 está equipado com um segundo sensor de posição 252. O suporte do atuador 58 tem um sensor de posição do suporte do atuador 254.

[00116] Em uma modalidade, um sensor de posição 255 pode estar sem contato em relação ao primeiro membro do dispositivo de torque 10.

[00117] O primeiro atuador de torque 42 tem um primeiro sensor de força 256 que é projetado para dar um sinal que reflete a força exercida pelo primeiro atuador de torque 42. Em uma modalidade em que o primeiro atuador de torque é eletricamente, o primeiro sensor de força 256 pode ser posicionado na primeira porção 56 do suporte de atuador 58; em alternativa, ele pode medir a potência. Em uma modalidade em que o primeiro atuador de torque 42 é acionado por fluido, o primeiro sensor de força 256 pode estar na forma de um sensor de pressão de fluido. A força pode ser então calculada.

[00118] Da mesma forma, o segundo atuador de torque 66 tem um segundo sensor de força 258.

[00119] Em uma modalidade, o torque pode ser medido através da utilização de um terceiro sensor de força 259 posicionado no suporte do atuador 58.

[00120] Os sensores 250, 252, 254, 255, 256, 256, 258 e 259 podem ser de qualquer design adequado como conhecido por uma pessoa versada na técnica.

[00121] Os sensores 250, 252, 254, 256, 256, 258 e 259 sãoconectados a um sistema de controle de torque 260 pelos fios 262.

[00122] O sistema de controle de torque 260 está programado para calcular dados de torque ou torque de giro. Os dados de torque de giro são determinados relacionando um valor de torque à posição de giro real do primeiro membro do dispositivo de torque (10). Assim, é possível relacionar o torque real exercido sobre o primeiro tubo 4 pelo primeiro membro do dispositivo de torque 10 à posição de rotação real 86 do primeiro membro do dispositivo de torque 10.

[00123] Em uma modalidade, o sistema de controle de torque 260 é equipado com uma memória 264 para armazenar, pelo menos, a dita informação.

[00124] Como o primeiro membro do dispositivo de torque 10 altera a sua posição de rotação 86, ver figura 15, o comprimento de um braço de binário 266 entre o eixo de operação 34 e uma linha central dos primeiro e segundo atuadores 42, 66 se altera. O comprimento do braço de binário 266 varia aproximadamente sinusoidal como indicado por uma curva 268 na figura 27 à medida que o primeiro dispositivo de torque 10 pivota. Na figura 27, a abscissa mostra a posição de rotação 86 do primeiro dispositivo de torque 10 e a ordenada mostra o torque descompensado em porcentagem. A redução do torque está tipicamente na região de 7% para uma variação de posição de rotação 86 de + - 30 graus.

[00125] Esta mudança no comprimento do braço de binário 266 pode ser compensada por uma mudança na força do atuador de torque.

[00126] No caso dos primeiro e segundo atuadores de torque 42, 66 acionados por fluido, a pressão do fluido pode ser ajustada. A válvula de regulação de pressão ajustável 126 do circuito de controle 100 para os primeiro e segundo atuadores de torque 42, 66 é mostrada na figura 7.

[00127] Em uma modalidade em que os primeiro e segundo atuadores de torque 42, 66 são elétricos, a corrente de fornecimento e/ou a voltagem podem ser alteradas à medida que o comprimento do braço de binário 266 muda a fim de manter o torque do primeiro membro do dispositivo de torque 10 constante ou em linha com uma curva de torque de giro predefinida.

[00128] Uma conexão de caixa típica 270 da ligação de ferramentas 2 é mostrada na figura 28. A conexão de caixa 270, que durante o uso normal está posicionada na parte superior do segundo tubo 6, tem uma face cilíndrica 272 de diâmetro t com uma chamada banda rígida 274 perto da conexão virada 276. O primeiro tubo 4 tem uma conexão de pino 278 na sua extremidade inferior. A conexão de caixa 270 e a conexão de pino 278, juntas, formam a ligação de ferramenta 2. A conexão de caixa 270 tem um ressalto de ligação de caixa de ferramenta 280 e a conexão de pino 278 tem um ressalto de ligação de ferramenta de pino 282. Na constituição da ligação de ferramenta 2, os ressaltos 280, 282 se encostam uns nos outros.

[00129] À medida que a conexão de caixa 270 é formada em tubo, ela é exposta a uma deformação a partir dos corpos de fixação 22, 24, 26 particularmente se prendida perto do ressalto da ligação de ferramenta de caixa 280 da conexão de caixa 270, ver figura 26. Tal deformação pode mascarar a leitura de torque durante a constituição e quebra da ligação de ferramenta 2. O segundo tubo 6 tem um diâmetro de tubo p, enquanto o comprimento de ressalto a ressalto total é G. A conexão de caixa 270 tem uma conexão virada a distância do ressalto da ligação de ferramenta de caixa A e uma distância de face cilíndrica B. Além disso, a conexão de caixa 270 tem uma banda rígida de base 274 a uma distância de ressalto de ligação de ferramenta de caixa C e uma banda rígida de topo 274 a distância do ressalto da ligação de ferramenta de caixa D.

[00130] A banda rígida 274 tem a forma de um anel saliente que é feito de um material de desgaste relativamente duro. As matrizes de fixação 152 do dispositivo de torque 1 não devem se segurar na banda rígida 274, uma vez que as matrizes de fixação 152 ao fazê-lo podem se danificar. As matrizes de fixação 152 devem de preferência segurar a conexão de caixa 270 o mais próximo possível da banda rígida 274 e longe do ressalto da ligação de ferramenta 280, a fim de evitar ou reduzir a deformação acima indicada. Uma matriz de fixação 152 é mostrada na figura 20.

[00131] A figura 29 mostra um aparelho, aqui denominado Tool Joint Finder (TJF) (Localizador de Ligação de Ferramenta) 290, para a leitura da posição de superfície relativa dos tubos 4, 6. O TJF 290 inclui uma ponta de sensor 292 que está conectada a um sensor linear 294 por meio de uma guia 296 sob a forma de uma haste de medição. Um sinal do sensor linear 294 é transmitido através de um cabo 298 para um sistema de controle de medição 300 que é programado para pelo menos transformar o sinal proveniente do sensor linear 294 em um gráfico legível 302 mostrado na figura 30.

[00132] Na figura 30, que mostra um perfil de medição da conexão de caixa 270 na figura 28, o eixo das abscissas mostra a posição da ponta do sensor 292, enquanto a distância axial da conexão de caixa 270 é representada graficamente ao longo da ordenada. O contorno da banda rígida 274 é claramente visível na curva 302.

[00133] A ponta do sensor 292 está em uma modalidade inclinada contra o primeiro tubo 6 por um atuador de ponta 304, aqui na forma de um carneiro acionado por fluido. O atuador de ponta 304 pode em uma modalidade ser conectado à ponta de medição 222 através de uma mola de ponta 306, como mostrado na figura 31. Ao ativar o TJF 290, o atuador de ponta 304 move a mola de ponta 306 para uma posição predeterminada ou para uma posição determinada com a ajuda do sensor linear 294. O movimento radial da ponta do sensor 292 em relação à conexão de caixa 270 durante a operação de medição é feita pela mola de ponta 306.

[00134] Em uma modalidade, como mostrado na figura 32, o atuador de ponta 304 está empurrando contra a conexão de caixa 270 do primeiro tubo 4, de preferência com uma força constante. Se uma força externa excede a força a partir do atuador de ponta 304, o atuador de ponta 304 vai recuar.

[00135] Na figura 32, a ponta do sensor 292 é mostrada conectada ao atuador de ponta 304 por uma dobradiça 308 que permite que a ponta do sensor 292 se mova localmente para frente e para trás.

[00136] Uma mola do sensor 310 no sensor linear 294 estáinclinando a guia 296 na direção da ponta do sensor 292 com uma força relativamente pequena. O sensor linear 294 é, portanto, apenas marginalmente influenciado pelo movimento do atuador de ponta 304.

[00137] O TJF 290 é, em uma modalidade, posicionado em um dos membros do dispositivo de torque 10, 68 do dispositivo de torque 1. Como o dispositivo de torque 1 é movido verticalmente em relação à ligação de ferramenta 2, o TJF 290 vai ler a superfície de, pelo menos, uma parte dos primeiro ou segundo tubos 4, 6. A posição da banda rígida 274 da conexão de caixa 270 é determinada e as matrizes de fixação 152 do segundo membro do dispositivo de torque 68 posicionadas o mais próximo da banda rígida 274 como desejável.

[00138] Um ponto de dado 312 pode ser escolhido no ressalto da ligação de caixa 280, a fim de superar algumas desvantagens de referência do determinado TJF 290.

[00139] Um sistema de contagem de tubo 320, tal como é conhecido do uso nos campos petrolíferos, inclui uma base de dados 322, ver a figura 33, tipicamente na forma de uma base de dados eletrônica. O sistema de contagem 320 inclui geralmente informações tais como a identidade de tubos, exemplificadas aqui pelos primeiro e segundo tubos 4, 6, o chamado comprimento de ressalto para ressalto G e o peso de cada um dos tubos 4, 6.

[00140] À medida que a identidade dos tubos 4, 6 é identificada quando construídos em uma cadeia, não mostrada, o comprimento e o peso da dita cadeia podem ser atualizados pelo sistema de contagem da técnica anterior à medida que novos tubos são adicionados.

[00141] O dispositivo de torque 1 e o TJF 290 podem ter um sistema de controle comum ou separado 324, que em uma modalidade pelo menos inclui um do sistema de controle de torque 260 ou o sistema de controle de medição 300.

[00142] O sistema de controle 324 é conectado ao dispositivo de torque 1 e ao TJF 290. Tais conexões incluem cabos de energia necessários não mostrados ou linhas hidráulicas, bem como cabos de controle.

[00143] Dados dos tubos 4, 6 e da ligação de ferramenta 2armazenados no sistema de contagem que em uma modalidade são utilizados pelo dispositivo de torque 1 e um perfil de localizador de ligação de ferramenta por detecção/mapeamento (TJF) 290 podem incluir, mas não se limitam a, o seguinte : Dados gerais: Identidade do tubo 4,6 Identidade da conexão de caixa 270 Identidade da conexão dos pinos 278 Tipo de tubo/conexão Tipo de banda rígida sim/não Fator(es) de calibração

Dados dimensionais para os tubos 4, 6 e ligação de ferramenta 2 :

[00144] As dimensões podem ser genéricas para o tipo de tubo e/ou específico para ligações de tubo/ferramenta reais na condição atual uma vez que ligações de ferramenta podem ser usinadas novamente, reaplicação de banda rígida etc. Dimensões de ligação de ferramenta podem ser para conexão de caixa e conexão de pino, conforme necessário. G - comprimento total de ressalto a ressalto 0t - diâmetro da ligação de ferramenta 0p - diâmetro de tubo A - virado para a distância de ressalto B - distância de face cilíndrica C - base da banda rígida para o ressalto D - topo da banda rígida para o ressalto

[00145] Dimensões derivadas que podem ser calculadas no sistema de controle 324 do dispositivo de torque 1/ TJF 290: Largura de banda rígida = C - D Inclinação de virada = (0t - 0p) / (A- B) E = distância de dado para o TJF 290 = A - (deslocamento de registro * inclinação de virada)

[00146] Deslocamento de registro: Como certos localizadores de ligação de ferramenta podem ter uma distância F de "zona neutra" dentro da qual mudanças de perfil não serão registradas, um deslocamento de registro é, portanto, associado a esse TJF 290 particular. Esta e qualquer outra informação específica do dispositivo de torque 1 ou do TJF 290 iria, mas não necessariamente, ser armazenada ou inserida no sistema de controle 324 do dispositivo de torque 1 ou do TJF 290, em vez do banco de dados de contagem 322. Dados de torque a serem armazenados no banco de dados 322: Dados e tempo de operação de torque marcados. Dados de poço como requerido.

[00147] Valores de torque de constituição máximos, mínimos e recomendados para as ligações de ferramentas 2. Estes podem ser armazenados na base de dados de contagem 322 e emitidos para o sistema de controle 324 do dispositivo de torque 1 ou ser diretamente inseridos pelo operador 326 para o sistema de controle 324.

[00148] O torque alvo a partir da entrada do operador 326 pode ser armazenado no sistema de controle 324 do dispositivo de torque 1 ou na base de dados de contagem 322.

[00149] Geralmente, as entradas podem ser fornecidas por um operador 326 ou lidas a partir de uma fonte disponível, tal como um leitor de identificação de frequência de rádio (RFID) 328 colocado no dispositivo de torque 1 ou no TJF 290.

[00150] O sistema de controle 322 recebe informação do torque real e a posição de rotação relacionada 86 do primeiro membro do dispositivo de torque 10 conforme mencionado acima. Informação do torque de giro medido é, em uma modalidade, armazenada no banco de dados de contagem 320 e relacionada com a ligação de ferramenta real 2.

[00151] Dados a partir de medições que podem ser armazenados no banco de dados de contagem 320:

[00152] Torques de constituição real que são registrados pelo sistema de controle de torque 260 e emitidos para uma base de dados de ligação de ferramenta histórica podem ser parte do banco de dados de contagem 322 ou podem ser um banco de dados separado não mostrado.

[00153] Torque de quebra ideal ou esperado pode ser armazenado como um valor absoluto ou como uma função derivada do torque de constituição real.

[00154] Torque de quebra real conforme registrado pelo sistema de controle de torque 260 e emitido para o banco de dados de conexão histórica. Curvas de giro/torque ideais podem ser armazenadas em um banco de dados do sistema de contagem se o dispositivo de torque associado 1 é capaz de girar/virar.

[00155] As curvas de giro/torque reais podem ser armazenadas em banco de dados histórico de contagem.

Avisos fora da faixa devem ser registrados.

[00156] Dados de perfil de tubo a ser armazenados na base de dados 322: - Medição de dados de operação. - Informação dimensional específica de ligação e genérica, conforme listado acima. - Informação dimensional medida conforme listado acima do TJF 290.

[00157] Com base na informação disponível para o sistema de controle 324, o sistema de controle pode, em uma modalidade, produzir saídas para o operador 326. A saída pode incluir: torque real em comparação com torque de base, avisos, status de chave, saída de TJF 290 e diagnóstico de ligação de ferramenta.

[00158] As curvas de torque de giro reais podem ser processadas dentro do sistema de controle de chave em tempo real e avisos fora do alcance dados.

[00159] Informação de banco de dados histórico de contagem pode ser emitida para e utilizada por um sistema de planejamento de manutenção.

[00160] Benefícios adicionais e usos possíveis da integração da informação de perfil e torque de giro no sistema de contagem de tubo 320 são descritos na parte geral da descrição.

Claims (15)

1. Dispositivo de torque (1) para uso no campo petrolífero que inclui um primeiro membro de dispositivo de torque (10) que possui um eixo operacional (34) de rotação, e em que um primeiro atuador de torque (42) é pivotamente conectado ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) a uma primeira distância radial (46) a partir de uma linha central (48) do primeiro membro de dispositivo de torque (10), em que uma haste (50) ou um segundo atuador de torque (66) é pivotamente conectado ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) a uma segunda distância radial (54) se estendendo na direção oposta relativa à primeira distância radial a partir da linha central (48), e em que o primeiro atuador de torque (42) é pivotamente conectado a uma primeira porção (56) de um suporte de atuador (58), e em que a haste (50), alternativamente o segundo atuador de torque (66), é pivotamente conectada a uma segunda porção (60) do suporte de atuador (58), e em que o suporte de atuador (58) é radialmente móvel em relação ao eixo operacional (34), mas é restringido de girar em um plano (XY) que é perpendicular ao eixo operacional (34), caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro de dispositivo de torque (10) é conectado a um segundo membro de dispositivo de torque (68) que compartilha o eixo operacional (34); o suporte de atuador (58) é conectado ao segundo membro de dispositivo de torque (68); e o suporte de atuador (58) é pivotamente conectado ao segundo membro de dispositivo de torque (68) em torno de um eixo de pivô (77) que possui uma direção para deixar o suporte de atuador (58) ser pivotável para e a partir do eixo operacional (34).

2. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador de torque (42) na primeira porção (56) do suporte de atuador (58), e a haste (50), alternativamente o segundo atuador de torque (66), são pivotamente conectados à segunda porção (60) do suporte de atuador (58) em torno de um eixo (78) que está se ligando à primeira porção (56) e à segunda porção (60).

3. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador de torque (42) é conectado a um corpo de membro de dispositivo de torque (12) do primeiro membro de torque (10) por um primeiro fixador de atuador (44).

4. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a haste (50), alternativamente o segundo atuador de torque (66), é conectada a um corpo de membro de dispositivo de torque (12) do primeiro membro de torque (10) por um segundo fixador de atuador (52).

5. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira porção (56) e a segunda porção (60) do suporte de atuador (58) são posicionadas na mesma altura ao longo do eixo operacional (34).

6. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador de torque (42) pelo menos sobre parte de sua faixa de trabalho está em paralelo com a haste (50), alternativamente com o segundo atuador de torque (66).

7. Dispositivo de torque (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de torque (1) ainda é fornecido com um ou mais sensores (250, 252, 254, 255) para refletir a posição de curso em pelo menos um atuador de torque (42, 66).

8. Dispositivo de torque (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de torque (1) ainda é fornecido com um ou mais sensores de força (256, 258, 259) para dar um sinal refletindo a força exercida por pelo menos um atuador de torque (42, 66).

9. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de torque (1) ainda compreende um sistema de controle de torque (260) conectado aos ditos sensores (250, 252, 254, 256, 258, 259) e programado para calcular o torque ou dados de giro do torque.

10. Dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de torque (260) é equipado com memória (264) para armazenar os ditos torque ou dados de giro do torque.

11. Dispositivo de torque (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de torque (1) ainda compreende um aparelho (270) para leitura da posição de superfície relativa dos canos (4, 6).

12. Método de operação de um dispositivo de torque (1) para uso no campo petrolífero que inclui um primeiro membro de dispositivo de torque (10) que tem um eixo operacional (34) de rotação, e em que um primeiro atuador de torque (42) é conectado pivotamente ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) em uma primeira distância radial (46) a partir de uma linha central (48) do primeiro membro de dispositivo de torque (10), em que o método ainda inclui: conectar uma haste (50) ou um segundo atuador de torque (66) ao primeiro membro de dispositivo de torque (10) a uma segunda distância radial (54) que se estende na direção oposta relativa à primeira distância radial a partir da linha central (48); conectar pivotamente o primeiro atuador de torque (42) a uma primeira porção (56) de um suporte de atuador (58); conectar pivotamente a haste (50), alternativamente o segundo atuador de torque (66), a uma segunda porção (60) do suporte de atuador (58); e permitir que o suporte de atuador (58) se mova radialmente em relação ao eixo operacional (34), mas restringindo o suporte de atuador (58) de girar em um plano (XY) que é perpendicular ao eixo operacional (34), caracterizado pelo fato de que o método ainda inclui as seguintes etapas: conectar o primeiro membro de dispositivo de torque (10) a um segundo membro de dispositivo de torque (68) que compartilha o eixo operacional (34); conectar o suporte de atuador (58) ao segundo membro de dispositivo de torque (68); e conectar pivotamente o suporte de atuador (58) ao segundo membro de dispositivo de torque (68) em torno do eixo de pivô (77) que tem uma direção para deixar o suporte de atuador (58) ser pivotável para e a partir do eixo operacional (34).

13. Método de operação de um dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o método ainda inclui conectar pivotamente o primeiro atuador de torque (42) na primeira porção (56) do suporte de atuador (58), e a haste (50), alternativamente o segundo atuador de torque (66), na segunda porção (60) do suporte de atuador (58) em torno de um eixo (78) para se ligar à primeira porção (56) e à segunda porção (60).

14. Método de operação de um dispositivo de torque (1) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o método ainda inclui posicionar a primeira porção (56) e a segunda porção (60) do suporte de atuador (58) na mesma altura ao longo do eixo operacional (34).

15. Método de operação de um dispositivo de torque (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende a etapa de compensar a mudança no braço de binário (266), mediante giro do primeiro membro de dispositivo de torque (10), pela mudança da força no atuador de torque (42, 66).

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