BR112014020902B1 - Acumulador de pressão pirotécnico e método utilizando o mesmo - Google Patents

Abstract

acumulador de pressão pirotécnico. um acumulador de pressão pirotécnico inclui um corpo alongado estendendo a partir de uma primeira extremidade de uma seção pirotécnica para uma extremidade de descarga de uma seção hidráulica. uma carga propulsara localizada em uma câmara de gás da seção pirotécnica, um pistão disposto de modo móvel na seção hidráulica, e um fluido disposto em uma câmara hidráulica entre o pistão e a extremidade de descarga, em que o fluido é esgotado sob pressão através de uma porta de descarga em resposta à ignição da carga propulsara.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Esta seção fornece informações de fundamento para facilitar uma melhor compreensão dos diversos aspectos da divulgação. Deve-se entender que as declarações nesta seção deste documento devem ser lidas nesta luz, e não como admissões de arte anterior.

[002] Acumuladores hidráulicos pré-carregados são utilizados em muitas aplicações industriais diferentes para fornecer uma fonte de pressão hidráulica e fluido de operação para acionar dispositivos tais como válvulas. É comum para acumuladores hidráulicos instalados serem conectados ou pode ser conectáveis a uma fonte de pressão hidráulica para recarregar o acumulador hidráulico devido a fugas e/ou utilizações.

SUMÁRIO

[003] De acordo com um ou mais aspectos, um acumulador de pressão pirotécnico inclui um corpo alongado estendendo a partir de uma primeira extremidade de uma seção pirotécnica para uma extremidade de descarga de uma seção hidráulica. Uma carga propulsora localizada em uma câmara de gás da seção pirotécnica, um pistão de forma móvel disposto na seção hidráulica, e um fluido disposto em uma câmara hidráulica entre o pistão e a extremidade de descarga, em que o fluido é esgotado sob pressão através de uma porta de descarga em resposta à ignição da carga propulsora. De acordo com uma modalidade, o pistão tem uma extremidade pirotécnica em direção à carga propulsora e tendo uma vedação de balística e uma extremidade hidráulica orientada em direção à extremidade de descarga e tendo uma vedação hidráulica. O acumulador de pressão pirotécnico pode incluir um dispositivo de controle de pressão localizado entre a carga propulsora e o pistão, em que o dispositivo de controle de pressão inclui um orifício formado através de uma barreira.

[004] Um acumulador de pressão pirotécnico de acordo com um ou mais aspectos inclui um corpo alongado estendendo a partir de uma primeira extremidade de uma seção pirotécnica para uma extremidade de descarga de uma seção hidráulica. Uma câmara de culatra localizada na seção pirotécnica entre a primeira extremidade e uma barreira de culatra tendo um orifício de culatra, e uma carga propulsora localizada na câmara de culatra. Uma câmara de amortecimento formada na seção pirotécnica entre a barreira de culatra e uma barreira de amortecimento tendo um orifício de amortecimento. Um pistão de maneira móvel disposto na seção hidráulica e um fluido disposto em uma câmara hidráulica entre o pistão e a extremidade de descarga, em que o fluido é esgotado sob pressão através de uma porta de descarga em resposta à ignição da carga propulsora.

[005] Um método de acordo com um ou mais aspectos de inclui ativar um acumulador de pressão pirotécnico para fornecer uma pressão hidráulica ao dispositivo em um sistema de poço submarino, o acumulador de pressão pirotécnico de acordo com uma ou mais modalidades tendo um corpo alongado estendendo a partir de uma primeira extremidade de uma seção pirotécnica para uma extremidade de descarga de uma seção hidráulica, uma carga propulsora localizada em uma câmara de gás da seção pirotécnica, um pistão de forma móvel disposto na seção hidráulica, e um fluido disposto em uma câmara hidráulica entre o pistão e a extremidade de descarga. Ignição da carga propulsora e pressurização do fluido e descarga do fluido pressurizado através de uma porta de descarga para o dispositivo em resposta à ignição da carga propulsora.

[006] O precedente delineou alguns dos aspectos e vantagens técnicas a fim de que a descrição detalhada do acumulador de pressão pirotécnico que segue possa ser melhor compreendida. Características e vantagens adicionais do acumulador de pressão pirotécnico serão descritas a seguir que formam o assunto das reivindicações da invenção. Este resumo não se destina a identificar características principais ou essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser usado como um auxílio para limitar o escopo da matéria reivindicada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A revelação é mais bem compreendida a partir da descrição detalhada seguinte quando lida em conjunto com as figuras anexas. Ressalta-se que, de acordo com a prática padrão na indústria, várias características não são desenhadas em escala. Na verdade, as dimensões das várias características podem ser arbitrariamente aumentadas ou reduzidas para clareza da discussão.

[008] A Figura 1 é uma vista esquemática de um acumulador de pressão pirotécnico de acordo com um ou mais aspectos da divulgação.

[009] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um pistão de acordo com um ou mais aspectos da divulgação.

[0010] A Figura 3 é a ilustração esquemática de um acumulador de pressão pirotécnico representado em uma primeira posição antes de ser ativado.

[0011] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um acumulador de pressão pirotécnico antes de ser ativado e representado em uma segunda posição tendo uma pressão ambiente exterior mais elevada do que a primeira posição da Figura 3.

[0012] A Figura 5 é a ilustração esquemática de um acumulador de pressão pirotécnico após ser ativado de acordo com um ou mais aspectos da divulgação.

[0013] As Figuras 6 e 7 ilustram um sistema de poço submarino e sistema de segurança de poço submarino em que um acumulador de pressão pirotécnico de acordo com um ou mais aspectos da divulgação pode ser utilizado.

[0014] A Figura 8 ilustra um sistema de segurança de poço submarino que utiliza um acumulador de pressão pirotécnico de acordo com um ou mais aspectos da divulgação.

[0015] A Figura 9 é um diagrama esquemático ilustrando a operação de um acumulador de pressão pirotécnico de acordo com um ou mais aspectos da divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] Deve ser entendido que a seguinte descrição fornece muitas modalidades diferentes, ou exemplos, para implementação de diferentes características de diversas modalidades. Exemplos específicos de componentes e mecanismos são descritos abaixo para simplificar a descrição. Estes são, é claro, meramente exemplos e não se destinam a ser limitantes. Além disso, a divulgação pode repetir algarismos e / ou letras de referência nos diversos exemplos. Esta repetição tem a finalidade de simplicidade e clareza e não em si mesma dita uma relação entre as várias modalidades e / ou configurações discutidas.

[0017] Um dispositivo de pressão pirotécnico é divulgado que fornece um armazenamento utilizável de fluido hidráulico que pode pressurizado para uso sob demanda. O dispositivo de pressão pirotécnico, aqui referido como um acumulador, pode ser utilizado para estabelecer a potência hidráulica necessária para acionar e operar os dispositivos e sistemas hidráulicos e mecânicos e pode ser utilizado em conjunto com, ou em lugar de, acumuladores hidráulicos pré- carregados. Exemplos de utilização do acumulador de pressão pirotécnico são descritos com referência a sistemas de poço submarino, em particular sistemas de segurança; no entanto, utilização do acumulador de pressão pirotécnico não é limitada a sistemas e ambientes submarinos. Por exemplo, e sem limitação, acumuladores hidráulicos são usados para operar válvulas, pilaretes, apertos de tubos, tubulações e tesouras. De acordo com modalidades aqui descritas, o acumulador de pressão pirotécnico pode ser localizado submarino e permanecer no lugar sem a necessidade de recarga de pressão hidráulica. Além disso, quando localizado, por exemplo, submarino o acumulador hidráulico pirotécnico não requer carregamento por sistemas hidráulicos de alta pressão localizados na superfície.

[0018] A Figura 1 é uma vista em corte de um exemplo de um dispositivo de pressão pirotécnico, geralmente indicado pelo numeral 1010, de acordo com uma ou mais modalidades. Como será entendido pelos peritos na arte com beneficio desta descrição, o dispositivo de pressão pirotécnico 1010, também referido como um acumulador de pressão pirotécnico, pode ser utilizado em muitas aplicações diferentes para fornecer pressão hidráulica em uma pressão de operação ou de trabalho desejada para um dispositivo conectado.

[0019] No exemplo da Figura 1, acumulador de pressão pirotécnico 1010 compreende um corpo alongado 1012 estendendo substancialmente a partir de uma primeira extremidade 1014 da seção pirotécnica 1016 para uma extremidade de descarga 1018 de uma seção hidráulica 1020. Tal como será entendido por aqueles peritos na arte com beneficio desta descrição, corpo 1012 pode ser construído de uma ou mais seções (por exemplo, seções tubulares). Na modalidade representada, a seção pirotécnica 1016 e seção hidráulica 1020 são conectadas em uma junta roscada 1022 (por exemplo, duplamente rosca) tendo uma vedação 1024. Na modalidade representada, junta roscada 1022 forneceu uma vedação de alta pressão (por exemplo, vedação hidráulica e / ou vedação a gás).

[0020] Um gerador de pressão 1026 (isto é, gerador de gás), compreendendo uma carga pirotécnica (por exemplo, propulsora) 1028, é conectado em primeira extremidade 1014 e disposto na câmara de gás 1017 (ou seja, câmara de expansão) de seção pirotécnica 1016. Na modalidade ilustrada, gerador de pressão de 1026 compreende um iniciador (por exemplo, dispositivo de ignição) 1029 conectado à carga pirotécnica 1028 e estendendo através do condutor elétrico 1025 para um conector elétrico 1027. Neste exemplo, conector elétrico 1027 é conector de acasalamento úmido para conectar para uma fonte elétrica, por exemplo, em um ambiente de alta pressão submarino.

[0021] Um pistão 1030 é disposto de modo móvel dentro de um furo 1032 da seção hidráulica 1020 do corpo 1012. Uma câmara hidráulica de fluido 1034 é formada entre pistão 1030 e extremidade de descarga 1018. Câmara hidráulica 1034 está cheia de fluido 1036, por exemplo, um fluido não compressível, por exemplo, óleo, água ou gás. Fluido 1036 é geralmente aqui descrito como um fluido líquido ou hidráulico, no entanto, entende-se que um gás pode ser utilizado para algumas modalidades. Câmara hidráulica 1034 pode ser preenchida com fluido 1036, por exemplo, através de uma porta. Fluido 1036 não é pré-carregado e armazenado na câmara hidráulica 1034 na pressão de operação.

[0022] A porta de descarga 1038 se encontra em comunicação com a extremidade de descarga 1018 para comunicar o fluido pressurizado 1036 para um dispositivo operacional conectado (por exemplo, válvulas, apertos, pilaretes, etc). Na modalidade ilustrada, a porta de descarga 1038 é formada por um membro 1037, aqui referido como tampa 1037, conectado à extremidade de descarga 1018, por exemplo, por uma conexão de flange aparafusada. Um dispositivo de controle de fluxo 1040 está localizado no caminho de fluxo de fluido da porta de descarga 1038. Neste exemplo, dispositivo de controle de fluxo 1040 é uma válvula de uma via (isto é, válvula de retenção) permitindo fluido 1036 ser descarregado a partir da câmara hidráulica de fluido 1034 e bloqueando refluxo de fluido para câmara hidráulica 1034. Um conector 1039 (por exemplo, flange) é representado na extremidade de descarga 1018 para conectar câmara hidráulica 1034 para um dispositivo operacional, por exemplo, através de um coletor acumulador. De acordo com modalidades, acumulador de pressão pirotécnico 1010 é adaptado para ser conectado a um sistema submarino, por exemplo, por um veículo operado à distância.

[0023] Após ignição da carga pirotécnica 1028, gás de alta pressão expande em câmara de gás 1017 e impele pistão 1030 na direção da extremidade de descarga 1018 pressurizando assim fluido 1036 e esgotando o fluido pressurizado 1036 através da extremidade de descarga 1018 e dispositivo de controle de fluxo 1040 para operar o dispositivo operacional conectado.

[0024] Pistão 1030, referido também como um pistão híbrido, é adaptado para operar em um ambiente pirotécnico e em um ambiente hidráulico. Um exemplo não limitante de pistão 1030 é descrito com referência às Figuras 1 e 2. Pistão 1030, representado nas Figuras 1 e 2, inclui uma extremidade pirotécnica, ou seção de extremidade, e uma extremidade hidráulica 1056, ou seção de extremidade 1058. Extremidade pirotécnica 1056 enfrenta carga pirotécnica 1028 e extremidade de hidráulica 1058 enfrenta extremidade de descarga 1018. Pistão 1030 pode ser construído de um corpo unitário ou pode ser construído em seções (ver, por exemplo, Figuras 3-5) do mesmo ou de material diferente. Nesta modalidade, o pistão 1030 compreende uma vedação de balística (ou seja, vedação de obturador) 1060, uma vedação hidráulica 1062, e um primeiro e um segundo conjunto de anel de pistão 1064, 1066. De acordo com uma modalidade, vedação de balística 1060 situa-se sobre a superfície exterior 1068 de extremidade pirotécnica 1056 de pistão 1030. Vedação de balística 1060 pode fornecer suporte de centralização para pistão 1030 no furo 1032 e fornecer uma vedação de gás para limitar sopor de gás por (por exemplo, despressurização). Primeiro conjunto de anel de pistão 1064 é localizado adjacente à vedação de balística 1060 e é separado da extremidade de terminal de extremidade pirotécnica 1056 pela vedação de balística 1060. Segundo conjunto de anel de pistão 1066 é localizado próximo da extremidade de terminal da seção de extremidade hidráulica 1058. Uma vedação hidráulica 1062 é localizada entre o primeiro conjunto de anel de pistão 1064 e segundo conjunto de anel de pistão 1066 neste exemplo não limitativo de pistão 1030.

[0025] De acordo com algumas modalidades, um ou mais dispositivos de controle de pressão 1042 são posicionados na câmara de gás 1017, por exemplo, para amortecer o pulso de pressão e / ou para controlar a pressão (isto é, pressão de operação ou de trabalho) em que o fluido 1036 é esgotado a partir de porta de descarga 1038. Na modalidade representada na Figura 1, câmara de gás 1017 de seção pirotécnica 1016 inclui dois dispositivos de controle de pressão 1042, 1043 dividindo câmara de gás 1017 em três câmaras 1044, 1046 e 1045. Primeira câmara 1044, referida também como câmara de culatra 1044, situa-se entre a primeira extremidade 1014 (por exemplo, o gerador de gás conectado 1026) e o primeiro dispositivo de controle de pressão 1042 e uma câmara de amortecimento 1046 é formada entre os dispositivos de controle de pressão 1042, 1043. Câmaras de amortecimento adicionais podem ser fornecidas quando desejado.

[0026] Primeiro dispositivo de controle de pressão 1042 compreende um orifício 1048 formado por meio de uma barreira 1050 (por exemplo, placa de orifício). Barreira 1050 pode ser construída de uma porção unitária do corpo de seção pirotécnica 1016 ou pode ser um membro separado conectado com seção pirotécnica. Segundo dispositivo de controle de pressão 1043 compreende um orifício 1047 formado por meio de uma barreira 1049. Barreira 1049 pode ser uma porção contínua ou unitária do corpo de seção pirotécnica 1016 ou pode ser um membro separado conectado no interior da seção pirotécnica. O tamanho dos orifícios 1048, 1047 pode ser dimensionado para fornecer a pressão de trabalho desejada do fluido hidráulico descarregado 1036.

[0027] Por exemplo, na Figura 1 seção pirotécnica 1016 inclui duas seções tubulares interconectadas ou subs. Nesta modalidade, o primeiro sub tubular 1052 (por exemplo, sub de culatra), inclui primeira extremidade 1014 e câmara de culatra 1044. O segundo sub tubular 1054, também referido como sub de amortecimento 1054, forma câmara de amortecimento 1046 entre o primeiro dispositivo de controle de pressão 1042, ou seja, orifícios de culatra, e o segundo dispositivo de controle de pressão 1043, ou seja, orifício de amortecimento. Por exemplo, pistão 1030 e o dispositivo de controle de pressão de amortecimento 1043 podem ser inseridos na junta roscada 1022 entre seção hidráulica 1020 e sub de amortecimento 1054 conforme ilustrado na Figura 1, formado por uma porção de corpo 1012, e ou fixados por exemplo por soldadura ou soldagem como representado nas Figuras 3-5 (por exemplo, um conector 1072, Figura 3). O dispositivo de controle de pressão de culatra 1042 pode ser inserido na junta roscada 1022 entre sub de culatra 1052 e sub de amortecimento 1054. Na modalidade da Figura 1, barreira 1050 e / ou barreira 1049 pode ser retida entre a conexão roscada 1022 de seções tubulares adjacentes do corpo 1012 e / ou fixa, por exemplo, por meio de soldadura ou soldagem (por exemplo, um conector 1072 representado na Figura 3).

[0028] Na modalidade da Figura 1, um dispositivo de ruptura 1055 fecha um orifício 1048, 1047 de pelo menos um dos dispositivos de controle da pressão 1042, 1043. No exemplo representado, o dispositivo de ruptura 1055 fecha orifício 1047 do segundo dispositivo de controle de pressão 1043, adjacente à seção hidráulica 1020, até um diferencial de pressão predeterminado através de dispositivo de ruptura 1055 ser conseguido pela ignição da carga pirotécnica 1028. Dispositivo de ruptura 1055 fornece uma vedação através do orifício 1047 antes da conexão da seção pirotécnica 1016 com seção hidráulica 1020 e durante inatividade de acumulador de pressão pirotécnico 1010, por exemplo, para evitar vazamentos de fluido 1036 para infiltrar em seção pirotécnica 1016.

[0029] De acordo com algumas modalidades, um dispositivo de compensação de pressão (ver, por exemplo, Figuras 3-5), pode ser conectado, por exemplo, com a câmara de gás 1017 de seção pirotécnica 1016. Quando sendo localizado submarino, o dispositivo de compensação de pressão iguala substancialmente a pressão na câmara de gás 1017 com a pressão hidrostática ambiente.

[0030] De acordo com uma ou mais modalidades, acumulador de pressão pirotécnico 1010 pode fornecer uma almofada hidráulica para mitigar impactos de pistão 1030 na extremidade de descarga 1018, por exemplo, contra tampa 1037. No exemplo representado na Figura 1, a área da seção transversal de porta de descarga 1038 diminui a partir de uma extremidade de entrada 1051 para a extremidade de saída 1053. A porta de descarga afunilada 1038 pode atuar para reduzir a taxa de fluxo do fluido 1036 através da porta de descarga 1038 quando pistão 1030 aproxima de extremidade de descarga 1018 e fornecendo um buffer de fluido que reduz a força de impacto do pistão 1030 contra a tampa 1037.

[0031] A almofada hidráulica na extremidade do curso do pistão 1030 pode ser fornecida, por exemplo, por um arranjo de acasalamento de pistão 1030 e extremidade de descarga 1018 (por exemplo, tampa 1037). Por exemplo, como ilustrado na Figura 1 e com a referência adicional à Figura 2, extremidade de tampa 1037 inclui uma seção de manga 1084 disposta no interior do furo 1032 de seção hidráulica 1020. seção de manga 1084 tem um diâmetro exterior menor do que o diâmetro interior do furo 1032 fornecendo uma lacuna anelar 1086. Pistão 1030 tem uma extremidade hidráulica cooperativa 1058 que forma uma cavidade 1088 tendo uma parede lateral anelar 1090 (por exemplo, saia). Parede lateral anelar 1090 é dimensionada para encaixar na lacuna anelar 1086 disposta na extremidade de entrada 1051 e manga 1084 na cavidade 1088. Fluido hidráulico 1036 disposto na lacuna 1086 vai amortecer o impacto do pistão 1030 contra tampa de extremidade 1037. É de notar que a porta de descarga 1038 não tem que ser afunilada para fornecer uma almofada hidráulica.

[0032] Em algumas modalidades (por exemplo, ver Figuras 3-5), câmara hidráulica 1034 pode ser preenchida com um volume de fluido 1036 em excesso do volume necessário para a instalação particular do acumulador 1010. O excesso de volume de fluido 1036 pode fornecer uma almofada separando pistão 1030 a partir da extremidade de descarga 1018 na extremidade do curso do pistão 1030.

[0033] A Figura 3 é uma vista em corte de um acumulador de pressão pirotécnico 1010 de acordo com uma ou mais modalidades ilustradas em uma primeira posição, por exemplo, antes de ser implantado em uma profundidade submarina. Acumulador de pressão pirotécnico 1010 compreende um corpo alongado 1012 estendendo desde uma primeira extremidade 1014 de uma seção pirotécnica 1016 para extremidade de descarga 1018 de uma seção hidráulica 1020. No exemplo representado seção pirotécnica 1016 e seção hidráulica 1020 são conectadas em uma junta roscada 1022 tendo pelo menos uma vedação 1024.

[0034] Seção hidráulica 1020 compreende um furo 1032 no qual um pistão 1030 (isto é, pistão híbrido) é disposto de modo móvel. Pistão 1030 compreende uma seção de extremidade pirotécnica 1056 tendo uma vedação de balística 1060 e seção de extremidade hidráulica 1058 tendo uma vedação hidráulica 1062. Na modalidade representada, pistão 1030 é uma construção de duas peças. Seção de extremidade pirotécnica 1056 e seção de extremidade hidráulica 1058 são mostradas acopladas em conjunto por um conector, geralmente indicado pelo número 1057 na Figura 5. Conector 1057 é descrito como um parafuso, por exemplo, parafuso roscado, apesar de outros dispositivos e mecanismo de fixação (por exemplo, adesivos podem ser utilizados). Câmara hidráulica 1034 é formada entre o pistão 1030 e extremidade de descarga 1018. Um dispositivo de controle de fluxo 1040 é disposto com porta de descarga 1038 de extremidade de descarga 1018 restringindo substancialmente fluxo de fluido para uma direção a partir da câmara hidráulica 1034 através da porta de descarga 1038.

[0035] Câmara hidráulica 1034 pode ser preenchida com fluido hidráulico 1036, por exemplo, através da porta de descarga 1038. Porta 1070 (por exemplo, válvula) é utilizada para aliviar pressão da câmara hidráulica 1034 durante operações de enchimento ou para drenar fluido 1036, por exemplo, se um acumulador de pressão pirotécnico não acionado 1010 é removido a partir de um sistema.

[0036] Na modalidade representada, seção pirotécnica 1016 inclui uma câmara de culatra 1044 e uma câmara de amortecimento 1046. Gerador de gás 1026 é ilustrado conectado, por exemplo, através da interface aparafusada, para primeira extremidade 1014 dispondo carga pirotécnica 1028 em câmara de culatra 1044. Câmara de culatra 1044 e câmara de amortecimento 1046 são separadas por um dispositivo de controle de pressão 1042 que é ilustrado como um orifício 1048 formado através da barreira de culatra 1050. Neste exemplo não limitativo, barreira de culatra 1050 é formada por uma porção de corpo 1012 formando seção pirotécnica 1016. Orifício de culatra 1048 pode ser dimensionado para a pressão de operação desejada do acumulador de pressão pirotécnico 1010.

[0037] Câmara de amortecimento 1046 é formada na seção pirotécnica 1016 entre barreira 1050 e uma barreira de amortecimento 1049 de segundo dispositivo de controle de pressão 1043. Dispositivo de controle de pressão 1043 tem um orifício de amortecimento 1047 formado através de barreira de amortecimento 1049. Na modalidade ilustrada, barreira de amortecimento 1049 pode ser fixada no lugar por um conector 1072. Neste exemplo, conector 1072 é uma solda ou soldadura para fixar barreira 1049 (ou seja, placa) no lugar e fornecer vedação adicional ao longo da periferia de barreira 1049. Orifício de amortecimento 1047 pode ser dimensionado para a capacidade de fluido e pressão de operação do acumulador de pressão pirotécnico particular 1010, por exemplo, para amortecer o pulso de pressão de carga pirotécnica. Um dispositivo de ruptura 1055 é mostrado disposto com o orifício 1047 para selar o orifício e, portanto, câmaras de gás 1044, 1046 durante inatividade do acumulador de pressão pirotécnico implantado 1010. Dispositivo de ruptura 1055 pode fornecer uma clara abertura durante ativação do acumulador de pressão pirotécnico 1010 e queima de carga 1028.

[0038] Uma ventilação 1074, isto é, válvula, é ilustrada em comunicação com a câmara de gás 1017 para aliviar pressão das câmaras de gás antes da desmontagem após acumulador de pressão pirotécnico 1010 ter sido operado.

[0039] As Figuras 3 a 5 ilustram um dispositivo de compensação de pressão 1076 em conexão operacional com as câmaras de gás, câmara de culatra 1044 e câmara de amortecimento 1046, para aumentar a pressão nas câmaras de gás em resposta à implantação de acumulador de pressão pirotécnico 1010 submarino. Na modalidade representada, compensador de pressão 1076 inclui um ou mais dispositivos 1078 (por exemplo, bexigas) contendo um gás (por exemplo, nitrogênio). Bexigas 1078 estão em conexão fluídica com câmaras de gás 1017 (por exemplo, câmaras 1044, 1046, etc), por exemplo, através de portas 1080.

[0040] Fazendo agora referência à Figura 4, em que acumulador de pressão pirotécnico 1010 é representado implantado submarino (ver, por exemplo, Figuras 6-8) antes de ser ativado. Em resposta à pressão hidrostática na profundidade submarina de acumulador de pressão pirotécnico bexigas 1078 foram deflacionadas pressurizando assim câmara de culatra 1044 e câmara de amortecimento 1046.

[0041] A Figura 5 ilustra uma modalidade do acumulador de pressão pirotécnico 1010 depois de ser ativado. Com referência às Figuras 4 e 5, o acumulador de pressão pirotécnico 1010 é ativado pela ignição de carga pirotécnica 1028. A ignição gera gás 1082 que expande na câmara de culatra 1044 e câmara de amortecimento 1046. A pressão nas câmaras de gás rompe dispositivo de ruptura 1055 e o gás expandindo atua no lado pirotécnico 1056 do pistão 1030. Pistão 1030 é movido em direção à extremidade de descarga 1018 em resposta à pressão de gás 1082, assim descarregando fluido pressurizado 1036 através da porta de descarga 1038 e dispositivo de controle de fluxo 1040. Na Figura 5, pistão 1030 é ilustrado espaçado uma distância a partir da extremidade de descarga 1018. De acordo com uma ou mais modalidades, pelo menos uma porção do volume de fluido 1036 remanescente na câmara de fluido hidráulico 1034 é excesso de volume fornecido para fornecer um espaço (isto é, almofada) entre pistão 1030 e extremidade de descarga 1018 na extremidade do curso do pistão 1030.

[0042] Acumulador de pressão pirotécnico 1010 pode ser utilizado em muitas aplicações em que é necessária uma fonte imediata e segura de fluido pressurizado. Acumulador de pressão pirotécnico 1010 fornece um sistema vedado que é resistente à corrosão e que pode ser construído de material para instalação em ambientes hostis. Além disso, acumulador de pressão pirotécnico 1010 pode fornecer um nível de pressão de operação desejado sem levar em conta a pressão ambiental ambiente.

[0043] Um método de operação é agora descrito com referência às Figuras 6-9 que ilustram um sistema de poço submarino em que um ou mais acumuladores de pressão pirotécnicos são utilizados. Um exemplo de um sistema de poço submarino está descrito na publicação de pedido de patente No. US 2012/0048566, que é aqui incorporada por referência.

[0044] A Figura 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de segurança de poço submarino, indicado geralmente pelo número 10, sendo utilizado no sistema de perfuração de poço submarino 12. Na modalidade ilustrada, sistema de perfuração 12 inclui uma pilha de BOP 14 que é descarregada em uma cabeça de poço submarina 16 de um poço 18 (ou seja, furo de poço) penetrando o fundo do mar 20. Pilha de BOP 14 inclui convencionalmente um pacote de tubo de subida marinho inferior ("LMRP") 22 e preventores de ruptura ("BOP") 24. A pilha de BOP representada 14 também inclui válvulas de teste submarinas ("SSTV") 26. Como será entendido pelos peritos na arte com benefício desta descrição, pilha de BOP 14 não é limitada aos dispositivos descritos.

[0045] Sistema de segurança de poço submarino 10 compreende pacote de segurança, ou conjunto, aqui referido como um pacote de segurança catastrófica ("CSP") 28 que é desembarcado no sistema de BOP 14 e operacionalmente conecta um tubo de subida 30 estendendo a partir de plataforma 31 (por exemplo, navio, equipamento, embarcação, etc) para a pilha de BOP 14 e, assim, poço 18. CSP 28 compreende um CSP superior 32 e um CSP inferior 34 que são adaptados para separar um do outro em resposta ao início de uma sequência de segurança desse modo desconectando tubo de subida 30 a partir da pilha de BOP 30 14 e poço 18, por exemplo, tal como ilustrado na Figura 7. A sequência de segurança é iniciada em resposta a parâmetros que indicam a ocorrência de uma falha no poço 18 com o potencial de dar origem a uma ruptura do poço. Sistema de segurança de poço submarino 10 pode iniciar automaticamente a sequência de segurança em resposta à correspondência dos parâmetros monitorados para gatilhos de segurança selecionados. De acordo com uma ou mais modalidades, CSP 28 inclui um ou mais acumuladores de pressão pirotécnicos 1010 (ver, por exemplo, Figuras 8 e 9) para fornecer pressão hidráulica sob demanda para operar um ou mais dos dispositivos de sistema de poço (por exemplo, válvulas, conectores, pilaretes de ejetor, apertos e tesouras).

[0046] Cabeça de poço 16 é uma terminação do furo de poço no fundo do mar e, geralmente, tem os componentes necessários (por exemplo, conectores, bloqueios, etc) para conectar componentes como BOPs 24, válvulas (por exemplo, válvulas de teste, árvores de produção, etc) para o furo de poço. A cabeça de poço também incorpora os componentes necessários para invólucro de suspensão, tubulação de produção e controle de fluxo de subsuperfície e dispositivos de produção no furo de poço.

[0047] LMRP 22 e pilha de BOP 24 são acoplados um ao outro por um conector que é acoplado com um mandril correspondente na extremidade superior da pilha de BOP 24. LMRP 22 tipicamente fornece a interface (ou seja, conexão) dos BOPs 24 e a extremidade de fundo 30a de tubo de subida marinho 30 através de um conector de tubo de subida 36 (ou seja, adaptador de tubo de subida). Conector de tubo de subida 36 pode ainda compreender uma ou mais portas para conectar fluido (isto é, hidráulico) e condutores elétricos, isto é, comunicação umbilical, que pode estender ao longo (interior ou exterior) de tubo de subida 30 a partir da plataforma de perfuração situada na superfície 5 para sistema de perfuração submarino 12. Por exemplo, é comum para uma linha de bloqueador de controle de poço 44 e uma linha de interrupção 46 estenderem desde a superfície para conexão para a pilha de BOP 14.

[0048] Elevador 30 é uma coluna tubular que estende a partir da plataforma de perfuração 31 para baixo para poço 18. O tubo de subida é, com efeito, uma extensão do furo de poço estendendo através da coluna de água para embarcação de perfuração 31. O diâmetro de tubo de subida é suficientemente grande para permitir tubo de perfuração, colunas de invólucro, ferramentas de registro e afins passarem. Por exemplo, nas Figuras 6 e 7, um tubular 38 (por exemplo, tubo de perfuração) é ilustrado implantado a partir da plataforma de perfuração 31 para dentro do tubo de subida 30. Lama de perfuração e lascas de perfuração podem ser devolvidas à superfície por meio de tubo de subida 30. Comunicação umbilical (por exemplo, hidráulica, elétrica, óptica, etc) pode ser implantada externa ou através de tubo de subida 30 para CSP 28 e pilha de BOP 14. Um veículo operado à distância ("VOR") 124 está representado na Figura 7 e pode ser utilizado para várias tarefas incluindo instalação e remoção de acumuladores de pressão pirotécnicos 1010.

[0049] Fazendo agora referência à Figura 8 que ilustra um pacote de segurança de poço submarino 28 de acordo com uma ou mais modalidades em isolamento. CSP 28 representado na Figura 8 é ainda descrito com referência às Figuras 6 e 7. Na modalidade representada, CSP 28 compreende CSP superior 32 e CSP inferior 34. CSP superior 32 compreende um conector de tubo de subida 42 que pode incluir uma conexão de flange de tubo de subida 42a, e um adaptador de tubo de subida 42b que pode fornecer conexão de comunicação umbilical e extensão da comunicação umbilical para vários dispositivos de CSP 28 e / ou dispositivos de pilha de BOP 14. Por exemplo, uma linha de bloqueador 44 e uma linha de interrupção 46 são representadas estendendo desde a superfície com tubo de subida 30 e estendendo através de adaptador de tubo de subida 42b para conexão com as linhas de bloqueador e interrupção de pilha de BOP 14. CSP 28 compreende um golpe de bloqueador 44a e um golpe de linha de interrupção 46a para interligar a porção superior da linha de bloqueador 44 e linha de interrupção 46 com a porção inferior da linha de bloqueador 44 e linha de interrupção 46. Golpes 44a, 46a podem oferecer desconectar das linhas de golpe e interrupção durante operações de segurança; e durante operações de recuperação e reinserção subsequentes reconectando às linhas de bloqueador e interrupção via golpes 44a, 46a. CSP 28 compreende um furo longitudinal interno 40, representado na figura 8 por meio da linha tracejada através de CSP inferior 34, para passagem tubular 38. Anel 41 é formado entre o diâmetro exterior do tubular 38 e o diâmetro do furo 40.

[0050] CSP superior 32 inclui ainda deslizamentos 48 (ou seja, deslizamentos de segurança) adaptados para fechar sobre tubular 38. Deslizamentos 48 são acionados na modalidade representada pela pressão hidráulica a partir de um acumulador hidráulico 50 e / ou um acumulador de pressão pirotécnico 1010. Na modalidade representada, o CSP 28 compreende uma pluralidade de acumuladores hidráulicos 50 e acumuladores de pressão pirotécnicos 1010 que podem ser interconectados em casulos, tal como o casulo de acumulador hidráulico superior 52. Um acumulador de pressão pirotécnico 1010 localizado no casulo de acumulador hidráulico superior 52 é hidraulicamente conectado a um ou mais dispositivos, tais como deslizamentos 48.

[0051] CSP inferior 34 compreende um conector 54 para conectar para pilha de BOP 14, por exemplo, através do conector de tubo de subida 36, apertos 56 (por exemplo, apertos cegos), tesouras de alta energia 58, deslizamentos inferiores 60 (por exemplo, deslizamentos bidirecionais), e um sistema de ventilação 64 (por exemplo, coletor de válvula). Sistema de ventilação 64 compreende uma ou mais válvulas 66. Nesta modalidade, sistema de ventilação 64 compreende válvulas de ventilação (por exemplo, válvulas de esfera) 66a, válvulas de bloqueador 66b, e um ou mais mandris de conexão 68. Válvulas 66b podem ser utilizadas para controlar o fluxo de fluido através de mandris de conexão 68. Por exemplo, um tubo de subida de recuperação 126 é representado conectado a um dos mandris 68 para fluir efluente a partir do poço e / ou circular um fluido de interrupção (por exemplo, lama de perfuração) para dentro do poço.

[0052] Na configuração representada, CPS inferior 34 compreende ainda um dispositivo defletor 70 (por exemplo, dispositivos de colisão, aperto de obturador) disposto acima do sistema de ventilação 64 e abaixo deslizamentos inferiores 60, tesouras 58 e apertos cegos 56. CSP inferior 34 inclui uma pluralidade de acumuladores hidráulicos 50 e acumuladores de pressão pirotécnicos 1010 organizados e conectados em um ou mais casulos hidráulicos inferiores 62 para operações de vários dispositivos de CSP 28.

[0053] CSP superior 32 e CSP inferior 34 são conectados de forma destacável uns aos outros por um conector 72. Um dispositivo ejetor 74 (por exemplo, pilaretes de ejetor) é operacionalmente conectado entre CSP superior 32 e CSP inferior 34 para separar CSP superior 32 e tubo de subida 30 de CSP inferior 34 e pilha de BOP 14 após conector 72 ter sido acionado para a posição desbloqueada. Dispositivo ejetor 74 pode ser acionado por operação de acumulador de pressão pirotécnico 1010.

[0054] CSP 28 inclui uma pluralidade de sensores 84, que podem detectar diversos parâmetros, tais como e sem limitação, temperatura, pressão, tensão (tração, compressão, torque), vibração, e taxa de fluxo do fluido. Sensores 84 incluem ainda, entre outros, sensores de erosão, sensores de posição, e acelerômetros e outros. Os sensores 84 podem estar em comunicação com um ou mais sistemas de controle e monitoramento, por exemplo, formando um pacote de sensor de estado de limite.

[0055] De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, CSP 28 compreende um sistema de controle 78 que pode ser localizado submarino, por exemplo, em CSP 28 ou em um local remoto tal como na superfície. Sistema de controle 78 pode incluir um ou mais controladores que são localizados em locais diferentes. Por exemplo, em pelo menos uma modalidade, o sistema de controle 78 compreende um controlador superior 80 (por exemplo, comando superior e barramento de dados de controle) e um controlador inferior 82 (por exemplo, comando inferior e barramento de controlador). Sistema de controle 78 pode ser conectado através de condutores (por exemplo, fio, cabo, fibra óptica, linhas hidráulicas) e / ou de modo sem fio (por exemplo, transmissão acústica) a vários dispositivos submarinos (por exemplo, acumuladores de pressão pirotécnicos 1010) e para sistemas de controle de superfície (isto é, plataforma de perfuração 31).

[0056] A Figura 9 é um diagrama esquemático da sequência de passos, de acordo com uma ou mais modalidades do sistema de segurança de poço submarino 10 ilustrando operação de dispositivos ejetores 74 (isto é, pilaretes ejetores) para separar fisicamente CSP superior 32 e tubo de subida 30 de CSP inferior 34 como representado na Figura 7. Por exemplo, dispositivos ejetores 74 podem incluir hastes de pistão 74a que estendem para empurrar o CSP superior 32 afastado de CSP inferior 34 na modalidade representada. A Figura 7 ilustra haste de pistão 74a em uma posição estendida. Na modalidade da Figura 9, atuação de dispositivos ejetores 74 é fornecida pelo controlador superior 80 enviando um sinal ativando um acumulador de pressão pirotécnico 1010 localizado, por exemplo, em casulo de acumulador superior 52 para dirigir a pressão de operação para dispositivos ejetores 74.

[0057] Com referência também às Figuras 1-5, um sinal eletrônico é transmitido a partir do controlador 80 e recebido pelo gerador de gás 1026. O sinal de disparo pode ser um pulso elétrico e / ou sinal codificado. Em resposta à recepção do sinal de disparo, dispositivo de ignição 1029 inicia carga pirotécnica 1028 gerando gás 1082 (Figura 5) que aciona pistão 1030 em direção à extremidade de descarga 1018 pressurizando, assim, fluido 1036 e descarregando o fluido pressurizado 1036 através da porta de descarga 1038 para dispositivo ejetor 74. Da mesma forma, acumuladores pirotécnicos 1010 podem ser ativados para fornecer pressão hidráulica sob demanda para outros dispositivos, como, e sem limitação, válvulas, deslizamentos, apertos, tesouras e bloqueios.

[0058] O que antecede descreve características de diversas modalidades de modo que os peritos na arte possam melhor compreender os aspectos da divulgação. Os peritos na arte devem compreender que eles podem facilmente utilizar a divulgação como uma base para a concepção ou modificar outros processos e estruturas para realizar os mesmos propósitos e / ou conseguir as mesmas vantagens das modalidades aqui introduzidas. Os peritos na arte devem compreender que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e do âmbito da revelação, e que eles podem fazer várias mudanças, substituições e alterações neste documento sem se afastarem do espírito e âmbito da revelação. O escopo da invenção deve ser determinado apenas pela linguagem das reivindicações que seguem. O termo "compreendendo" nas reivindicações pretende significar "inclui pelo menos" de modo que o perfil recitado dos elementos em uma reivindicação são um grupo aberto. Os termos "um", "uma" e outros termos no singular têm a intenção de incluir o plural, exceto se especificamente excluído.

Claims (7)

1. Acumulador de pressão pirotécnico (1010), caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo alongado (1012) estendendo axialmente a partir de uma primeira extremidade (1014) de uma seção pirotécnica para uma extremidade de descarga (1018) de uma seção hidráulica; uma câmara de culatra (1044) localizada na seção pirotécnica entre a primeira extremidade e uma barreira de culatra (1050) tendo um orifício de culatra (1048); um pistão (1030) disposto de modo móvel em um furo axial (1032) da seção hidráulica e formando uma câmara hidráulica (1034) entre um lado hidráulico do pistão e a extremidade de descarga; uma carga propulsora (1028) localizada na câmara de culatra (1044); um fluido (1036) disposto na câmara hidráulica, em que o fluido é esgotado sob pressão através de uma porta de descarga (1038) em resposta à ignição da carga propulsora; e um dispositivo de controle de fluxo de uma direção (1040), conectado com a porta de descarga, permitindo fluxo de fluido para uma direção a partir da câmara hidráulica de fluido e restringindo o fluxo de fluido para uma direção a partir da câmara hidráulica através da porta de descarga.

2. Acumulador (1010), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a barreira de culatra é fixadamente conectada dentro do corpo alongado.

3. Acumulador (1010), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a porta de descarga é disposta através de um membro (1037) que se entende axialmente para dentro da seção hidráulica a partir da extremidade de descarga, em que uma lacuna anelar (1086) é formada pelo membro e pelo corpo alongado; e o lado hidráulico do pistão tendo uma saia anelar (1090) dimensionada para encaixar na lacuna anelar (1086).

4. Acumulador (1010), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma câmara de amortecimento (1046) formada na seção pirotécnica entre a barreira de culatra e a barreira de amortecimento (1049) posicionada entre a barreira de culatra e o pistão; e a barreira de amortecimento tendo um orifício de amortecimento (1047).

5. Acumulador (1010), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o corpo alongado é formado por dois ou mais membros interconectados em uma junta roscada (1022).

6. Método, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: utilização de um acumulador de pressão pirotécnico (1010) para fornecer um volume de fluido hidráulico pressurizado (1036) para um dispositivo hidráulico, o acumulador de pressão pirotécnico compreendendo: um corpo alongado (1012) estendendo axialmente a partir de uma primeira extremidade (1014) para uma extremidade de descarga (1018); uma câmara de culatra (1044) localizada entre a primeira extremidade e uma barreira de culatra (1050) tendo um orifício de culatra (1048); um pistão (1030) disposto de modo móvel em um furo axial (1032) da seção hidráulica e formando uma câmara hidráulica (1034) entre um lado hidráulico do pistão e a extremidade de descarga; o fluido hidráulico (1036) disposto na câmara hidráulica; uma carga propulsora (1028) localizada na câmara de culatra; um dispositivo de controle de fluxo de uma direção (1040), conectado com uma porta de descarga (1038), permitindo fluxo de fluido para uma direção a partir da câmara hidráulica; pressurização do fluido hidráulico e descarga do fluido hidráulico pressurizado através da porta de descarga e o dispositivo de controle de fluxo de uma direção (1040) em resposta à ignição da carga propulsora; e bloquear fluxo de fluido em direção para a câmara hidráulica (1034) através da porta de descarga.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende: uma câmara de amortecimento (1046) formada na seção pirotécnica entre a barreira de culatra e uma barreira de amortecimento (1049) posicionada entre a barreira de culatra e o pistão; e um orifício de amortecimento (1047) formado através da barreira de amortecimento.

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