BR112015016334B1 - Disposição de liberação de cilindro - Google Patents

Abstract

disposição de liberação de cilindro a invenção se refere a uma disposição de liberação de cilindro, em que ao menos um cilindro é disposto com um pistão no cilindro, e a cabeça do cilindro fecha uma extremidade do cilindro formando uma câmera entre o pistão e a cabeça do cilindro, em que o cilindro é fornecido para dispor um vazamento de fluido de um lado do pistão para o outro lado do pistão, quando o pistão está em uma determinada posição no cilindro, e os meios de liberação são fornecidos para a liberação de controle subsequente da cabeça do cilindro do cilindro. a invenção também compreende uma disposição de cilindro com um mecanismo de cilindro.

Description

Campo da Invenção

[001] A invenção se refere a uma disposição de liberação de cilindro e a uma disposição de cilindro com um mecanismo de liberação.

Fundamentos da invenção

[002] Tubos ascendentes são normalmente usados para ligar os poços de hidrocarbono no leito do mar em estruturas flutuantes submersas. Geralmente, o tubo ascendente é formado pelas larguras de tubos em aço que apresentam um diâmetro significativo, o que os torna pesados. Por esta razão, é necessário que a estrutura flutuante aplique tensão no tubo ascendente para que ele não envergue, podendo até entrar em colapso com o próprio peso, e para que o peso não atue na cabeça do poço. O referido sistema de tensão também é compensado pelos movimentos da plataforma no leito do mar, isto é, mantendo a tensão mais ou menos constante no tubo ascendente. Entretanto, podem ocorrer problemas quando a plataforma apresenta condições operacionais fora do normal, como deslocamento e derivação, ou caso o sistema de compensação dos movimentos verticais não atue de modo regular. Todas as condições supracitadas podem gerar excesso de tensão no tubo ascendente, levando ao rompimento do tubo. Para eliminar o problema, os tubos ascendentes podem ser fornecidos com um elo fraco que apresenta um índice de tensão menor do que os outros componentes do tubo, de modo que ocorre o rompimento do tubo em algum ponto/predeterminado quando existe tensão nele, fato sabido antes do incidente.

[003] O elo fraco deve corresponder às seguintes condições:• Barreiras protetoras, primárias e secundárias; • Proteção do pessoal; e• Proteção do ambiente.

[004] O elo fraco convencional compreende duas partes que são liberáveis e presas entre si, por exemplo, por estacas, que são fraturadas em uma força de tensão predeterminada. Os sistemas convencionais do elo fraco devem suportar as forças de tensão aplicadas ao elo fraco, não só pela estrutura flutuante, como também pela pressão no poço. Por esta razão, as estacas têm que ser classificadas para serem separadas em uma tensão que é a combinação da força de separação conferida pela pressão no poço e a tensão aplicada pela superfície. Desta forma, a pressão no poço flutua. Nas temperaturas elevadas do poço, o elo fraco convencional pode conferir uma utilização operacional muito limitada, visto que ele depende da tensão externa muito limitada antes de romper, e em baixas pressões o elo fraco convencional pode não proteger o sistema, em razão de depender da tensão externa relativamente maior antes de romper. Isto pode gerar um problema não só em relação à janela operacional, como também em relação à proteção segura dos equipamentos existentes na cabeça do poço, como a barreira no poço.

[005] Outro elemento com eles fracos convencionais se dá quando a ruptura do elo fraco pela tensão excessiva no tubo ascendente, isto é, oriunda do deslocamento, derivação ou elevação repentina da pressão fluídica no tubo ascendente, libera forças maciças que atuam no tubo ascendente, fazendo com que ele tenha um comportamento fora do previsto. Caso o tubo ascendente rompa, devido à tensão excessiva, ele atuará como uma mola puxada e pode, na pior das hipóteses, saltar da água, como um projétil, em direção à estrutura flutuante, causando sérios danos ao pessoal e/ou à plataforma/estrutura. Outro problema ocorre quando o ele fraco e/ou a conexão tubular se rompem, o gás fica preso ou os hidrocarbonos são liberados no mar ou na superfície. Nestas situações, é preferível poder controlar o comportamento do tubo ascendente e do seu conteúdo e, até mesmo, executar uma desconexão controlada. São utilizadas diferentes soluções para os elos fracos nos campos técnicos e as conexões do tubo ascendente compensadas pela pressão, incluindo EP 2310613, US 8181704, US 5382052, US 4361165 e US 4059288.

[006] Pelas razões acima, a invenção propõe uma disposição de liberação de cilindro e ou uma disposição de cilindro com um mecanismo de liberação que pode ser utilizado em aplicações em que se propõe desconectar o cilindro de forma rápida e segura, propiciando um maior envelope operacional.

[007] De acordo com a invenção, a disposição de liberação de cilindro e/ou disposição de cilindro com um mecanismo de liberação pode ser utilizada em uma junta de segurança, limitando os problemas relacionados aos elos fracos do estado da técnica, e a utilização da disposição de liberação de cilindro e/ou disposição de cilindro propicia um maior envelope operacional em comparação aos elos fracos tradicionais. A disposição de liberação de cilindro e a disposição de cilindro com um mecanismo de liberação também podem apresentar outras utilizações, em que se faz necessário a liberação rápida e segura da pressão interna no cilindro. Os cilindros podem ser aqueles utilizados em conexão com as aplicações do tubo ascendente.

Sumário da invenção

[008] A invenção se refere a uma disposição de liberação de cilindro e uma disposição de cilindro com um mecanismo de liberação que pode ser utilizado em uma junta de segurança. Especificamente, uma junta de segurança que propicia manter o tubo ascendente intacto por mais tempo e até mesmo manter a tensão no tubo, caso o sistema de compensação dos movimentos verticais seja travado, de modo que o operador dispõe de tempo para executar uma liberação regular mais segura do tubo ascendente na cabeça do poço.

[009] Comparada ao modelo tradicional de elo fraco, a junta de segurança corresponde aos seguintes objetivos:• Prolongar o tempo disponível na execução do ESD(Desligamento de Emergência)/EQD;• Conferir tensão no tubo ascendente após a ativação dajunta de segurança;• Limitar o recuo devido à liberação do hidrocarbono;• Ser independente do conteúdo do tubo ascendente;• Sem corte/fechamento dos furos;• Ser independente da pressão interna; e• Sem agressão ao meio ambiente.

[010] A junta de segurança compreende a primeira e segunda peça do tubo ascendente, formando, respectivamente, as partes interna e externa do tubo ascendente, cujas partes são, respectivamente, conectadas na parte superior e inferior do tubo ascendente quando nele utilizadas.

[011] A primeira e segunda peça do tubo ascendente são inicialmente travadas entre si com uma unidade de liberação coferindo funcionalidade na liberação das duas peças, descritas abaixo. No estado travado, a unidade de liberação agirá ao mover as duas peças do tubo ascendente como uma única unidade.

[012] A invenção é apresentada e se caracteriza nas reivindicações independentes, ao passo que as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção.

[013] Como já mencionado, a disposição de liberação de cilindro e/ou a disposição de cilindro com um mecanismo de liberação da invenção, pode, em um aspecto, sem se prender à invenção, ser implementado na junta de segurança.

[014] Como já foi dito, a invenção se refere a uma disposição de liberação de cilindro, em que ao menos um cilindro é disposto com um pistão no cilindro, e a cabeça do cilindro fecha uma extremidade do cilindro, formando uma câmara entre o pistão e a cabeça do cilindro. O cilindro pode ser fornecido para dispor um vazamento de fluxo de um lado do pistão até o outro lado dele, quando o pistão está em uma determinada posição no cilindro. Outros meios de liberação são apresentados para a liberação do controle subsequente da cabeça do cilindro do cilindro.

[015] Em um aspecto da disposição de liberação de cilindro, o pistão pode ser fornecido com uma haste de pistão. Neste aspecto, o movimento do pistão inclui o movimento da haste do pistão. De acordo com um aspecto, o vazamento pelo pistão ocorre quando ele é distanciado da sua posição de vedação no cilindro. Isto pode ocorrer em função do pistão ser mover na posição que abre um furo de desvio no cilindro e ou pistão. Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, o pistão pode ser deslocado do pilar vedado com a superfície de vedação no cilindro.

[016] Como uma disposição alternativa que propicia vazamento sobre o pistão, o cilindro pode ser fornecido com um diâmetro interno variável ao longo do seu comprimento, e o pistão pode se mover na posição em que o tamanho do diâmetro interno do cilindro excede o diâmetro do pistão, propiciando um intervalo entre o pistão e o diâmetro interno, de modo que o vazamento do fluido pode ocorrer de um lado do pistão até o outro.

[017] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, o meio de liberação pode compreender uma peça de liberação do pistão e dedos conectados na cabeça do cilindro, cujos dedos interagem com a parede do cilindro para travar a cabeça do cilindro no cilindro. Neste aspecto, ao distanciar o pistão da superfície de vedação, a peça de liberação pode deslocar os dedos do contato de travamento com a parede do cilindro ao interagirem com a peça de liberação, propiciando a liberação da cabeça do cilindro do cilindro.

[018] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, a interação entre os dedos e a peça de liberação faz com que o pistão, a haste do pistão e a cabeça do cilindro se distanciem da superfície de vedação e liberem a cabeça do cilindro do cilindro.

[019] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, o pistão com a peça de liberação podem se mover de modo a interagir com os dedos, e, quando a peça de liberação se move em direção aos dedos, uma porção espessa da haste do pistão se desloca do contato de travamento com os dedos.

[020] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, os dedos podem ser dispostos para flexionarem para dentro ao interagirem entre a peça de liberação e os dedos.

[021] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, o contato de travamento entre a porção espessa da haste do pistão pode travar os dedos em contato com os rebordos de retenção complementares no cilindro. Os dedos podem ser formados com os rebordos de retenção como parte da sua superfície externa.

[022] Em outro aspecto da disposição de liberação de cilindro, a deformação das hastes de tensão conectadas entre as duas partes do tubo ascendente pode acionar o movimento da haste do pistão e, consequentemente, o pistão. A extensão as hastes de tensão pode mover o pistão, de modo que os meios de liberação são acionados e liberados.

[023] A invenção também inclui uma disposição de cilindro com um mecanismo de liberação. A disposição de cilindro compreende um cilindro com um pistão no cilindro, conectado na haste do pistão, e uma cabeça de cilindro fechando uma extremidade do cilindro que forma uma câmara entre o pistão e a cabeção do cilindro. A cabeça do cilindro compreende dedos estendidos no sentido axial e fornecidos com uma flexibilidade radial e interna, em que os dedos são travados na disposição de travamento com a parede do cilindro pela porção espessa da haste do pistão. A haste do pistão também compreende uma peça de liberação distanciada da porção espessa. A peça de liberação é configurada para interagir com os dedos, de modo que quando o pistão se move na posição de liberação do dedo e a haste do pistão é movida na direção axial do cilindro, a porção espessa se destrava na interação com os dedos. Um maior movimento da haste do pistão faz a peça de liberação interagir com os dedos, flexionando-os radialmente para dentro, desengatada do cilindro, para garantir a liberação da cabeça do cilindro do cilindro.

[024] Em um aspecto da disposição de cilindro com o mecanismo de liberação, a porção espessa e a peça de liberação da haste do pistão são fornecidas em uma peça separada da haste do pistão no pistão ou em sua haste presa ao pistão, permanecendo na posição até o pistão ser movido na posição em que ele interage com a haste do pistão separada e a move até o cilindro, liberando a cabeça do cilindro.

[025] A junta de segurança compreende o seguinte: - primeira peça do tubo ascendente e segunda peça dotubo ascendente sobrepostas na direção axial e que apresentam conexões na extremidade a serem conectadas como parte do tubo ascendente, - unidade de liberação, travando juntas as duas peças dotubo ascendente no modo não ativado, a unidade de liberação tem outros modos que compreendem um modo parcialmente ativado e um modo inteiramente ativado,em que a unidade de liberação compreende ao menos uma haste de tensão estendida no sentido axial e conectada entre as duas peças do tubo ascendente, cuja haste de tensão é configurada para deformar plasticamente antes da ruptura, acionando os modos parcial e inteiramente ativados,e ao menos uma disposição de cilindro, em que a disposição de cilindro é disposta de modo a compensar ao menos uma haste de tensão na pressão interna no tubo ascendente no modo não ativado e modo parcialmente ativado, e a junta de segurança no modo inteiramente ativado.

[026] De acordo com a invenção, a disposição de liberação de cilindro e a disposição de cilindro com um mecanismo de liberação podem ser utilizadas em um ou vários cilindros incluídos na disposição de cilindro da junta de segurança, já mencionadas, e descritas abaixo em maiores detalhes. A disposição de cilindro também pode ser adaptada para aumentar as forças que atuam contra a liberação da primeira e segunda peça do tubo ascendente no modo inteiramente ativado.

[027] Normalmente, a junta de segurança é posicionada na metade inferior do tubo ascendente, na proximidade da cabeça do poço. Na posição do tubo ascendente, a junta de segurança experimenta as forças maiores da água ao redor. O tubo ascendente pode ser um tubo de qualquer tipo.

[028] A junta de segurança, durante operações normais, não é ativada, isto é, ela permanece no modo não ativado, porém nos casos de tensão excessiva no tubo ascendente, a junta de segurança é ativada pela tensão excessiva. A tensão excessiva aciona a unidade de liberação em duas etapas intermediárias, até a desconexão consolidada; o modo parcialmente ativado, o modo inteiramente ativado (em que ocorre a ação telescópica da junta) e a desconexão final e consolidada em que as duas peças do tubo ascendente são separadas por completo. As etapas inicial e intermediária da unidade de liberação são compensadas pela pressão que exerce pressão no fluido dentro do tubo ascendente. As etapas acima conferem um tempo para operar a desconexão segura do tubo ascendente na cabeça do poço. Caso contrário, a junta de segurança também pode ser configurada para liberar entre si as duas peças do tubo ascendente, consolidando a desconexão.

[029] De acordo com um aspecto da invenção, a disposição de cilindro pode compreender uma série de cilindros disposta de modo a compensar ao menos uma haste de tensão na pressão interna no tubo ascendente no modo não ativado e modo parcialmente ativado, sendo uma série de cilindros adaptada para aumentar as forças que atuam contra a liberação da primeira e segunda peça do tubo ascendente no modo inteiramente ativado. Em outra modalidade, a disposição de cilindro pode compreender várias séries de cilindros, conferindo as diferentes funcionalidades para a unidade de liberação, ocorrendo a compensação da pressão na pressão interna nos modos diferentes, propiciando as forças que atuam contra a liberação.

[030] Pode-se propor uma solução em que a disposição de cilindro compreende a primeira série de cilindros e a segunda série de cilindros, em que a primeira série de cilindros é adaptada para compensar ao menos uma haste de tensão na pressão interna no tubo ascendente no modo não ativado. A segunda série de cilindros é adaptada para compensar ao menos uma haste de tensão na pressão interna do tubo ascendente no modo parcialmente ativado, e em que a segunda série de cilindros é adaptada para aumentar as forças que atuam contra a liberação da primeira e segunda peça do tubo ascendente no modo inteiramente ativado.

[031] As hastes de tensão tem um comprimento axial e são formadas com um material que propicia a deformação plástica. Isto as torna deformadas em um comprimento considerável antes de romperem. A deformação plástica é em torno de 10% do comprimento axial e original das hastes de tensão. A deformação plástica das hastes de tensão confere um movimento nas duas peças do tubo ascendente e um movimento relativo dos elementos na disposição de cilindro conectada nas peças diferentes do tubo ascendente. Este movimento inicia as diferentes etapas da ativação na unidade de liberação.

[032] De acordo com um aspecto da invenção, a(s) haste(s) de tensão é(são) conectada(s) nas duas peças diferentes do tubo ascendente na junta de segurança, como em ao menos um cilindro com pistão e uma haste de pistão como parte da disposição de cilindro. A junta de segurança pode ser configurada para a pressão do fluido no tubo ascendente atuar em um lado do pistão no(s) cilindro(s), na direção oposta à força de tensão no tubo ascendente e no efeito da tampa de extremidade da pressão interna do fluido no tubo ascendente que atua na mesma direção que a força de tensão. Isto faz com que a pressão seja compensada na haste de tensão na pressão do fluido no tubo ascendente. As áreas do(s) pistão(ões) nos cilindros são equilibradas pelo efeito da tampa de extremidade no tubo ascendente, para atingir o efeito visado, isto é, o total das áreas dos pistões equivalente à área da tampa de extremidade, fazendo com que a pressão interna do fluido no tubo ascendente seja eliminada. Este sistema pode ser utilizado em conexão com a disposição de cilindro com uma série de cilindros e uma disposição com a primeira e segunda série de cilindros.

[033] De acordo com um aspecto da invenção, em que a unidade de liberação é disposta no primeiro e segundo cilindros, o primeiro cilindro é disposto para compensar a pressão das hastes de tensão no modo não ativado.

[034] No modo parcialmente ativado da unidade de liberação, as hastes de tensão são estendidas quando a tensão no material atinge o módulo de elasticidade do material nas hastes de tensão, estendendo-as na direção axial de forma permanente. A extensão das hastes de tensão faz com que os pistões na primeira série de cilindros se desloquem do contato de vedação com os respectivos cilindros, levando ao vazamento do fluido de operação (fluido hidráulico) na lateral dos pistões. Por esta razão, o(s) pistão(ões) na primeira série de cilindros não atua como compensadores da pressão nas hastes de tensão, e ele tem que ser movido até a segunda série de cilindros, como na descrição a seguir.

[035] Para obter o vazamento pretendido na primeira série de cilindros, uma solução é a formação do cilindro com diferentes diâmetros internos no comprimento do cilindro. Pode-se também formar um furo no cilindro que é vedado pelo pistão na primeira posição, porém aberto quando o pistão está em outra posição. Pode-se ainda dispor do vazamento pelo pistão.

[036] Em vista da primeira série de cilindros não mais compensar a pressão nas hastes de tensão, elas não devem influenciar na junta de segurança sem necessidade, podendo-se, por esta razão, ao ser prolongada a junta de segurança, liberar as cabeças do cilindro dos cilindros na primeira série de cilindros, para minimizar o risco de compensação dupla e a influência da primeira série de cilindros. A liberação da cabeça dos cilindros pode ser executada de diversas formas ao quebrar a cabeça do cilindro, caso seja de vidro. Pode-se também dispor do pistão interagindo com a cabeça do cilindro e liberar o travamento da cabeça do cilindro no cilindro. Ao liberar a cabeça dos cilindros, a primeira série de cilindros fica exposta à água do mar ao redor. Isto é, caso o fluido acima dos pistões nos cilindros da primeira série de cilindros transborde antes da cabeça do cilindro ser liberada, não há pressão no fluido que atua na cabeça do cilindro, propiciando uma liberação mais controlada na cabeça do cilindro. É importante que não haja uma compensação de pressão dupla nas hastes de tensão, pois isto pode acarretar a perda de controle do tubo ascendente, visto que a compensação dupla pode sobrecompensar ou subcompensar o tubo ascendente.

[037] No modo parcialmente ativado da unidade de liberação, as hastes de tensão continuam a compensar a pressão. Na modalidade suprarreferida, a segunda série de cilindros é adaptada para compensar a pressão interna no tubo ascendente nos modos parcial e inteiramente ativados, cuja explicação segue abaixo em maiores detalhes.

[038] Antes da primeira etapa da atuação da unidade de liberação, também referida como o modo não ativado, o pistão disposto na segunda série de cilindros pode flutuar livremente na haste do pistão. Os pistões podem ser dispostos um perto do outro nos cilindros. Neste estado, a segunda série de cilindros não experimenta qualquer pressão no tubo ascendente e nem influencia nas hastes de tensão. Por esta razão, a segunda série de cilindros só influencia na junta de segurança quando ela está no modo parcialmente ativado.

[039] Quando é ativada a primeira etapa, no modo parcialmente ativado, da unidade de liberação, as hastes de tensão são estendidas axialmente, fazendo a haste do pistão se mover em relação aos pistões na segunda série da série de cilindros. O movimento axial leva à interação entre a haste do pistão e o pistão e eles são interligados. Além disso, a primeira parte do tubo ascendente se move em relação a sua segunda parte, abrindo acesso para que a pressão no tubo ascendente atue no pistão da segunda série de cilindros. A junta de segurança é configurada para que a pressão nos pistões da segunda série de cilindros atue na junta de segurança e, desta forma, as hastes de tensão têm a pressão compensada em relação à pressão interna no tubo ascendente. A abertura que transfere a pressão do fluido do tubo ascendente para a segunda série de cilindros pode ser uma abertura inteiramente aberta ou, como alternativa, podem ser dispostas restrições na abertura, como válvulas operadas por pressão, ou outros elementos. A configuração da junta de segurança também pode ser aquela em que se pode substituir os elementos supracitados na abertura durante a manutenção da junta de segurança, conferindo a ela propriedades modulares.

[040] Uma solução proposta para o acesso de abertura entre a pressão interna do tubo ascendente e a segunda série de cilindros é dispor de uma vedação entre as partes interna e externa do tubo ascendente. A vedação é ativada quando a primeira e segunda peça do tubo ascendente ficam no estado inteiramente colapsado. Quando a primeira e segunda peça do tubo ascendente se movem axialmente, ao serem estendidas as hastes de tensão, a vedação não é mais ativada e a pressão interna do fluido no tubo ascendente de desloca para dentro do espaço anular entre a parte interna e externa do tubo ascendente e para dentro da segunda série de cilindros, atuando em uma lateral dos pistões no cilindro, isto é, na lateral que confere força na direção oposta, em comparação com o efeito da tampa de extremidade do tubo ascendente. Inicialmente, pode-se dispor de um fluido hidráulico no espaço anular. Esta solução também mantém do fluido sujo no tubo ascendente distanciado dos cilindros e do sistema de compensação, até a primeira etapa (no modo parcialmente ativado) ser iniciada e, parcialmente, até que a segunda etapa (no modo inteiramente ativado) da unidade de liberação seja ativada. Pode-se ainda dispor de um disco de ruptura que rompe o deslocamento axial das duas peças do tubo ascendente. Pode-se também dispor da segunda série de cilindros com um sistema similar, descrito mais adiante em maiores detalhes, em que o fluido do tubo ascendente atua na membrana/fole que separa os fluidos sujos e limpos ou podendo integrar o sistema que propicia uma degradação parcial.

[041] No modo inteiramente ativado da unidade de liberação, a tensão no tubo ascendente excede outro valor limiar da(s) haste(s) da tensão, rompendo as hastes de tensão. No modo inteiramente ativado, ao serem quebradas as hastes de tensão, a disposição do cilindro é configurada para conferir uma força que atua contra a extensão da junta de segurança. A disposição do cilindro também é configurada para propiciar uma ação telescópica entre as duas partes do tubo ascendente que se sobrepõem na junta de segurança, e a pressão compensa a junta de segurança na pressão interna dentro do tubo ascendente. A força criada pela unidade de liberação tende a empurrar a suas partes telescópicas entre si, no estado colapsado das partes telescópicas, conferindo tensão no tubo ascendente. A força atua contra as forças de separação. Em uma modalidade, suprarreferida na primeira e segunda série de cilindros, a segunda série de cilindros é geradora parcial da força.

[042] Com o distanciamento entre si das peças do tubo ascendente no modo inteiramente ativado, o pistão na segunda série de cilindros se distancia da posição próximo à posição extrema no cilindro. Em razão do espaço preenchido com o fluido de baixa pressão ser um espaço fechado, do movimento cria um ‘efeito a vácuo’ no fluido com a baixa pressão. O ‘efeito a vácuo’ tende a recuar o pistão no cilindro. Além disso, há também a água do mar que pressiona/empurra a haste do pistão no cilindro. A pressão total da água do mar na extremidade da haste do pistão (a força oriunda da coluna hidráulica da água do mar na extremidade da haste do pistão) e o ‘efeito a vácuo’ no cilindro criam uma força que pressiona as partes inferior e superior do tubo ascendente no estado colapsado, ou, em outras palavras, que atuam contra a força de separação.

[043] Uma alternativa ao fluido de baixa pressão é equipar os pistões na segunda série de cilindros com elementos de tensão que recuam o(s) pistão(ões) no cilindro. Isto pode ser feito além da disposição criadora do ‘efeito a vácuo’. Pode-se também utilizar um campo magnético, motor elétrico ou outras técnicas que produzem força.

[044] Em outro aspecto da invenção, a disposição do cilindro também pode compreender a terceira série de cilindros. A terceira série de cilindros pode ser ativada durante o modo inteiramente ativado da unidade de liberação. A terceira série de cilindros é disposta com água do mar em uma lateral do pistão e um fluido de baixa pressão na outra lateral do pistão. Quando a junta de segurança é estendida, a pressão da água do mar que atua em um lado do pistão e o ‘efeito a vácuo’ no outro lado do pistão auxiliam ao empurrar ou retroceder as duas partes do tubo ascendente no estado colapsado, respectivamente, isto é, a terceira série de cilindros confere uma força que atua contra as forças de separação na junta de segurança. A terceira série de cilindros não faz conexão fluídica com o fluido interno no tubo ascendente.

[045] De acordo com um aspecto da invenção, a terceira série de cilindros também pode ser utilizada separadamente, isto é, sem utilizar a primeira ou segunda série de cilindros, ou utilizá-las de forma combinada com a primeira e segunda série de cilindros ou combinadas somente com a segunda série de cilindros, e sem o restante da unidade de liberação. Desta forma, dispõe-se de uma junta no tubo ascendente, com a primeira e segunda parte do tubo ascendente que é sobreposto e que confere movimento telescópico entre elas, em que o alojamento do cilindro é conectado em uma parte do tubo ascendente e a haste do pistão com o pistão conectado na outra parte. Ao ser utilizado, o espaço delimitado pelo pistão e em conexão vedada com o alojamento do cilindro é preenchido com um fluido de baixa pressão relativa e a lateral oposta do pistão exposto à pressão ao seu redor, isto é, a água do mar. A junta também pode ser disposta com a segunda série de cilindros e pistões, em que uma lateral do pistão é exposta à pressão do fluido no tubo ascendente, e a lateral oposta do pistão experimenta um fluido de baixa pressão relativa. O espaço de baixa pressão cria um ‘efeito a vácuo’, pelo fato de o pistão se deslocar do alojamento do cilindro, recuando o pistão no alojamento, a pressão da água do mar produz uma força que pressiona o pistão dentro do alojamento do cilindro, agindo contra as forças de separação na junta, ao mesmo tempo que a junta é compensada pela pressão na pressão interna do tubo ascendente.

[046] As hastes do pistão e, como consequência, os pistões, são conectadas com a primeira parte do tubo ascendente, e os cilindros são conectados com a segunda parte do tubo ascendente, podendo, como alternativa, ser dispostos de forma oposta. Durante seu uso normal, eles formam, respectivamente, a parte superior ou inferior da junta de segurança, podendo sofrer variações sem partir do âmbito da invenção.

[047] A primeira e segunda parte do tubo ascendente, bem como o cilindro e haste do pistão da segunda série de cilindros, além da terceira série de cilindros, podem apresentar um comprimento que propicia o movimento telescópico entre as partes do tubo ascendente sem a liberação integral das partes entre si. Ao ser propiciado o movimento, além de conferir tensão no tubo ascendente devido às forças que tendem a empurrar as duas partes juntas do tubo ascendente até o estado colapsado, pode-se iniciar a liberação do tubo ascendente de modo seguro pela cabeça do poço, também no modo inteiramente ativado, sem romper o tubo ascendente como um elo fraco regular. Ao ser configurada a disposição do cilindro que confere a força atuante contra as forças de separação no modo inteiramente ativado, a tensão é originada no tubo ascendente devido ao movimento telescópico. Isto faz com que o EDP (Pacote de Desconexão de Emergência) seja levantado do LRP (Pacote do Tubo Ascendente Inferior), caso a junta de segurança esteja posicionada no modo de mar aberto, ou mesmo desconecte o fecho da árvore submarina de teste na faixa terrestre. Durante a desconexão controlada do EDP ou LRP, a conexão telescópica na junta de segurança, entre a primeira e segunda parte do tubo ascendente, é forçada no estado colapsado - minimizando o risco de descontrole do tubo ascendente que danifica o equipamento submarino, como EDP e LRP.

[048] De acordo com um aspecto da invenção, a primeira série de cilindros pode ter um volume interno menor do que o da segunda série de cilindros. A diferença de volume pode até originar comprimentos de pulsão diferentes na primeira série de cilindros, em comparação com a segunda série de cilindros. Em uma modalidade, a primeira série de cilindros pode ter um comprimento menor do que a segunda série de cilindros. A diferença de volume pode, além da diferença do comprimento de pulsão, apresentar uma solução em que a série de cilindros com menor volume confere um movimento mais responsivo do pistão, isto é, uma resposta mais rápida às variações da pressão no tubo ascendente. Mesmo que um líquido incompressível seja utilizado nos cilindros, o líquido ficará um pouco compressível caso seu volume seja grande. Por esta razão, é favorável um líquido de menor volume na compensação da pressão nas hastes da tensão, antes de romperem ou começarem a deformar plasticamente, isto é, no modo parcialmente não ativado da unidade de liberação. Entretanto, propõe-se dispor de um comprimento maior na haste do pistão nos cilindros no modo inteiramente ativado, visto que o movimento telescópico máximo da junta de segurança se torna limitado pelo comprimento da pulsão no cilindro.

[049] De acordo com outro aspecto da invenção, a primeira série de cilindros pode ser conectada na segunda série de cilindros por um link mecânico, em que os cilindros são dispostos um atrás do outro. O link mecânico pode conferir um movimento coordenado e ligado dos pistões na primeira e segunda série de cilindros no modo não ativado e até no modo parcialmente ativado. A primeira e segunda série de cilindros também pode ser disposta entre si como uma extensão. A primeira e segunda série de cilindros pode ser disposta uma sobre a outra ao longo das partes do tubo ascendente. Elas podem ser dispostas como cilindros separados ou formar um cilindro comum com dois pistões, sendo um deles inicialmente flutuante. A primeira e segunda série de cilindros pode ter uma haste de pistão comum ou hastes de pistão separadas. A primeira e segunda série de cilindros também pode ter um alojamento de cilindro comum, ou qualquer combinação das disposições acima.

[050] A série diferente de cilindros pode compreender um ou diversos cilindros. Uma série pode compreender um cilindro e as outras séries, dois, três, quatro, seis, oito ou mais cilindros. As séries diferentes de cilindros também podem ter números de cilindros iguais ou diferentes. Como alternativa, a disposição do cilindro pode ser uma disposição de cilindro anular ou uma combinação de uma ou diversas séries de cilindro/pistão anular e nenhuma, uma ou diversas séries de cilindro/pistão anular. Entretanto, a disposição do cilindro dever ser equilibrada em torno da circunferência da junta de segurança.

[051] A primeira, segunda e mesmo terceira série de cilindros podem ser dispostas em torno da circunferência da junta de segurança e no exterior radial da primeira e segunda partes do tubo ascendente. Elas podem ser espaçadas de modo uniforme em torno da circunferência e espaçadas de modo também uniforme em grupos. As hastes de tensão estendidas axialmente podem ser dispostas entre os cilindros diferentes. As hastes de tensão podem ser posicionadas entre a primeira série de cilindros e ter um comprimento similar ao da primeira série de cilindros. Pode-se ainda posicionar as hastes de tensão entre a segunda série de cilindros. A segunda e terceira série de cilindros pode ser posicionada entre si em torno da mesma circunferência com a primeira série de cilindros disposta axialmente acima ou abaixo da segunda e/ou terceira série de cilindros. As hastes de tensão podem ser espaçadas de modo uniforme em torno da circunferência ou espaçadas de modo também uniforme em grupos em torno da circunferência.

[052] As partes do tubo ascendente fazem parte do furo interno no tubo ascendente ao serem utilizadas no tubo ascendente que se estende desde a cabeça do poço até o vaso flutuante. A segunda série de cilindros pode ter um comprimento de pulsão similar ao da sobreposição entre a primeira e segunda parte do tubo ascendente. Mesmo a terceira série de cilindros pode ter um comprimento similar.

[053] Pode-se dispor de um sistema coletor que é adaptado para distribuir fluido por uma fonte de pressão de fluido para ao menos dois cilindros na disposição do cilindro. A modalidade do coletor propicia uma degradação parcial sem perder a funcionalidade do sistema geral da junta de segurança. Isto é, caso um dos cilindros na disposição dos cilindros falhe ou seja destruída, ou ocorra o travamento ou vazamento em um dos cilindros, o sistema coletor é disposto para que os cilindros restantes na disposição do cilindro não sejam afetados. O sistema coletor compreende um coletor e uma linha de transferência para distribuir a pressão do fluido nos cilindros por um espaço, integrando o coletor, podendo ser anular, em ao menos dois furos separados, cada um estendido ao menos por dois cilindros diferentes, por exemplo, na mesma série de cilindros. Cada furo dispõe de um pistão flutuante entre o espaço do coletor e o(s) cilindro(s).

[054] Pode-se dispor de um cilindro conectado em cada furo com um pistão flutuante, ou se pode também dispor de grupos de cilindros conectados em cada furo com um pistão flutuante, ou sua combinação.

[055] O pistão flutuante tem ao menos uma posição extrema no furo em que o furo é vedado entre o espaço e o cilindro. Pode-se também dispor de posições extremas nas duas extremidades do pistão flutuante. Em caso de vazamento em um dos cilindros, o pistão flutuante no cilindro é empurrado até sua posição extrema vedando o furo, enquanto que o restante dos cilindros continua ativo.

[056] O fluido da fonte de pressão do fluido pode ser diferente daquele nos cilindros e ou no coletor e na linha de transferência, em cujo caso a pressão do fluido da fonte de pressão do fluido pode ser transferida para outro fluido no cilindro e ou no coletor e na linha de transferência. Os dois fluidos diferentes podem ser separados por uma membrana, e a pressão do fluido da fonte de pressão do fluido é transferida pela membrana para o fluido do cilindro e ou no coletor e na linha de transferência. Como alternativa, o fluido da fonte de pressão do fluido é transferido diretamente para os cilindros.

[057] A fonte de pressão do fluido que distribui o fluido no coletor ou nas linhas de transferência pode ser a pressão interna no tubo ascendente ou na fonte de pressão do fluido separada.

[058] Caso a fonte de pressão do fluido seja a pressão interna no tubo ascendente, o restante dos cilindros permanece ativo e a pressão é compensada na haste de tensão, mesmo ocorrendo vazamento em um dos cilindros. Com a posição extrema na direção oposta do pistão flutuante, o fluido limpo não ingressa no coletor e ou no furo de transferência para empurrar a membrana no interior do furo no tubo ascendente.

[059] Pode-se dispor também de um sistema de compensação de pressão sem a funcionalidade de degradação parcial em que o espaço leva a um furo com o pistão flutuante, cujo furo, seguido do pistão flutuante, forma um coletor que leva a vários pistões. O pistão flutuante veda um único furo ao chegar à posição extrema no furo, porém, por meio dele, também veda a transferência de pressão entre a fonte de pressão do fluido, a pressão interna no tubo ascendente ou a fonte de pressão do fluido separada, além dos cilindros. As duas possibilidades acima podem ser consideradas um sistema de dupla barreira, ou se pode dispor também do pistão flutuante com uma configuração de dupla barreira, dois pistões em séries ou duas superfícies de vedação em um único pistão.

[060] O coletor pode compreender ao menos um meio regulador de fluxo, cujo meio regulador de fluxo é adaptado para regular em qual dos cilindros o fluido é distribuído. O meio regulador de fluxo também pode regular a taxa de fluxo em uma ou nas duas direções. Pode-se dispor de um coletor para a primeira série de cilindros. Pode-se também dispor de um coletor para a segunda série de cilindros.

[061] A junta de segurança também pode ser disposta com um sistema de freio a ser utilizado nas situações em que são previstas grandes forças externas no sistema, isto é, propiciando um sistema que aumenta a força de conexão entre a primeira e segunda parte do tubo ascendente e garantindo a integridade contínua das hastes de tensão. O sistema de freio também pode ser utilizado em um elo fraco.

[062] A situação em que se prevê grandes forças externas no sistema ocorre, por exemplo, quando a junta do tubo ascendente é levantada pela zona de respingo. Isto pode ser efetuado ao ser apresentada uma disposição separada de cilindro/pistão conectada entre a primeira e segunda parte do tubo ascendente. Caso o sistema de freio seja aplicado na junta de segurança, a disposição do cilindro/pistão pode ser utilizada com todos ou alguns cilindros na primeira série de cilindros com esta função, ou posicionando os cilindros específicos entre os cilindros na primeira série de cilindros. O cilindro que propicia o sistema de freio é preenchido com fluido e travado em uma posição definida. Em uma modalidade do sistema de freio, o(s) pistão(ões) pode(m) ser travado(s) na posição inferior do(s) cilindro(s), e o volume acima do pistão é preenchido com o fluido. O fluido pode ser travado nos cilindros por meio de uma válvula que pode ser operada de forma remota. O fluido travado nos cilindros pode ser liberado para um receptor ativo, por exemplo, com a pressão de 1 bar ou no mar. Como alternativa, pode-se acrescentar uma pressão extra ao fluido no cilindro pela conexão no cilindro de pressão com, por exemplo, uma pressão de ~700 bares. O sistema de freio pode compreender uma série de cilindros, incluindo um cilindro, porém preferivelmente dois ou mais cilindros separados, tornando o sistema redundante. Em outra modalidade, a primeira série de cilindros pode ser disposta com uma abertura que faz a pressão da água do mar atuar no lado oposto do pistão, comparada à pressão de dentro do tubo ascendente.

[063] De acordo com outro aspecto, o ROV (Veículo de Operação Remota) pode visualizar os casos em que há formação de ‘brecha’ na junta de segurança, indicando que o modo parcialmente ativado é iniciado e que o tubo ascendente deve ser desconectado com segurança da cabeça do poço, considerando a lateral superior para fins de manutenção e instalação da(s) nova(s) haste(s) de tensão. Desta forma, a junta de segurança retorna ao estado original. Pode-se também dispor do monitoramento da brecha, isto é, ao emitir um sinal para o operador caso a primeira etapa (no modo parcialmente ativado) da unidade de liberação tenha sido ativada. O sinal pode ser transferido para o operador de forma remota ou por qualquer outra forma correspondente.

[064] Em um aspecto da invenção, pode-se dispor da segunda série de cilindros para compensar as hastes de tensão na pressão interna, durante toda operação, nos modos não ativado, parcialmente ativado e inteiramente ativado, não sendo necessária a primeira série de cilindros. Nesta modalidade, pode-se dispor também da terceira série de cilindros, porém é considerável uma solução sem eles.

[065] De acordo com outros aspectos da invenção, a junta de segurança, além do supracitado, pode ser equipada com um elemento de vidro e um sistema de quebradura, que, caso a junta de segurança seja estendida em um comprimento predeterminado, inicia a quebradura do elemento de vidro liberando as duas peças no tubo ascendente na junta de segurança. Pode-se dispor também de um elemento de vidro na forma de um disco de ruptura, cujo disco de ruptura é adaptado para romper em diferenças de pressão predeterminada. O disco de ruptura propicia a comunicação da pressão entre diferentes cilindros na disposição do cilindro entre a disposição do cilindro e o interior do tubo ascendente e/ou entre a disposição do cilindro e a água do mar.

[066] A invenção também propõe uma solução para manter o sistema com fluido limpo no sistema hidráulico no modo parcialmente ativado, liberando somente fluido limpo em seu entorno. A liberação do fluido limpo da primeira série de cilindros compõe uma quantidade relativamente pequena de fluido limpo.

[067] Pode-se dispor de soluções alternativas para ativar o modo parcialmente ativado e modo inteiramente ativado. As soluções podem ser controladas por meio elétrico, sistemas e molas, sistemas controlados de deformação, pedais de freio na haste, etc.

[068] Como já foi dito, a invenção propõe um método para operar uma junta de segurança em caso de tensão excessiva no tubo ascendente, apresentando um tubo ascendente com uma junta de segurança compreendendo a primeira parte do tubo ascendente e a segunda parte do tubo ascendente sobrepostas na direção axial e que conectam as extremidades para que a junta integre o tubo ascendente, a junta de segurança também compreende uma unidade de liberação com ao menos uma haste de tensão estendida no sentido axial e conectada entre as duas partes do tubo ascendente, em que: no modo não ativado, a junta de segurança mantém as partes do tubo ascendente como uma unidade e a pressão compensa as hastes de tensão na pressão interna do tubo ascendente, a tensão no tubo ascendente é aumentada no modo parcialmente ativado criando, desta forma, a deformação plástica das hastes de tensão,a tensão no tubo ascendente se torna ainda maior no modo inteiramente ativado quebrando, desta forma, as hastes de tensão,em todos os modos, não ativado, parcialmente ativado e inteiramente ativado, ocorre a desconexão controlada do tubo ascendente em outra junta do tubo ascendente,ou, no modo de liberação integral, quando a tensão se torna ainda maior, liberando as duas partes do tubo ascendente na junta de segurança.

[069] Em uma modalidade da invenção, o método supra, após a etapa de aumento da tensão no tubo ascendente, no modo inteiramente ativado, com a quebra das hastes de tensão, pode compreender também uma etapa de ativação de uma série de cilindros na disposição do cilindro, criando uma força na junta de segurança que atua contra a liberação das duas partes do tubo ascendente, propiciando ação telescópica na junta de segurança.

Breve descrição dos desenhos

[070] As características acima, além de outras da invenção, são esclarecidas na descrição abaixo de uma modalidade, indicada como exemplo não limitado, com referência aos seguintes desenhos a ela anexados:A Fig. 1 apresenta uma vista lateral da junta de segurança.A Fig. 2 apresenta uma vista transversal da junta de segurança no estado colapsado.A Fig. 3 apresenta o modo parcialmente ativado da junta de segurança.A Fig. 4 apresenta uma vista detalhada do bloco múltiplo da junta de segurança.A Fig. 5 apresenta uma vista detalhada da conexão entre a primeira série de cilindros e a segunda série de cilindros.A Fig. 6 apresenta uma vista de perspectiva simplificada do sistema de freio.A Fig. 7 apresenta uma vista de perspectiva simplificada da terceira série de cilindros.

[071] As Figuras 1 e 2 mostram uma modalidade da junta de segurança 4. A junta de segurança 4 é adaptada para integrar o tubo ascendente estendido desde a plataforma flutuante até a cabeça do poço ou similar.

[072] A junta de segurança 4 compreende uma unidade de liberação que trava as duas partes juntas do tubo ascendente 8, 9 no modo não ativado. A unidade de liberação também tem um modo parcialmente ativado e um modo inteiramente ativado, cuja explicação segue abaixo.

[073] A unidade de liberação da junta de segurança 4 compreende ao menos uma haste de tensão estendida no sentido axial 20 e conectada entre as duas partes do tubo ascendente 8, 9, cuja haste de tensão 20 é configurada para deformar plasticamente, antes da ruptura, ativando os modos parcial e inteiramente ativados. Ao menos uma única haste de tensão 20 é disposta axialmente ao longo da direção longitudinal da junta de segurança 4. A(s) haste(s) de tensão 20 é(são) conectada(s) na primeira peça de conexão 3 na extremidade superior e no coletor, mostrado nas figuras como um bloco coletor 6 em sua extremidade inferior. Entre as hastes de tensão 20, a primeira série de cilindros se encontra disposta 16. A primeira série de cilindros 16 pode compreender um ou uma pluralidade de cilindros. A primeira série de cilindros 16 pode ter perfurações 16A no mar. A segunda série de cilindros 27, cuja série pode compreender um ou uma pluralidade de cilindros, é disposta abaixo da primeira série de cilindros 16. Os cilindros da segunda série de cilindros 27 são conectados no bloco coletor 6, cujo bloco coletor 6, pelo cano externo 2, é conectado na segunda peça de conexão 7. O bloco coletor 6 e a peça de conexão 7 são dispostos em uma distância fixada, enquanto que o tubo interno 1 e a haste do cilindro da segunda série de cilindros 27 podem gerar ação telescópica.

[074] As hastes do cilindro dos cilindros da primeira série de cilindros 16 são conectadas nas hastes do cilindro dos cilindros da segunda série de cilindros 27. Em uma modalidade alternativa, o posicionamento da primeira série de cilindros 16 e da segunda série de cilindros 27 pode ser mudado, pelo qual as conexões entre as diferentes partes podem ser similares as da modalidade descrita. Entre a segunda série de cilindros 27, pode-se dispor da terceira série de cilindros 32, cuja terceira série de cilindros 32 pode compreender um ou uma pluralidade de cilindros. Na modalidade apresentada, a terceira série de cilindros 32 tem comprimento igual ao da segunda série de cilindros 27. As diferentes séries de cilindros 16, 27, 32 são descritas abaixo em maiores detalhes.

[075] A Fig. 2 mostra uma vista transversal da junta de segurança 4 de acordo com a invenção, em que a junta de segurança está no modo não ativado (estado colapsado), cujo modo é o modo de operação normal da junta de segurança 4. O furo interno 10 é formado na junta de segurança 4 e se estende por todo comprimento da junta de segurança 4 na extensão do furo 10 do tubo ascendente, pela passagem contínua entre o poço e a superfície. A junta de segurança 4 compreende a primeira 8 e segunda 9 partes do tubo ascendente disposto na conexão telescópica. A primeira parte do tubo ascendente 8, isto é, sendo a parte superior da junta de segurança 4, é disposta de maneira sobreposta na segunda parte do tubo ascendente 9. A primeira parte do tubo ascendente 8 tem um cano interno 1 móvel e disposto dentro do cano externo 2 na segunda parte do tubo ascendente 9, formando um volume V entre o cano interno 1 e externo 2. O sistema de vedação 24 veda entre o cano interno 1 e o cano externo 2 na parte ultrainferior do cano interno 1, no modo não ativado, na fig. 2. O cano interno 1 é conectado na primeira parte do tubo ascendente 8 pela primeira peça de conexão 3. O cano externo 2 é conectado na segunda peça do tubo ascendente pela segunda peça de conexão 7. Pode-se dispor dos elementos acima de maneira oposta.

[076] Os primeiros furos radiais 12, ou sua pluralidade, dispostos se conectam com fluidez no furo interno 10 com um ou uma pluralidade de furos axiais 13 dispostos no exterior radial do furo interno 10. Além disso, cada furo axial 13 é conectado no cilindro da primeira série de cilindros 16. O pistão flutuante à prova de fluido 14 flutua dentro de cada furo axial 13, cujo pistão flutuante 14 pode se mover entre a primeira superfície de parada 15A e a segunda superfície de parada 15B no furo axial 13. O pistão flutuante 14 se move no furo axial 13 como resposta às diferenças de pressão entre a primeira e segunda lateral dele, sendo referidos como o lado superior e inferior do pistão flutuante 14. Cujas laterais superior e inferior podem ser mudadas dependendo da configuração da junta de segurança. A pressão do furo interno 10 atua na parte superior do pistão flutuante 14, enquanto que a pressão de cada cilindro na primeira série de cilindros 16 atua na parte inferior do pistão flutuante 14. No modo não ativado, a primeira série de cilindros 16 compensa a pressão na junta de segurança 4, em razão da área de trabalho total a jusante 17A (mais bem mostrada na Figura 5) do(s) pistão(ões) 17 na primeira série de cilindros 16 ser semelhante à área da tampa de extremidade operada a montante do furo 10 do tubo ascendente, para compensar a pressão interna no furo interno 10, visto que a soma das áreas 17A dos pistões 17 equivale à área da tampa de extremidade.

[077] Pode-se dispor de um número de haste(s) de tensão axial(is) (não mostrado na fig. 2, elemento 20, na fig. 1) entre a primeira série de cilindros 16. As hastes de tensão 20 podem deformar plástica e axialmente (até ~10% do seu comprimento original) antes de quebrarem. As hastes de tensão 20 podem ter um comprimento entre 0,5 e 2 metros, até mesmo de 1 metro, dependendo do material nas hastes de tensão e da configuração da junta de segurança 4. A extensão da haste de tensão inicia os diferentes modos da junta de segurança. O operador pode escolher a resistência das hastes de tensão proveniente das necessidades de projetos diferentes. Durante as condições normais de operação, isto é, quando a junta de segurança 4 não está no modo ativado, a(s) haste(s) de tensão permanece(m) intacta(s) e não fica(m) exposta(s) às forças excedentes, e a pressão é compensada em relação à pressão interna no tubo ascendente.

[078] No interior do furo interno 10, que cobre os primeiros furos radiais 12, é disposto um fole 11 que propicia comunicação de pressão entre o furo interno 10 e os furos axiais 13. O fole 11 separa o fluido no tubo ascendente do fluido limpo e hidráulico no furo axial 13. Cada furo(s) axial(is) 13 é tal qual a conexão fluídica de um cilindro da primeira série de cilindros 16, assim como o fluido limpo e hidráulico no furo(13) axial é o mesmo fluido hidráulico da primeira série de cilindros 16. Desta forma, o movimento a jusante do pistão flutuante 14 no furo axial (como resposta ao aumento de pressão do fluido dentro do tubo ascendente) eleva a pressão do fluido limpo e hidráulico, cuja pressão no fluido atua na área de operação a jusante 17A de cada cilindro/pistão 17. Como alternativa, a invenção propõe uma solução sem fole 11, em que o pistão flutuante 14 atua como a unidade divisora entre o fluido no tubo ascendente e o fluido limpo e hidráulico.

[079] Caso a junta de segurança 4, isto é, as hastes de tensão 20, experimente forças de tensão excessivas, provenientes, por exemplo, da tensão excessiva no tubo ascendente, as hastes de tensão 20 começam a deformar plasticamente na direção axial, conferindo um movimento relativo entre a primeira peça de conexão 3 e o bloco coletor 6. Esta situação, em que as hastes de tensão 20 começam a deformar plasticamente, é denominada modo parcialmente ativado. A deformação plástica da(s) haste(s) de tensão 20 produz inúmeras ações na junta de segurança 4, apresentadas na fig. 3.

[080] A Fig. 3 apresenta o modo parcialmente ativado da junta de segurança 4, em que a(s) haste(s) de tensão 20 começa(m) a deformar devido ao acesso de tensão. No já apresentado modo parcialmente ativado, a compensação das hastes de tensão em relação à pressão interna no furo 10 do tubo ascendente é transferida da primeira série de cilindros 16 para a segunda série de cilindros 27.

[081] A deformação das hastes de tensão 20 aciona o movimento da haste do pistão 18, incluindo o pistão 17, da primeira série de cilindros 16. Quando o movimento relativo alcança uma distância, o pistão 17 se desloca do pilar vedado com a superfície de vedação 19 (ver vista detalhada na fig. 5) no cilindro 30. Por esta razão, ocorre um vazamento por todo pistão 17, e o pistão 17 não mais compensa as hastes de tensão 20 na pressão interna do tubo ascendente. A compensação é transferida para a segunda série de cilindros 27. Este movimento também desloca a porção espessa da haste de pistão 18 do contato de travamento com os “dedos” na extensão radial 22 conectados na tampa de extremidade do cilindro/cabeça do cilindro 21. O contato de travamento trava os dedos 22 em contato com os rebordos de retenção 31 na parede interna do cilindro. Com o movimento contínuo do pistão 17, enquanto as hastes de tensão 20 adquirem uma maior deformação plástica, os “dedos” 22 na extensão radial da tampa de extremidade do cilindro/cabeça do cilindro 21 interagem com a peça de liberação 23 do pistão 17 e deslocam os dedos 22 do engate com os rebordos de retenção complementares 31 na parede do cilindro, fazendo com que a haste do pistão 18, o pistão 17 e a cabeça/ tampa de extremidade do cilindro 21 se movam a montante do cilindro. O(s) pistão(ões) 17 da primeira série de cilindros 16 é(são) disposto(s) com a peça de liberação 23, cuja peça de liberação faz os dedos 22 flexionarem para dentro quando o pistão 17 se move a montante do cilindro. A referida ação libera os cilindros 30 na primeira série de cilindros 16 em duas partes separadas, não havendo forças oriundas da primeira série de cilindros 16 atuando na junta de segurança 4. Em razão do pistão 17 se mover a montante da haste do pistão 18 na extensão inicial das hastes de tensão 20, uma área menor e menor na superfície de vedação 19 veda entre o pistão 17 e o cilindro 30. E, quando o pistão 17 se desloca do engate de vedação com o cilindro pela superfície de vedação 19, o fluido hidráulico na parte superior do pistão 17 (operando na área de trabalho 17A) pode fluir no exterior radial do pistão 17, devido ao aumento de diâmetro do cilindro. Até o vazamento por todo pistão 17, o pistão flutuante 14 que flutua dentro do furo axial 13 se move no sentido ascendente da segunda superfície de vedação e parada 15B, indicando o limite da quantidade de fluido que pode ser empurrada em direção ao fole 11 e fazendo com que ele 11 seja empurrado para dentro do furo interno 10 do tubo ascendente. Além disso, são também dispostos furos 19A ao redor, para que a água do mar entre pelos furos 19A e atue na parte inferior do pistão flutuante 14, quando o sistema está no modo parcialmente ativado. Neste momento, a primeira série de cilindros 16 não mais compensa a pressão da junta de segurança 4 e a pressão compensada é transferida para a segunda série de cilindros 27, descrita a seguir.

[082] Simultaneamente ao movimento da haste do pistão 18 e do pistão 17, o cano interno 1 se move axialmente e na direção ascendente do cano externo 2, em razão da deformação axial das hastes de tensão 20, de modo que o sistema de vedação 24 não mais veda entre o cano interno 1 e o cano externo 2, fazendo com que a pressão no tubo ascendente entre no Volume V entre os canos interno 1 e externo 2. Em seguida, a pressão/fluido é transferida pelo Volume V em direção ao bloco coletor 6 (vista detalhada na fig. 4) e para o segundo furo radial 26, pelo bloco coletor 6, fluindo até um ou mais cilindros da segunda série de cilindros 27 e atuando na parte superior de cada pistão 33 em cada cilindro 35 na segunda série de cilindros 27. Da mesma forma como na primeira série de cilindros 16, as forças de operação a montante dos fluidos dentro do furo no tubo ascendente 10, isto é, a força da “tampa de extremidade”, são equilibradas ao propiciarem uma área de trabalho no sentido descendente de tamanho igual ou similar ao da área da tampa de extremidade no furo do tubo ascendente 10. A segunda série de cilindros 27 também atua contra a separação da primeira e segunda parte do tubo ascendente 8, 9, pelo “efeito a vácuo”, em cada cilindro 35, isto é, em que há vácuo ou fluido, com 1 bar de pressão no lado inferior de cada pistão 33 nos cilindros 35. Quando o pistão 33 se move no cilindro 35, o fluido apresenta um maior volume de preenchimento criando uma pressão ainda menor, além de criar uma força que empurra o pistão 35 até o estado colapsado, isto é, o estado colapsado do cilindro 35, para dentro do cilindro novamente. Outrossim, a pressão hidrostática da água do mar atua na área superior de cada haste do pistão 34, acrescentando força adicional na direção a jusante do sistema. Neste momento, a segunda série de cilindros 27 faz com que a pressão seja compensada na junta de segurança 4 em relação à pressão interna no tubo ascendente.

[083] Um ou mais cilindros na segunda série de cilindros 27 pode ser substituído pela terceira série de cilindros 32. A terceira série de cilindros 32 não é conectada no furo interno 10 do tubo ascendente, porém é aberta ao mar, fazendo com que a pressão hidrostática da água do mar de determinado local atue na lateral superior do pistão, e o “efeito a vácuo” atue na lateral inferior dele. Em águas mais profundas, a terceira série de cilindros 32 pode conferir uma força extra bastante substancial atuando contra a separação da primeira e segunda parte do tubo ascendente 8, 9, devido à grande coluna hidrostática na água do mar.

[084] A Fig. 4 mostra uma modalidade do bloco coletor 6 montado no cano exterior 2. Ao menos o segundo furo radial 26 se estende na direção radial do bloco coletor 6 e cria uma conexão entre o fluido interno no tubo ascendente e a segunda série de cilindros 27. O segundo furo 26 pode ser inteiramente aberto ou dispor de meios reguladores de fluxo no furo 26, como uma válvula, disco de ruptura, válvula de estrangulamento, etc. Na modalidade mostrada, são dispostos meios reguladores de fluxo exemplificados como uma válvula 28 no segundo furo 26. O segundo furo 26 é conectado em um lado no Volume V entre o cano interior 1 e o cano exterior 2, levando, no outro lado, ao volume(s) dos cilindros na segunda série de cilindros 27. A junta de segurança 4 pode ser disposta com acesso ao furo 26 pelo lado de fora da junta de segurança 4, fazendo com que seja alterado qualquer elemento posicionado no furo 26 sem desmontar por completo a junta de segurança 4.

[085] A Fig. 6 mostra uma vista perspectiva do sistema de freio a ser utilizado com a junta de segurança ou em uma conexão de elo fraco entre as duas partes 8, 9 no tubo ascendente. O sistema de freio pode ser utilizado nos casos em que são esperadas grandes forças externas no sistema, isto é, propondo um sistema que aumenta a força de conexão entre a primeira e a segunda parte do tubo ascendente 8, 9 e garantindo que as hastes de tensão 20 permanecem íntegras. Isto pode ser feito apresentando uma disposição de cilindro/pistão separada 40 e conectada entre a primeira e segunda parte do tubo ascendente 8, 9 ou, como alternativa, utilizando a primeira série de cilindros 16, ou uma combinação da primeira série de cilindros 16 e a disposição de cilindro/pistão separada 40 com esta finalidade. O volume 41 acima do pistão 42 nos cilindros de freio 47 compõe a disposição de cilindro/pistão separada 40 que é preenchida com fluido e travada em uma posição definida. O fluido pode ser travado/preso nos cilindros de freio 47 por uma válvula (não mostrada) que pode ser operada de forma remota. O fluido travado/preso nos cilindros de freio 47 pode ser liberado para um receptor ativo 43, por exemplo, com a pressão de 1 bar ou no mar 44. As válvulas 45, 46 podem ser fornecidas entre o mar 44 e os cilindros de freio 47 e entre o receptor ativo 43 e os cilindros de freio 47. Como alternativa, pode-se acrescentar uma pressão extra ao fluido nos cilindros de freio 47 pela conexão no cilindro de pressão 48 com, por exemplo, uma pressão de ~700 bares. O sistema de freio pode compreender uma série de cilindros 47, incluindo um cilindro, porém preferivelmente dois ou mais cilindros separados, tornando o sistema redundante.

[086] A Fig. 7 mostra uma vista de perspectiva simplificada da terceira série de cilindros. Em uma modalidade, pode-se dispor também da junta de segurança 4 com mais uma terceira série de cilindros 32, cuja terceira série de cilindros 32 pode compreender um ou uma pluralidade de cilindros que são ativados durante o modo inteiramente ativado da unidade de liberação. Os cilindros da terceira série de cilindros 32 são fornecidos com ao menos uma abertura 56 para o mar no volume 50 da parte superior no pistão do cilindro 51, apresentando fluido no lado inferior 52 do pistão 51. A figura mostra que a haste do cilindro 57 é ligada de forma mecânica na primeira parte do tubo ascendente 8 e o cilindro é ligado de forma mecânica na segunda parte do tubo ascendente 9. Isto é o que ocorre após a junta de segurança telescopar uma menor distância predeterminada, pela qual se deve observar que a haste do cilindro 57, por meios apropriados, é conectada na primeira parte do tubo ascendente 8 seguido da menor distância telescopada. Quando a junta de segurança 4 é estendida, a pressão da água do mar que atua no lado superior do pistão do cilindro 51 e o “efeito a vácuo” (~ baixa pressão) no lado inferior do pistão 51 auxiliam a forçar as duas partes do tubo ascendente 8, 9 no estado colapsado, isto é, conferindo uma força que atua contra as forças de separação na junta de segurança 4.

[087] Pode-se dispor de uma junta com a primeira e segunda parte sobrepostas no tubo ascendente, propiciando movimento telescópico entre as duas partes diferentes, no qual as duas partes podem estar conectadas na disposição do cilindro compreendendo ao menos um cilindro, na forma descrita em relação à terceira série de cilindros acima. Isto faz com que haja um sistema de compensação dos movimentos verticais com a água do mar como o banco acumulador. Em outra configuração, pode-se dispor de uma junta com o acréscimo de ao menos um cilindro, na forma descrita em relação à segunda série de cilindros acima. Desta forma, obtém-se uma junta telescópica na pressão compensada com a água do mar como o banco acumulador no sistema.

[088] Em uma modalidade alternativa da junta de segurança, pode-se utilizar outro elemento a ser plasticamente deformado, pelo fato de a junta de segurança ser estendida no estado parcialmente ativado. Pode-se dispor de uma manga na junta e ser obtida a deformação plástica, por exemplo, ao ser alargada para ter uma extensão controlada da junta de segurança, antes de chegar ao estado inteiramente ativado.

[089] A invenção foi explicada com referência aos desenhos que a acompanham. O técnico conhecedor irá observar que na referida modalidade podem ser feitas alterações e modificações integrando o escopo da invenção, como definido nas reivindicações anexas.

Claims (10)

1. Disposição de liberação de cilindro caracterizada por compreender:ao menos um cilindro (30, 35), um pistão (17, 33) posicionado no cilindro (30, 35), e uma cabeça do cilindro (21) fechando uma extremidade do cilindro e formando uma câmara entre o pistão (17, 33) e a cabeça do cilindro (21);em que o cilindro é configurado para prover um vazamento de fluido de um lado do pistão (17) até o outro lado do pistão, quando o pistão está localizado em uma primeira distância a partir de uma posição de vedação na qual o pistão está em contato de vedação com uma superfície de vedação do cilindro; emeios para liberação de modo controlado da cabeça do cilindro a partir do cilindro subsequente ao vazamento de fluido de um lado do pistão (17) até o outro lado do pistão;em que os meios para liberação de modo controlado da cabeça do cilindro a partir do cilindro compreendem uma peça de liberação (23) do pistão (17) e um número de dedos (23) conectados na cabeça do cilindro (21), em que, ao mover o pistão a uma segunda distância da posição de vedação (19), a peça de liberação (23) faz os dedos (22) se deslocarem do contato de travamento com o cilindro para liberarem a cabeça do cilindro do cilindro.

2. Disposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o pistão ser provido com uma haste do pistão (18), que é configurada para mover com o pistão (17), e em que o vazamento de fluido de um lado do pistão (17) até o outro lado do pistão ocorre quando o pistão (17) se distancia da sua posição de vedação no cilindro.

3. Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por, na posição de vedação do pistão, o pistão (17) estar em um pilar vedado com a superfície de vedação (19) no cilindro.

4. Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a interação entre os dedos (22) e a peça de liberação (23) permitir que o pistão (17), a haste do pistão (18) e a cabeça do cilindro se distanciem da superfície de vedação (19) e libere a cabeça do cilindro do cilindro.

5. Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por, quando a peça de liberação (23) é movida em interação com os dedos (22), uma porção espessa (18A) da haste do pistão (18) é movida para fora do contato de travamento com os dedos (22).

6. Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por os dedos (22) serem configurados para flexionarem para dentro durante a interação entre a peça de liberação (23) e os dedos (22).

7. Disposição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por o contato de travamento entre a porção espessa (18A) da haste do pistão (18) e os dedos (22) travar os dedos (22) em contato com o cilindro através do engate dos dedos com os rebordos de retenção que são providos em pelo menos um do cilindro e os dedos.

8. Disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a deformação das hastes de tensão conectadas entre as duas peças de tubo ascendente acionar o movimento da haste do pistão.

9. Disposição de cilindro com mecanismo de liberação caracterizada por compreender:um cilindro (30);um pistão (17) que está posicionado no cilindro (30) e é conectável a uma haste do pistão (18); e uma cabeça do cilindro (21) que fecha uma extremidade do cilindro (30), formando uma câmara entre o pistão (17) e a cabeça do cilindro (21);a cabeça do cilindro (21) compreende um número de dedos estendidos na direção axial (22) que são configurados com flexibilidade interna e radial, e os dedos são travados no engate de travamento ao cilindro pela porção espessa (18A) da haste do pistão (18);em que a haste do pistão (18) compreende adicionalmente uma peça de liberação (23) que está disposta a uma distância a partir da porção espessa (18A), e a peça de liberação (23) é configurada para interagir com os dedos (22), de modo que quando o pistão se move na posição liberada do dedo pela haste do pistão (18) na direção axial em relação ao cilindro (30), a porção espessa (18A) se desloca da interação de travamento com os dedos (22) e o movimento prolongado da haste do pistão (18) faz a peça de liberação (23) interagir com os dedos (22), fazendo com que os dedos (22) flexionem radial e internamente para fora do engate com o cilindro (30), permitindo a liberação da cabeça do cilindro (21) do cilindro (30).

10. Disposição de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por a haste do pistão (18) compreender uma primeira peça e uma segunda peça separada na qual a porção espessa (18A) e a peça de liberação (23) da haste do pistão (18) são providas e que permanecem posicionadas até a primeira peça ser conectada na segunda peça durante a ativação do mecanismo de liberação.

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