BR112017026677B1 - Conjunto de bobina autoajustável - Google Patents

Abstract

APARELHO, SISTEMA E MÉTODO DE CONJUNTO DE BOBINA AUTOAJUSTAVEL A presente invenção é um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo controlados por computador que geralmente podem manter tensão constante em um cabo umbilical de bobina.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[01] Em geral, a presente invenção refere-se a um aparelho, sistema e método para um conjunto de bobina controlado por computador autoajustável. Mais particularmente, a presente invenção fornece um conjunto de bobina novo e melhorado que pode manter uma tensão constante e uma configuração de deslizamento constante no cabo umbilical de uma bobina offshore à medida que o cabo umbilical varia e a direção de implantação é invertida. 2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR

[02] Quando pilhas de prevenção de explosão submarinas são baixadas para o fundo do mar para facilitar a perfuração de poços de petróleo e gás, são baixadas em um tubo de subida de perfuração, que tem um longo duto com um diâmetro interior tipicamente de cerca de dezenove polegadas (48,26 cm), o que atua como o duto principal para as operações de perfuração. No lado de fora deste duto será material de flutuação para torná-lo mais leve na água, linhas de circulação de alta pressão chamadas linhas de estrangulamento e morte, e cabos umbilicais de controle. Os cabos umbilicais de controle podem ser hidráulicos, elétricos, de fibra óptica ou uma combinação destes.

[03] Os cabos umbilicais são presos às linhas de alta pressão no tubo de subida, de modo que o tubo de subida de perfuração carregue o peso das linhas implantadas. Os cabos umbilicais são manipulados na superfície por bobinas, que devem soltar o cabo umbilical quando o tubo de subida de perfuração é baixado e rebobinar o cabo umbilical quando o tubo de subida de perfuração é recuperado. Os cabos umbilicais podem ser mangueiras, cordas de fio, cabo, mangueiras, fibras ópticas, elétricos ou combinações destes.

[04] Um primeiro nível de controle dessas bobinas era para ter uma válvula controlando um motor nas bobinas e simplesmente acompanhar o movimento do tubo de subida de perfuração. Isso foi feito com um "loop de serviço" que enviou os cabos umbilicais sobre uma primeira roldana, baixou um loop solto, voltou sobre uma segunda roldana, e depois apertou para o tubo de subida.

[05] Um próximo nível de controle foi simplesmente usar um acelerador de ar e colocar o cabo umbilical em tensão em todos os momentos. Quando o tubo de subida de perfuração é baixado, ele puxa o motor contra o suprimento pneumático e bombeia o ar de volta ao sistema de ar, um pouco como a regeneração, ou despejou o ar gerado através de uma válvula de alívio. Despejar o ar gerado é mais viável, pois o fornecimento pneumático é provável de uma pressão muito alta para a bombear de volta. À medida que o raio para o cabo umbilical sendo implantado a partir de um carretel completo para um carretel vazio pode variar até 3/1, uma tensão de cabo umbilical de 1000 libras (45,36 kg) no envoltório exterior irá se traduzir em 3000 libras (1.360,77 kg) no envoltório interior. Isso significa que você deve ter pessoal monitorando a bobina para manter a tensão com um intervalo razoável. Além disso, você tem uma embreagem de deslizamento para evitar alta tensão, se um tubo de subida de perfuração for baixado quando os freios estiverem colocados na bobina; uma configuração de embreagem de deslizamento de 1500 libras (680,39 kg). No envoltório exterior torna-se uma configuração de embreagem de deslizamento de 4500 libras (2.041,16 kg) no envoltório interior.

[06] O que isso significa é que, em todos esses casos, pessoal deve estar empenhado em monitorar e controlar a tensão de cabo umbilical em todos os momentos durante as operações de execução. Este pessoal adicionado em uma plataforma offshore cara de espaço restrito é necessário no momento crítico em que a pilha de prevenção de explosão e o tubo de subida de perfuração são executados e o compromisso de pessoal está no máximo.

[07] Mesmo com o compromisso de pessoal adicional para monitorar e controlar a tensão de cabo umbilical, nenhuma solução foi disponível para esta configuração de deslizamento de alta segurança quando o cabo umbilical está sendo solto a partir dos envoltórios interiores. Com os longos estudos de tentar reduzir os requisitos de pessoal nessas plataformas offshore, não houve solução oferecida para esses problemas.

[08] As tentativas da técnica anterior para melhorar esse problema obviamente não forneceram as soluções desejadas. Assim, existe a necessidade de um aparelho, processo e / ou sistema que forneça um conjunto de bobina inteligente autoajustável para bobinas. As limitações acima discutidas na técnica anterior não são exaustivas. A presente invenção fornece um aparelho, método e sistema de baixo custo e de economia de tempo de bobinas, onde a técnica anterior falha.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[09] Tendo em vista as desvantagens anteriores inerentes nos tipos conhecidos de bobinas utilizadas com aplicações offshore agora presentes na técnica anterior, a presente invenção fornece um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados. Como tal, o propósito geral da presente invenção, que será descrito subsequentemente em maior detalhe, é fornecer uma bobina nova e melhorada, que possui todas as vantagens dos dispositivos da técnica anterior e nenhuma e ou menos das desvantagens.

[010] É, portanto, contemplado que a presente invenção é um aparelho, sistema e método para manter automaticamente uma tensão relativamente constante e uma carga de deslizamento relativamente constante sobre um cabo umbilical que é implantado a partir de um carretel em uma bobina por ser apertado para um tubo de subida de perfuração submarino compreendendo um quadro tendo um eixo; um carretel tendo flanges e um tambor em que referido carretel é montado no referido eixo e adaptado para segurar referido cabo umbilical offshore; um motor em comunicação com referida bobina e adaptado para rodar referida bobina; um dispositivo de tensão adaptado para manter automaticamente uma tensão relativamente constante e uma carga de deslizamento relativamente constante sobre referido cabo umbilical quando é implantado a partir de referido carretel; e um computador de processamento em comunicação com referido dispositivo de tensão e referido motor em que referido computador de processamento é adaptado para calcular referida tensão constante relativa e referido deslizamento constante relativo e controlar referido motor.

[011] Deste modo, foi delineado de forma bastante ampla as características mais importantes da invenção, de modo que a descrição detalhada a seguir possa ser melhor compreendida e para que a presente contribuição para a técnica possa ser melhor apreciada. Existem, evidentemente, características adicionais da invenção que serão descritas a seguir e que constituirão o objeto das reivindicações anexas.

[012] A este respeito, antes de explicar pelo menos uma modalidade da invenção em detalhe, deve ser entendido que a invenção não é limitada nesta aplicação aos detalhes de construção e aos arranjos dos componentes expostos na descrição ou ilustrados a seguir nos desenhos. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada e realizada de várias formas. Além disso, deve ser entendido que a fraseologia e a terminologia aqui empregadas são para fins de descrição e não devem ser consideradas limitativas. Como tal, os especialistas na técnica apreciarão que a concepção sobre a qual esta descrição se baseia pode ser facilmente utilizada como base para a concepção de outras estruturas, métodos e sistemas para a realização dos vários propósitos da presente invenção. É importante, portanto, que as reivindicações sejam consideradas como incluindo tais construções equivalentes na medida em que não se afastem do espírito e do alcance da presente invenção.

[013] Além disso, o objetivo do sumário anterior é permitir que o Escritório de marcas e patentes dos Estados Unidos e o público em geral, e especialmente os engenheiros e profissionais da técnica que não estão familiarizados com os termos legais ou fraseologia, determinem rapidamente a partir de uma inspeção superficial a natureza e a essência da divulgação técnica da aplicação. O sumário não pretende definir a invenção da aplicação, que é medida pelas reivindicações, nem se pretende limitar de forma alguma o alcance da invenção.

[014] Por conseguinte, é um objeto da presente invenção fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados que possam fornecer um controlo automático da tensão de um cabo umbilical de águas profundas à medida que uma pilha de prevenção de explosão é baixada em um tubo de subida de perfuração e o raio para o cabo umbilical muda.

[015] Além disso, um objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados para fornecer um controle automático da configuração de deslizamento de carretel de um cabo umbilical de águas profundas à medida que uma pilha de prevenção de explosão é baixada em um tubo de subida de perfuração e o raio para o cabo umbilical muda.

[016] Outro objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados para fornecer um método de controlar automaticamente intrinsecamente seguramente a tensão de um cabo umbilical de águas profundas à medida que uma pilha de prevenção de explosão é baixada sobre um tubo de subida de perfuração e o raio para o cabo umbilical muda.

[017] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados para fornecer um método de controlar intrinsecamente seguramente o controle automático da configuração de deslizamento de carretel de um cabo umbilical de águas profundas à medida que uma pilha de prevenção de explosão é baixada em um tubo de subida de perfuração e o raio para o cabo umbilical muda.

[018] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados que possam determinar intrinsecamente a direção de rotação do carretel.

[019] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados que possam fornecer ar para aumentar o deslizamento.

[020] É um outro objeto da presente invenção fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados, que é de uma construção durável e confiável e pode ser utilizado em vários tipos de aplicações de bobinas e guinchos.

[021] Um objeto adicional da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados, que é susceptível a um baixo custo de fabricação, instalação e trabalho, o que, consequentemente, é suscetível a baixos preços de venda para a indústria consumidora, tornando assim esse sistema economicamente disponível para aqueles que estão no campo.

[022] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados, que fornecem todas as vantagens da técnica anterior, ao mesmo tempo em que ultrapassam algumas das desvantagens normalmente associadas aos mesmos.

[023] Estes, juntamente com outros objetos da invenção, juntamente com as várias características da novidade, que caracterizam a invenção, são apontados com particularidade nas reivindicações anexas e que fazem parte desta divulgação. Para uma melhor compreensão da invenção, suas vantagens operacionais e os objetos específicos alcançados por suas utilizações, deve ser feita referência aos desenhos anexos e à matéria descritiva em que existem modalidades preferidas ilustradas da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES PICTORIAIS, GRÁFICOS, DESENHOS E APÊNDICES

[024] A invenção será melhor compreendida e os objetos diferentes dos estabelecidos acima se tornarão evidentes quando se considerar a seguinte descrição detalhada da mesma. Essa descrição faz referência às ilustrações, gráficos, desenhos e apêndices ilustrados anexados.

[025] A Figura 1 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que descreve um sistema de equipamento submarino que utiliza uma bobina com as características desta invenção.

[026] A Figura 2 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa uma vista em perspectiva de uma bobina utilizando as características desta invenção.

[027] A Figura 3 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa uma vista frontal da bobina da Figura 2.

[028] A Figura 4 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa uma vista de extremidade da bobina da Figura 2.

[029] A Figura 5 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa uma vista em perspectiva de uma embreagem de deslizamento que é utilizada nesta invenção.

[030] A Figura 6 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa uma vista lateral da embreagem de deslizamento da Figura 5 tomada geralmente ao longo das linhas de seção "6-6".

[031] A Figura 7 é uma meia seção da porção de cilindro da embreagem de deslizamento tomada geralmente ao longo das linhas de seção "7-7".

[032] A Figura 8 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa um esquema da implementação da presente invenção utilizando um único módulo de computador.

[033] A Figura 9 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa um esquema da implementação da presente invenção utilizando um módulo de computador estacionário no quadro e um módulo de computador rotativo no carretel.

[034] A Figura 10 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa um módulo independente utilizado para atualizar os módulos dos esquemas nas Figuras 8 e 9.

[035] A Figura 11 é uma ilustração geral de uma modalidade preferida de acordo com a invenção que representa um esquema da implementação da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[036] Referindo-se às ilustrações, desenhos e imagens, o caractere de referência 10 geralmente designa um aparelho de bobina, sistema e método de utilização do mesmo novos e melhorados que geralmente pode manter tensão constante em um cabo umbilical de bobina. A invenção 10 é geralmente utilizada com bobinas e / ou guinchos com aplicações offshore, mas deve ser entendido que a invenção 10 pode ser utilizada para aplicações não offshore e pode ser utilizada em outras operações com bobinas e guinchos em geral. Para fins de conveniência, o número de referência 10 pode geralmente ser utilizado para a indicação da invenção, porção da invenção, modalidades preferidas da invenção e assim por diante.

[037] Com referência agora à Figura 1, uma vista de um sistema completo para perfurar poços submarinos 20 é mostrada para ilustrar a utilidade da presente invenção. O tubo de subida de perfuração 22 é mostrado com um tubo central 24, linhas de fluido externas 26 e cabo umbilical, cabo ou mangueira 28.

[038] Abaixo do tubo de subida de perfuração 22 é uma junta flexível 30, um pacote de tubo de subida marinho inferior 32, uma pilha de prevenção de explosão inferior 34 e uma cabeça de poço ou sistema de cabeça de poço 36 aterrissado no fundo do mar 38.

[039] Abaixo da cabeça de poço 36, pode ser visto que um furo foi perfurado para uma primeira coluna de revestimento 40, que a primeira coluna de revestimento 40 foi aterrissada e cimentada no lugar, um furo perfurado através da primeira coluna de revestimento 40 para uma segunda coluna de revestimento 42, a segunda coluna de revestimento 42 cimentada no lugar, e um furo está sendo perfurado para uma terceira coluna de revestimento pela broca de perfuração 44 na coluna de perfuração 46.

[040] A pilha de prevenção de explosão inferior 34 geralmente compreende um conector hidráulico inferior para se conectar ao sistema de cabeça de poço subsequente 36, usualmente 4 ou 5 dispositivos de prevenção de explosão estilo carneiro, um dispositivo de prevenção anular, e um mandril superior para conexão pelo conector no pacote de tubo de subida marinho inferior 32, que não são mostrados individualmente, mas são bem conhecidos na técnica.

[041] Abaixo da linha de fluido exterior 26 é um conector de estrangulamento e morte (C & K) 50 e um tubo 52, que é geralmente ilustrativo de uma linha de estrangulamento e morte. O tubo 52 desce para as válvulas 54 e 56, que fornecem fluxo para ou a partir do furo central da pilha de prevenção de explosão, conforme pode ser apropriado de tempos em tempos. Normalmente, uma linha de morte entrará no furo dos dispositivos de prevenção de explosão abaixo do carneiro mais baixo e tem a função geral de bombear fluido pesado para o poço para sobrecarregar a pressão no furo ou "matar" a pressão. A implicação geral disso é que a lama mais pesada não pode ser circulada no furo de poço, mas deve ser forçada nas formações. Uma linha de estrangulamento normalmente entrará no furo de poço acima do carneiro mais baixo e geralmente destina-se a permitir a circulação para circular a lama mais pesada no poço para recuperar o controle de pressão do poço. A circulação normal é abaixo da coluna de perfuração 46, através da broca de perfuração 44.

[042] Na circulação de perfuração normal, bombas de lama 60 levam lama de perfuração 62 a partir do tanque de lama 64. A lama de perfuração 60 será bombeada para cima um tubo de subida 66 e para baixo da extremidade superior 68 da coluna de perfuração 46. Será bombeada para baixo da coluna de perfuração 46, para fora da broca de perfuração 44, e retornar até a área anular 70 entre o exterior da coluna de perfuração 46 e o furo do poço sendo perfurado, para cima do furo da segunda coluna de revestimento 42, através do sistema de cabeça de poço subsequente 36, a pilha de prevenção de explosão inferior 34, o pacote de tubo de subida marinho inferior 32, para cima do tubo de subida de perfuração 22, para fora de um bocal 72 e de volta para o tanque de lama 64.

[043] Durante situações em que uma pressão anormalmente alta da formação entrou no furo de poço, o tubo central com paredes finas 24 normalmente não é capaz de suportar as pressões envolvidas. Ao invés de fazer a espessura de parede do tubo de subida de perfuração de perfuração de diâmetro relativamente grande o suficiente para suportar a pressão, o fluxo é desviado para uma linha de estrangulamento ou linha de fluido externa 26. É mais econômico ter uma parede relativamente grossa em um tubo pequeno para suportar as pressões mais elevadas do que ter a parede proporcionalmente grossa no maior tubo de subida.

[044] Quando as pressões mais elevadas devem ser contidas, um dos dispositivos de prevenção de explosão de carneiro ou anular é fechado em torno do tubo de subida de perfuração e o fluxo que se aproxima da área anular 70 ao redor do tubo de subida de perfuração é desviado para fora através da válvula de estrangulamento 54 para dentro do tubo 52. O fluxo passa através do conector C & K 50, para fora das linhas de fluido externas 26, que é anexado ao diâmetro exterior do tubo central 24, através de meios de estrangulamento ilustrados em 74, e de volta ao tanque de lama 64.

[045] No lado oposto do tubo de subida de perfuração 22 é mostrado o cabo ou mangueira 28 que atravessam uma roldana 80 a partir de uma bobina 82 na embarcação 84. O cabo ou mangueira 28 é mostrado tipicamente entrando no topo 90 do pacote de tubo de subida marinho inferior 32. Estes cabos 28 geralmente transportam sinais hidráulicos, elétricos, multiplexais elétricos ou fibra óptica. Tipicamente, existem pelo menos dois destes sistemas de cabos 28 para redundância, que são caracteristicamente pintados amarelo e azul. À medida que os cabos umbilicais 28 entram no topo 90 do pacote de tubo de subida marinho inferior 32, normalmente entram em um bloco de controle 92 para entregar o fornecimento ou os sinais. O fornecimento hidráulico é entregue a um ou mais acumuladores hidráulicos duplos 94 localizados no pacote de tubo de subida marinho inferior 32 ou a pilha de prevenção de explosão inferior 34 para armazenar o fluido hidráulico sob pressão até que seja necessário.

[046] Com referência agora à Figura 2, a bobina 82 é mostrada com maior detalhe. A bobina 82 tem quadro 100, olhais de elevação 102, 104, 106 e 108, carretel 110 tendo flanges 111 e tambor 112 montado no eixo 113 e mancal 114, embreagens de deslizamento 116, motor 118, giratório 120, conjunto de vento nivelado 122 montado em montagem em forma de banana 124, caixa de controle 126, e engrenagem ou roda dentada 128. O giratório 120 pode ser hidráulico, elétrico, fibra óptica ou uma combinação de qualquer um destes. A engrenagem ou a roda dentada 128 é montada em garras de deslizamento 116 que estão fixas ao carretel 110.

[047] Também ilustrado na bobina 82 são o módulo de controle de quadro 130 e o módulo de controle de carretel 132 que são mostrados dentro do carretel 110.

[048] Com referência agora à Figura 3, a relação das embreagens de deslizamento 116 e o módulo de controle de quadro 130 é mostrada de tal modo que, à medida que o carretel 110 roda, cada das embreagens de deslizamento 116 passa perto do módulo de controle de quadro 130. Como será discutido mais tarde, cada vez que a embreagem de deslizamento 116 passa pelo módulo de controle de quadro 130, eles serão detectados e contados para determinar o número de rotações do carretel 110 e a direção de rotação do carretel 110. Em uma modalidade alternativa, acelerômetros sobre ou dentro do carretel 110 fornecerão essa capacidade.

[049] Com referência agora à Figura 4, embreagens de deslizamento 116A, 116B e 116C são observadas, com a quarta embreagem de deslizamento 116D escondida atrás da caixa de controle ou painel 126. Isto significa que, para cada rotação do carretel 110, o módulo de controle de carretel 132 verá quatro indicações, assim dividirá o número por 4 para obter o número real de rotações. As coberturas de acesso 134 e 136 são mostradas na extremidade do carretel 110. Estas dão acesso ao interior do carretel 110 para instalar e servir o módulo de controle de carretel 132.

[050] Com referência agora à Figura 5, é vista uma vista em perspectiva de uma das embreagens de deslizamento 116, mostrando os parafusos de montagem 150 para fixá-los ao lado do carretel 110, pastilhas de freio 152 e 154 para engatar a engrenagem ou roda dentada 128 e fornecer uma força de pega de fricção, e cilindro 156, que fornece carga controlada para regular a carga de fricção deslizante.

[051] Com referência agora à Figura 6, uma vista da embreagem de deslizamento 116 é mostrada de acordo com a vista "6-6" tomada a partir da Figura 5. Lacuna 158 é mostrada entre as pastilhas de freio 152 e 154 para recepção deslizante da engrenagem ou roda dentada 128.

[052] Com referência agora à Figura 7, uma meia seção de cilindro 156 é mostrada tomada da seção "7-7" da Figura 6. As anilhas de mola 170 fornecem uma força contra o pistão 172, que por sua vez carrega a pastilha de freio 152 através da extremidade 174. Pressão de ar regulada através da entrada 176 na área de pistão 178 fornece uma força para compensar a força das anilhas de mola 170, regulando a força na extremidade 174 e, portanto, a pastilha de freio 152 para ajustar a força necessária para fazer escorregar a engrenagem ou a roda dentada 128. A pressão de ar regulada através da porta 180 e portagem 182 no pistão 172 atuam na área de pistão 184 do pistão 172 para serem aditivos à força das anilhas de mola 170 quando é desejada uma maior força de fricção. A tampa de pistão 186 é rodada nas roscas 188 para fornecer uma configuração mecânica inicial à magnitude de força das anilhas de mola 170.

[053] Com referência agora à Figura 8, caixa 200 engloba geralmente os componentes mecânicos da bobina 82, a caixa 202 engloba geralmente os componentes do painel de controle local 126, a caixa 204 geralmente engloba os componentes do módulo de controle de quadro 130 e a caixa 206 geralmente engloba os componentes do painel de controle do perfurador.

[054] A caixa 200 inclui o carretel 110, o eixo 113, embreagens de deslizamento 116A a 116D, rotatório de ar 210, fornecimento de ar 212, válvula de desligamento de ar 214, motor de ar 216 com engrenagem ou roda dentada 218 montada, engrenagem ou roda dentada acionada 220, e motor de acionamento de vento nivelado 222. A engrenagem ou roda dentada acionada 220 são mostradas alinhadas com a engrenagem ou roda dentada 218 e também é mostrada com uma vista frontal tendo quatro protrusões 224 em 90 graus. As protrusões 224 são provavelmente uma porção das embreagens de deslizamento 116, mas podem ser outras quantidades e outros componentes. Os freios 226 são mostrados e serão operados pela caixa de controle 126.

[055] A caixa 202 inclui os componentes de uma caixa de controle pneumático que proporcionaria controle de torque constante de uma bobina, e alguns componentes que a alteram para ter uma operação de tensão constante, como será descrito a seguir.

[056] A caixa 204 é a caixa de controle que inclui os componentes que convertem a bobina em operação de tensão constante. O (s) sensor (es) de proximidade ou componente (s) de detecção 230 e 232 pode ser acústico, laser, microondas ou outros meios para detectar quando as protrusões 224 passam. Além disso, eles estão posicionados de forma que ambos detectam protrusão 224 uma após a outra, mas o segundo para detectar protrusão 224 também detectará antes que o primeiro para a detecção. O componente de detecção 230 é o componente de detecção primário e o componente de detecção 232 é o componente de detecção secundário. Quando o componente de detecção 230 primeiro detecta uma das protrusões 224, o componente de detecção 232 será verificado para ver se está detectando ao mesmo tempo. Se o componente de detecção 232 estiver detectando quando o componente de detecção 230 começa a detectar a protrusão 224, isso significará que a bobina está girando na direção de enrolamento. Se o componente de detecção 232 não estiver detectando quando o componente de detecção 230 começa a detectar a protrusão 224, isso significará que a bobina está girando na direção de liberação.

[057] O computador de processamento 240 é inicialmente configurado com entradas no diâmetro de tambor de bobina, largura de bobina, diâmetro de flange de bobina, diâmetro de cabo umbilical, a dimensão inicial a partir do diâmetro externo do flange de bobina, e a distância a partir do lado do flange de bobina para posição de cabo umbilical atual. O computador de processamento 240 recebe as indicações a partir dos componentes de detecção 230 e 232, calcula o envoltório atual do cabo umbilical na bobina, e determina a pressão de ar de motor apropriada para fornecer o torque apropriado e a pressão de ar de embreagem de deslizamento adequada para a porta 176 da Figura 7 para definir a configuração de deslizamento apropriada. O objeto geral desses cálculos é acabar com um impulso de tensão constante no cabo umbilical, por exemplo, 1000 libras (453,59 kg), e uma configuração de deslizamento apropriada na bobina, por exemplo, tensão de cabo umbilical de 1500 libras (680,39 kg). Esta configuração de tensão de cabo umbilical e configuração de deslizamento é para permanecer relativamente constante a partir de um carretel cheio iniciando o abaixamento da pilha de prevenção de explosão para seu pouso no fundo do mar e de volta à superfície. Isso não envolve apenas o fato de que as configurações de torque e deslizamento do motor devem mudar sempre que o cabo umbilical começa no novo nível de enrolamento, mas também que simplesmente reverter a bobina tem histerese de fricção, auxiliando você em uma direção e trabalhando contra você na outra direção.

[058] A pressão de ar de motor apropriada computada é enviada ao motor ao longo da linha 250 para a válvula de seletor 252, para o regulador de pressão de furo grande 254, através da válvula seletora de furo grande 256 e, em seguida, para o motor de ar 216. O método de geração dos sinais de pressão de motor de ar apropriados é medir a pressão em linha 250 usando o transmissor de pressão 260 e enviar as informações de volta ao computador de processamento 240 ao longo do fio 262. Se a pressão de ar na linha 250 for baixa, o computador de processamento 240 envia um sinal através do fio 264 para a válvula 266 para temporariamente abrir a válvula e deixar a maior pressão de fornecimento na linha de fornecimento 268 entrar na linha 250. Se a pressão de ar na linha 250 for baixa, computador de processamento 240 envia um sinal através do fio 270 para a válvula 272 para abrir temporariamente a válvula e ventilar a pressão em linha 250 para reduzir a pressão. O computador de processamento 240 é programado em um loop repetitivo, portanto, verificará repetidamente a pressão na linha 250 através do transmissor de pressão 260, garantindo continuamente que a pressão na linha 250 esteja dentro da faixa de pressão requerida.

[059] Ao implantar o cabo umbilical e todo o cabo umbilical ser implantado para um envoltório e a bobina começa a se desdobrar a partir do próximo envoltório inferior, o raio é reduzido para que o requisito de torque de bobina / motor seja reduzido. Naquele momento, o computador 240 calcula a pressão inferior necessária para a linha 250 e começa a pulsar a válvula 272 até a pressão estar na faixa apropriada. Alternativamente, ao recuperar o cabo umbilical à medida que a pilha de prevenção de explosão retorna à superfície e o cabo umbilical começa a envolver na próxima camada mais alta, o computador 240 inicia a válvula de pulsação 266 para aumentar a pressão na linha 250 para o nível calculado requerido.

[060] Do mesmo modo, um sinal é calculado por processamento de computador 240 e embutido na linha 280 para as embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D usando o transmissor de pressão 282, a válvula 284 para aumentar a pressão, e válvula 286 para reduzir a pressão. Neste caso, o sinal em linha 280 é comunicado às embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D através do giratório de ar 210. O giratório de ar 210 pode ser feito integralmente com o eixo 113 ou pode ser um deslizamento no giratório de ar 210 como é ilustrado na Figura 8.

[061] A caixa 206 mostra uma única válvula 290, que é montada em um local remoto, como o alojamento de controle do perfurador. A válvula 290 é uma válvula dentada de duas posições e na posição atual, a pressão na linha 292 é simplesmente ventilada. Isto significa que o sinal de ar na linha 250 será comunicado através da válvula 252 ao regulador 254 e ajusta a pressão sobre o motor conforme determinado pelo computador de processamento 240. De modo semelhante, o sinal de ar na linha 280 será comunicado através da válvula 298 para as embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D, conforme determinado pelo computador de processamento 240. Quando a válvula 290 é movida para a posição de retenção alternada, entrada de ar de maior pressão a partir da linha 294 é introduzida na linha 292 deslocando a válvula 252 para permitir a pressão a partir do acelerador manual 296 para controlar a pressão do motor e deslocar a válvula 298 para ventilar a pressão de ar a partir das embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D. Isso retorna a bobina para o que é conhecido como controle de torque constante, ou uma bobina que simplesmente mantém o torque de bobina atual até que o acelerador seja alterado e não tenha ajustes nas configurações de embreagem de deslizamento. A válvula 300 é a válvula de controle de freio.

[062] A porta de infravermelho 302 é usada para atualizar o programa de computador no computador de processo 240 através da linha 304 quando um módulo de carregamento como será descrito mais tarde é envolvido com o perfil 306 para o alinhamento adequado.

[063] Com referência agora à Figura 9, é ilustrado um esquema semelhante ao da Figura 8, sendo as caixas 202 e 204 idênticas. A caixa de bobina 200 é substituída pela caixa de bobina 310 e a caixa 204 é substituída pela caixa 312 e pela caixa 314.

[064] A caixa 314 também é mostrada como localizada dentro do carretel 110 como mostrado na caixa 310 em vez de no quadro como a caixa 312 e a caixa 204 são. Enquanto a caixa 204 proporcionou um único computador de processamento 240 para controlar tanto a pressão do motor como a pressão da embreagem de deslizamento, nesta configuração caixa 312 controla a pressão do motor e a caixa 314 controla a pressão da embreagem de deslizamento. Um efeito disso é que o sinal está passando pelo giratório na direção oposta, e outro é que você não precisa mais de um giratório se você fizer o pacote de bateria 315 dentro da caixa 314 grande o suficiente para executar várias viagens ao fundo do mar ou fornecimento de ar suficiente pode ser fornecido no tanque de ar 316 através do conector 317 ou o giratório de ar 210 para alimentar o motor de ar 318, que aciona o gerador 319 para manter o pacote de bateria 315 carregado.

[065] A caixa 310 mostra que a linha de fornecimento de ar 268 é tomada pela linha de ar 320, através da válvula 322, linha 324 e sai do giratório de ar 210 como linha de ar 326, que vai alimentar a caixa 314. Sempre que a válvula 290 na caixa 206 é atuada e aplica pressão à linha 292, a válvula 322 é deslocada e a pressão nas linhas 324 e 326 é descartada retornando as embreagens de deslizamento ao modo de torque constante padrão (não ajustável).

[066] A caixa 312 inclui todos os componentes da caixa 204 da Figura 8, exceto os componentes 280, 282, 284 e 286, que foram utilizados para controlar a configuração nas embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D, que estão incluídas na caixa 314.

[067] A porta de infravermelho 325 é usada para atualizar o programa de computador no computador de processo 327 através da linha 328 quando um módulo de carregamento como será descrito mais tarde é engatado com o perfil 330 para o alinhamento adequado.

[068] A caixa 314 é localizada dentro do carretel 110 (como mostrado na caixa 310), não possui as informações de referência que a caixa 204 forneceu. Acelerômetros 350 e 352 são fornecidos para detectar rotações e direção rotacional como será descrito mais adiante. Como foi feito na Figura 8, isso será usado para determinar se o cabo umbilical está indo para o próximo envoltório exterior ou o próximo envoltório interior quando ele atinge qualquer um dos flanges laterais no carretel.

[069] O cálculo da pressão de embreagem de deslizamento necessária é feito no computador de processo 354 e enviado para as embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D ao longo das linhas 356 e 358. A válvula 359 é fornecida entre as linhas 356 e 358 e é aberta por pressão a partir da linha de ar de fornecimento 326 ao longo da linha 360 para permitir que o sinal computado passe. Se a pressão de fornecimento for reduzida a zero, o sinal de fornecimento na linha 360 é ventilado e a bobina retorna para operação de torque constante.

[070] Um sinal é calculado pelo processamento de computador 354 e embutido na linha 356 para embreagens de deslizamento 116A, 116B, 116C e 116D usando o transmissor de pressão 362, a válvula 364 para aumentar a pressão, e a válvula 366 para reduzir a pressão, de modo semelhante como transmissor de pressão 282, válvula 284, e válvula 286 onde usado na Figura 8.

[071] Porta de infravermelho 370 é utilizada para atualizar o programa de computador no computador de processo 354 através da linha 372, quando um módulo de carregamento, como será descrito mais tarde, é acoplado com o perfil 374 para alinhamento apropriado.

[072] Referindo-nos agora à Figura 10, em uma rotação completa de carretel 110, os acelerômetros verão mais um g e menos um g e podem contar os ciclos g como rotações. Quando acelerômetro primário 331 é deslocado um g como mostrado, acelerômetro secundário 332 pode ser posicionado a 45 graus, como mostrado na direção de liberação 361. Este ângulo é um exemplo, o ângulo real pode ser qualquer ângulo diferente de 0 graus, 90 graus, 180 graus, ou 270 graus. Quando o acelerômetro primário 331 está em zero g, se o acelerômetro secundário 332 está lendo mais um ou menos um g, dirá a direção de rotação. Neste caso, se as leituras de g estão diminuindo isso significará que o carretel 110 está rodando na direção de liberação. Se as leituras de g estão aumentando, isto significa que o carretel 110 está rodando na direção de enrolamento. Esta informação pode ser alimentada de volta para o computador de processo 354 para determinar quando o cabo umbilical vem para o final de um envoltório uma camada se adicionar ao raio para o cabo umbilical ou para subtrair a partir dele.

[073] Referindo-nos agora à Figura 11, um módulo de carregamento 380 que tem um perfil 382 para engate e alinhamento convenientes com perfis 306, 330, e 374, quando computadores de processo 240, 327, ou 354 precisam ser inicialmente programados ou atualizados. Transmissor de infravermelho 384 engata porta de infravermelho 302, 325, ou 370 para programar inicialmente ou refrescar os computadores de processo apropriados. Computador de processo 388 é carregado a partir de um computador padrão através de um USB ou outra porta 390 que é feita à prova de explosão por um protetor de tampa apropriado 392. Linhas 394 conectam a porta 390 para processar computador 388 e linha 396, por sua vez, conecta computador de processo 388 para a porta de infravermelho 384.

[074] Quando o módulo de carregamento 380 é levado para atualizar um computador de processo na bobina, será muitas vezes na área propensa a explosão perigosa de uma plataforma de perfuração offshore. Por este motivo todos os módulos usados precisam ser à prova de explosão. Neste caso, os interruptores necessários para operar os modelos de carregamento são interruptores magnéticos enterrados no material de encapsulamento sólido 397. Os outros módulos descritos antes, provavelmente, terão a mesma construção. Ímã 400 é usado para operar os interruptores com funções como desligar e ligar 402, entrar, carregar no modo de carregamento 404 ou descarregar no modo de descarregamento 406, aumentar leitura 408, e diminuir leitura 410. Saída de leitura 412 irá exibir as leituras do modo atual sendo ajustadas. Provavelmente apenas os botões ligar e desligar, carregamento, e descarregamento serão usados e programação adicional será simplesmente inserida através da porta 390.

[075] Invenção 10, por conseguinte, contempla um conjunto de bobina para um cabo umbilical no mar compreendendo um quadro tendo um eixo; um carretel tendo flanges e um tambor em que referido carretel é montado em referido eixo e adaptado para segurar referido cabo umbilical offshore; um motor em comunicação com referida bobina e adaptado para rodar referido carretel; um dispositivo de tensão adaptado para manter automaticamente uma tensão relativamente constante e uma carga de deslizamento relativamente constante em referido cabo umbilical quando implantado a partir de referido carretel; e um computador de processamento em comunicação com referido dispositivo de tensão e referido motor, em que referido computador de processamento é adaptado para computar referida tensão constante relativa e referido deslizamento constante relativo e controlar referido motor.

[076] Invenção 10 também contempla, portanto, um conjunto de bobina para um cabo umbilical no mar em que referido dispositivo de tensão inclui, pelo menos, uma embreagem de deslizamento ligada ao referido quadro, adaptada para engatar referido carretel, e em comunicação com referido computador de processamento; em que referido dispositivo de tensão inclui, pelo menos, dois sensores de proximidade ligados a referido carretel, adaptados para detectar a direção de rotação de referido carretel, e em comunicação com referido computador de processamento; em que referido dispositivo de tensão inclui, pelo menos, dois acelerômetros ligados a referido carretel, adaptados para detectar direção de rotação de referido carretel; e em comunicação com referido computador de processamento; e pode incluir ainda um módulo de carregamento de computador em comunicação sem fio com referido computador de processamento.

[077] As modalidades particulares descritas acima são apenas ilustrativas, como a invenção pode ser modificada e praticada em diferentes, mas equivalentes maneiras evidentes para os peritos na técnica tendo o benefício dos ensinamentos aqui. Além disso, nenhuma limitação destina-se aos detalhes de construção ou desenho aqui apresentados, exceto tal como descrito nas reivindicações abaixo. Por conseguinte, é evidente que as modalidades particulares descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do âmbito e espírito da invenção. Por conseguinte, a proteção aqui procurada é como definido nas reivindicações abaixo.

[078] Podem ser feitas alterações nas combinações, operações e arranjos das várias partes e elementos aqui descritos, sem se afastar do espírito e âmbito da Além disso, nomes, títulos, cabeçalhos e divisão citado são fornecidos por conveniência e, portanto, ser considerados limitantes.

Claims (3)

1. Conjunto de bobina para um cabo umbilical offshore caracterizado pelo fato de que compreende: um quadro (100) tendo um eixo (113); um carretel (110) tendo flanges (111)e um tambor em que referido carretel (110) é montado em referido eixo (113) e adaptado para segurar referido cabo umbilical offshore; um motor (118) em comunicação com referido carretel (110) e adaptado para rotacionar o referido carretel (110); um dispositivo de tensão adaptado para manter automaticamente uma tensão relativamente constante e uma carga de deslizamento relativamente constante sobre referido cabo umbilical quando é implantado a partir de referido carretel (110), em que o referido dispositivo de tensão inclui um acelerômetro primário (331), ligado ao referido carretel (110) e adaptado para detectar a direção de rotação do referido carretel (110) de forma independente, e um acelerômetro secundário (332), ligado ao referido carretel (110) em um ângulo a partir do acelerômetro primário (331) e adaptado para detectar a direção de rotação do referido carretel (110) de forma independente; e um computador de processamento em comunicação com o referido acelerômetro primário (331), acelerômetro secundário (332) e referido motor (118) em que referido computador de processamento é adaptado para calcular referida tensão constante relativa e referido deslizamento constante relativo e controlar referido motor (118) através da medição da diferença de força g entre o referido acelerômetro primário (331) e o referido acelerômetro secundário (332).

2. Conjunto de bobina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido dispositivo de tensão inclui pelo menos uma embreagem de deslizamento (116) anexada a referido quadro (100), adaptada para engatar referido carretel (110), e em comunicação com referido computador de processamento.

3. Conjunto de bobina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um módulo de computador em comunicação sem fio com referido computador de processamento.

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