BR112019027937B1 - Dispositivo de preensão para manusear equipamentos com uma coluna de perfuração - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo de preensão (I) adaptado para o manuseio de equipamento (10) com uma coluna de perfuração (5), em que uma carcaça de atuador anelar (2) inclui um disco de excêntrico rotativo ativado hidraulicamente (4) que está disposto para deslocar uma série de corrediças de travamento (3) a partir de uma primeira posição, na qual as corrediças de travamento (3) são retraídas para dentro da carcaça do atuador (2) e uma segunda posição na qual as corrediças de travamento (3) estão engatadas com a coluna de perfuração (5) se estendendo através de uma abertura central no dispositivo de preensão (1), apoiando-se contra um ressalto de uma junta de ferramenta (5A) na coluna de perfuração (5), e em que o dispositivo de preensão (i) é conectado a uma alimentação hidráulica e retorna para atuação do disco de came (4) via um acoplador hidráulico (8A) em uma porta de conexão (7C) na carcaça do atuador (2), e em que pressuriza e ventila alternadamente dois volumes de atuação adjacentes (4A, 4B) no disco de came (4) produz a rotação do disco de came (4) dentro de um setor do disco de came (4).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de preensão para manusear equipamentos com uma coluna de perfuração por meio do dispositivo de preensão, com o equipamento afixado nele, pendurado na parte cônica superior de uma das juntas de ferramenta na coluna de perfuração. O dispositivo pode ser integrado a uma ferramenta ou equipamento ou pode ser um componente independente que é combinado com outro equipamento. O dispositivo pode ser usado para instalar e puxar equipamentos em mar aberto ou em uma coluna de elevação marítima (riser). Nas operações de perfuração e outras operações de poço, a coluna de perfuração passará por uma abertura central no dispositivo de preensão, o equipamento manuseado e mais em baixo dentro do poço.

[002] O manuseio de equipamentos subaquáticos e equipamentos de poço por meio de uma coluna de perfuração, pelo equipamento sendo liberado ou travado mecanicamente ou hidraulicamente, por meio de uma ferramenta que é unida ou montada na extremidade inferior da coluna de perfuração, é técnica anterior. A corrida demorada e relacionada à ferramenta da coluna de perfuração e a conexão e desconexão da ferramenta na coluna de perfuração podem ser evitadas pelo equipamento sendo pendurado em uma junção de ferramenta comum na coluna de perfuração. O equipamento pode, assim, ir com a coluna de perfuração para a superfície ou ser instalado em conexão com a coluna de perfuração sendo puxada ou instalada para outros fins.

[003] A partir do documento US4576254A, se conhece um acoplamento que pode ser conectado a uma cabeça de poço ou a uma máquina de manuseio de tubos de poço e é adequado para prender um tubo que é descido para dentro do poço, ou, retirado dele. Uma carcaça possui uma abertura central e acomoda várias cunhas que são colocadas em torno da abertura central e são radialmente móveis entre as guias na carcaça. As cunhas são deslocadas por um cilindro hidráulico, na parte externa da carcaça, girando um anel suportado na carcaça e segmentos do excêntrico associados encostados contra as cunhas.

[004] US2008277108A1 divulga um elevador com um corpo em forma de ferradura com uma ranhura para receber um tubo, e um conjunto de atuador com mandíbulas que podem ser movidas para engatar no tubo por meio de um anel excêntrico rotativo, suportado no corpo e conectado a um atuador, tendo uma superfície de excêntrico interna contra a qual as mandíbulas encostam.

[005] A invenção tem como objetivo remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior ou pelo menos fornecer uma alternativa útil à técnica anterior.

[006] O objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, através dos recursos especificados na descrição abaixo e nas reivindicações a seguir.

[007] Um dispositivo de preensão anelar aciona várias corrediças de travamento as quais se prendem frouxamente ao redor da periferia do tubo de perfuração de uma coluna de perfuração na abertura central da carcaça do atuador. O equipamento subaquático pode ser puxado para a superfície ou instalado pelo dispositivo de preensão, com outro equipamento, pendurado na parte superior da junção da ferramenta de um tubo de perfuração. Quando o equipamento tiver sido girado na orientação correta, tiver sido aterrado e for travado em uma unidade receptora em mar aberto ou em uma coluna de elevação (riser), a coluna de perfuração pode ser abaixada através do dispositivo de preensão até que a parte inferior da junção da ferramenta acima esteja apoiada no lado superior das corrediças de travamento e pressionando o equipamento contra uma parada final com peso da coluna de perfuração. Por exemplo, isso pode ser relevante se for necessário comprimir obturadores no equipamento. Após o equipamento ter sido travado na unidade receptora ou na coluna de elevação (riser), as corrediças de travamento são movidas de volta para dentro da carcaça. O retorno das corrediças de travamento pode ocorrer de várias maneiras, dependendo da aplicação.

[008] A invenção é definida pela reivindicação independente. As reivindicações dependentes definem modalidades vantajosas da invenção.

[009] A invenção refere-se, mais especificamente, a um dispositivo de preensão adaptado para o manuseio de equipamentos com uma coluna de perfuração, em que uma carcaça de atuador anelar inclui um disco de came rotativo ativado hidraulicamente, que está disposto para mover uma série de corrediças de travamento de uma primeira posição, na qual as corrediças de travamento são retraídas para a carcaça do atuador e uma segunda posição, na qual as corrediças de travamento estão engatadas com a coluna de perfuração que se estende através de uma abertura central no dispositivo de preensão, ao se apoiar contra um ressalto em uma junção de ferramenta na coluna de perfuração.

[010] Quando um lado de uma câmara de atuação hidráulica disposta no disco de came está sendo pressurizado e o outro está sendo ventilado, o disco de came girará para que as corrediças de travamento sejam empurradas para a abertura central do dispositivo de preensão. À medida que o disco do came é girado na direção oposta, as corrediças de travamento são movidas de volta para a carcaça. O retorno das lâminas pode, por exemplo, acontecer por meio da força de mola ou um anel excêntrico.

[011] Ao operar em uma coluna de elevação marítima (riser), em que a densidade do meio na coluna de elevação marítima (riser) é maior que a densidade do meio na parte traseira das corrediças de travamento, que são compensadas por pressão contra o mar aberto, é uma vantagem retornar as corrediças de travamento por meio de uma pressão diferencial. Isso pressupõe que o meio seja separado por meio de selos dinâmicos. A parte cônica (ressalto) e o diâmetro externo das junções da ferramenta do tubo de perfuração também ajudarão a empurrar as corrediças para dentro da carcaça quando o disco de came for girado para trás. Um exemplo disso pode ser que o sistema de compensação na parte traseira das corrediças de travamento esteja bloqueado. Em seguida, uma válvula de segurança na corrediça de travamento será aberta e igualará a pressão enquanto a corrediça de travamento estiver sendo empurrada de volta para a carcaça pela coluna de perfuração.

[012] O suprimento de fluido hidráulico e o retorno para a atuação do disco do came ocorrem através de um acoplador hidráulico que é inserido em uma porta de conexão externa na carcaça do atuador e que, através da conexão hidráulica a dois volumes de atuação no disco do came, gera rotação dentro um setor do disco de came. O acoplador hidráulico é disposto externamente em uma unidade receptora em alto mar e externamente em uma coluna de elevação (riser), e é movido com um atuador hidráulico para dentro ou para fora do dispositivo de preensão, através de uma abertura na unidade receptora ou do tubo ao redor do dispositivo de preensão.

[013] A invenção refere-se, mais especificamente, a um dispositivo de preensão adaptado para manipular equipamentos com uma coluna de perfuração, em que uma carcaça de atuador anelar inclui um disco de came rotativo ativado hidraulicamente que está disposto para deslocar uma série de corrediças de travamento de uma primeira posição, na qual as corrediças de travamento são retraídas para dentro da carcaça do atuador, e uma segunda posição, na qual as corrediças de travamento estão engatadas com a coluna de perfuração que se estende através de uma abertura central no dispositivo de preensão, apoiando-se contra um ressalto em uma junção de ferramenta na coluna de perfuração, caracterizado pelo fato de o dispositivo de preensão ser conectado a uma fonte hidráulica e retornar para a atuação do disco de came por meio de um acoplador hidráulico em uma porta de conexão na carcaça do atuador, e por pressurização e ventilação alternadas de dois volumes de atuação adjacentes no disco de came, gerando rotação do disco de came com um fluido hidráulico em comunicação com o fornecimento e retorno hidráulico provocando a rotação do disco de came dentro de um setor do disco de came que desloca as corrediças de travamento entre a primeira posição e a segunda posição.

[014] As corrediças de travamento podem ser fornecidas com vedantes dinâmicos.

[015] O acoplador hidráulico pode ser disposto externamente em uma unidade receptora em mar aberto ou externamente em uma coluna de elevação (riser), e pode incluir um atuador hidráulico que está disposto para mover o acoplador hidráulico para dentro ou para fora da porta de conexão na carcaça do atuador através de uma abertura na unidade receptora ou na coluna de elevação ao redor do dispositivo de preensão.

[016] Um pino com mola pode ser disposto para engatar com um primeiro recesso ou um segundo recesso no disco de came e segurá- lo na posição, quando as corrediças de travamento forem empurradas para a segunda posição e quando as corrediças de travamento estão na primeira posição, respectivamente.

[017] A corrediça de travamento pode ser fornecida com uma válvula de retenção que, através de um orifício, está disposta para deixar o líquido passar de um lado traseiro da corrediça de travamento quando a corrediça de travamento está sendo retornada à primeira posição.

[018] No que se segue, é descrito um exemplo de uma modalidade preferida, que é visualizada nos desenhos anexos, nos quais:

[019] A Figura 1 mostra, em perspectiva, um dispositivo de preensão com equipamento manipulado fixado a ele, em um tubo externo, com uma coluna de perfuração através da abertura central da carcaça do atuador.

[020] A Figura 2 mostra, em perspectiva, o dispositivo de preensão externamente, com as corrediças de travamento na posição externa.

[021] A Figura 3 mostra uma seção horizontal através do dispositivo de preensão, com corrediças de travamento na posição interna na figura 3A e na posição externa na figura 3B.

[022] A Figura 4 mostra uma seção vertical através de uma corrediça de travamento em uma primeira posição retraída.

[023] A Figura 5 mostra uma seção horizontal através de uma corrediça de travamento na posição externa.

[024] A Figura 6 mostra uma seção horizontal através de um acoplador hidráulico e um cilindro operado hidraulicamente que move o acoplador para dentro ou para fora da porta de atuação na carcaça.

[025] A Figura 7 mostra uma seção horizontal através de uma placa que divide a câmara de atuação em dois volumes separados, um flange externo para prender a placa divisória à carcaça do atuador, uma porta de conexão e orifícios internos na placa divisória para pressurizar e ventilar os volumes de atuação.

[026] A referência é feita primeiro à figura 1, na qual o número de referência 1 indica um dispositivo de preensão fixado ao equipamento 10 que é disposto para ser manuseado por meio de uma coluna de perfuração 5 por conexão através do dispositivo de preensão 1. Aqui, o dispositivo de preensão 1 e o equipamento 10 são mostrados como abaixados e posicionados em uma coluna de elevação (riser) 9.

[027] Agora é feita referência às figuras 2, 3A, 3B, 4 e 5. Uma carcaça de atuador anelar 2 com uma placa superior 2A é fornecida com várias corrediças de travamento 3 em torno de uma abertura central no dispositivo de preensão 1. As corrediças de travamento 3 são mantidas dentro da carcaça do atuador 2 quando um disco de came rotativo ativado hidraulicamente 4, que está em engate móvel com as corrediças de travamento 3, está em uma posição girada para trás, como mostrado na figura 3A. Na modalidade exemplificativa, há uma pressão diferencial entre uma pressão estática na coluna de elevação (riser) 9 (ver figura 1) e uma pressão externa da água do mar, causando a retração das corrediças de travamento 3. Alternativamente, as corrediças de travamento 3 podem ser empurradas para trás mecanicamente, por exemplo, pela força da mola (não mostrada).

[028] As Figuras 4 e 5 mostram uma corrediça de travamento de corte transversal 3 que é fornecida, aqui, com uma válvula de retenção 3A que, através de um furo 3B, deixa o líquido passar pelo lado traseiro da corrediça de travamento 3 para evitar o bloqueio da corrediça de travamento 3 por um volume de líquido fechado na parte traseira da corrediça de travamento 3, por exemplo, pelo uso de compensação de volume (não mostrado). À medida que o disco de came 4 é girado para frente, as extremidades externas das corrediças de travamento 3 são empurradas para fora na abertura central da carcaça 2 e agarram frouxamente ao redor da coluna de perfuração 5, como mostrado na figura 3B. As corrediças de travamento 3 são fornecidas com os pinos passantes 3C (ver figura 4), formando batentes finais para as corrediças de travamento 3 na posição externa. As bordas superiores e inferiores das extremidades externas das corrediças de travamento 3 são formadas com chanfros 3D para encostar contra partes de ressalto cônicas superiores e inferiores, respectivamente, de uma junta de ferramenta 5A da coluna de perfuração 5. As vedações dinâmicas 3E em torno das corrediças de travamento 3 formam uma partição de vedação entre o meio na abertura central da carcaça do atuador 2 e o meio fechado e possivelmente compensado por volume na parte traseira das corrediças de travamento 3.

[029] Na carcaça do atuador 2 do dispositivo de preensão 1, um pino pressionado por mola 6 é disposto (ver figuras 3A e 3B), que, com uma parte final, entra em um dos dois rebaixos na borda externa do disco de came 4 e segura o disco de came 4 no lugar, como as corrediças de travamento 3 foram movidas para a posição externa e quando as corrediças de travamento 3 estão na posição retraída, respectivamente. Por meio de uma mola (não mostrada) no pino 6, a parte final é mantida no lugar em um dos rebaixos na borda do disco de came 4. O pino 6 é forçado de volta contra a mola e para fora do rebaixo quando o disco de came 4 é girado para longe de uma posição final por atuação hidráulica.

[030] Uma câmara de atuação compreende dois volumes de atuação 4A, 4B que são separados por uma placa divisória 7A em um recesso em um setor ao longo de uma borda externa do disco de came 4, e os volumes de atuação 4A, 4B são pressurizados e ventilados, respectivamente, dependendo da direção de rotação desejada do disco de came 4. A placa divisória 7A é fornecida com um flange externa 7B e projeta-se através de uma abertura em um rebaixo na parede externa da carcaça do atuador, na qual o flange 7B está parafusado. A placa divisória 7A forma uma partição de vedação entre os volumes de atuação 4A, 4B no rebaixo no disco de came 4, que é cercado por uma vedação (não mostrada) contra o interior da parede externa da carcaça do atuador 2.

[031] Do lado de fora do flange 7B, existe uma porta de conexão 7C com um orifício na placa divisória 7A. Um acoplador hidráulico 8A foi inserido no furo por meio de um cilindro operado hidraulicamente 8B para conectar e desconectar o acoplador 8A. O cilindro 8B será disposto externamente em uma unidade receptora em mar aberto (não mostrada) ou externamente na coluna de elevação (riser) 9. Isso é mostrado de uma maneira simplificada na figura 1 na forma de uma seção da coluna de elevação (riser) 9. No caso de uma aplicação de coluna de elevação (riser), a passagem na parede do tubo será fornecida com uma vedação contra o ambiente externo.

[032] Mais para dentro, no orifício da porta de conexão 7C, foram colocadas saídas laterais para as câmaras de atuação 4A, 4B, para pressurizar e ventilar alternadamente os volumes de líquido, dependendo da direção de rotação do disco de came 4. Existe uma comunicação hidráulica entre mangueiras hidráulicas externas 8C, 8D e os volumes de atuação 4A, 4B através de orifícios em uma alça externa 8E no acoplador 8A e orifícios longitudinais através do acoplador 8A, descarregando em saídas laterais que estão dispostas para corresponder às saídas laterais da placa divisória 7A para os volumes de atuação 4A, 4B. As conexões hidráulicas entre as saídas laterais na placa divisória 7A e o acoplador 8A, respectivamente, para as câmaras de atuação 4A, 4B são separadas por meio de vedações anelares externamente no acoplador 8A.

[033] Em caso de emergência, existe uma possibilidade de conexão ou desconexão manual do acoplador 8A por meio da alça externa 8E, que é adaptada para operação por um veículo subaquático (ROV). Para que o acoplador 8A seja movido manualmente, as linhas hidráulicas do cilindro 8B devem ser ventiladas, tipicamente sendo cortadas.

[034] Deve ser observado que todas as modalidades mencionadas acima ilustram a invenção, mas não a limitam, e os especialistas na técnica podem construir muitas modalidades alternativas sem se afastar do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, os números de referência entre parênteses não devem ser considerados restritivos. O uso do verbo "compreender" e suas diferentes formas não excluem a presença de elementos ou etapas que não são mencionados nas reivindicações. O artigo indefinido "um" ou "uma" antes de um elemento não exclui a presença de vários desses elementos.

[035] O fato de alguns recursos serem indicados em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação desses recursos não possa ser usada com vantagem.

Claims (5)

1. Dispositivo de preensão (I) adaptado para o manuseio de equipamento (10) com uma coluna de perfuração (5), em que uma carcaça de atuador anelar (2) inclui um disco de excêntrico rotativo ativado hidraulicamente (4) que está disposto para deslocar uma série de corrediças de travamento (3) a partir de uma primeira posição, na qual as corrediças de travamento (3) são retraídas para dentro da carcaça do atuador (2) e uma segunda posição na qual as corrediças de travamento (3) estão engatadas com a coluna de perfuração (5) se estendendo através de uma abertura central no dispositivo de preensão (1), apoiando-se contra um ressalto de uma junta de ferramenta (5A) na coluna de perfuração (5), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de preensão (i) é conectado a uma alimentação hidráulica e retorna para atuação do disco de came (4) via um acoplador hidráulico (8A) em uma porta de conexão (7C) na carcaça do atuador (2), e que pressuriza e ventila alternadamente dois volumes de atuação adjacentes (4A, 4B) no disco de came (4) com um fluido hidráulico em comunicação com o fornecimento e retorno hidráulico provoca a rotação do disco de came (4) dentro de um setor do disco de came (4) que desloca as corrediças de travamento (3) entre a primeira posição e a segunda posição.

2. Dispositivo de preensão (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as corrediças de travamento (3) são fornecidas com vedantes dinâmicos (3E).

3. Dispositivo de preensão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acoplador hidráulico (8A) está disposto externamente em uma unidade receptora em mar aberto ou externamente em uma coluna de elevação (9), e inclui um atuador hidráulico (8B) que está disposto para mover o acoplador hidráulico (8A) para dentro ou para fora da porta de conexão (7C) na carcaça do atuador (2) através de uma abertura na unidade receptora ou na coluna de elevação (9) ao redor do dispositivo de preensão (1).

4. Dispositivo de preensão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um pino carregado com mola (6) é disposto para engatar com um primeiro recesso ou um segundo recesso no disco de came (4) e segurá-lo na posição, quando as corrediças de travamento (3) têm sido empurradas para a segunda posição e quando as corrediças de travamento (3) estão na primeira posição, respectivamente.

5. Dispositivo de preensão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as corrediças de travamento (3) são fornecidas com válvulas de retenção (3A) que, através dos orifícios (3B), estão dispostas para deixar o líquido passar de um lado traseiro das corrediças de travamento (3) quando as corrediças de travamento (3) estão sendo retornadas à primeira posição.