BR112020000448B1

BR112020000448B1 - Método, um equipamento e um sistema para alinhamento coaxial de tubos

Info

Publication number: BR112020000448B1
Application number: BR112020000448-0A
Authority: BR
Inventors: Asbjørn Traaserud
Original assignee: Pipe Pilot As
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2023-10-24
Also published as: CA3068703A1; EP3652406B1; EP3652406A1; NO20171169A1; WO2019013644A1; US11142968B2; US20200149360A1; EP3652406A4; NO343139B1; BR112020000448A2

Abstract

a presente invenção refere-se a método, equipamento e sistema para alinhar primeiro tubo móvel (3) coaxialmente com segundo tubo substancialmente estacionário (9) para preparar parte de extremidade rosqueada (7) do primeiro (3) para acoplamento com parte de extremidade rosqueada (13) do segundo (9), o método compreende etapas: a) determinar, por triangulação, posição de linha central (cl9) do segundo (9); b) antes de colocar a parte de extremidade rosqueada (7) do primeiro (3) em contato com a parte (13) do segundo (9), determinar, por triangulação, posição de parte de extremidade central do primeiro (3) mais próxima do segundo (9); c) calcular direção e grau de desvio horizontal (dh) entre a linha central (cl9) do segundo (9) e a parte de extremidade central do primeiro (3) voltada para o segundo (9); d) transmitir primeiro sinal de guia (ml2), da direção e grau de desvio horizontal calculados em c); e) movimentar o primeiro (3) de acordo com o primeiro sinal (ml2); e f) movimentar a extremidade rosqueada (7) do primeiro (3) para entrar em contato com a do segundo (9); g) determinar vetores de direção do primeiro tubo (cl3) e do segundo tubo (cl9); h) calcular direção e grau de inclinação (dc) do vetor (cl3) com relação ao do segundo (cl9);i) transmitir segundo sinal de guia (ml1), da direção e grau de inclinação (dc) calculados em h); j) ajustar a inclinação do primeiro (3) de acordo com o segundo sinal (ml1); e k) girar o primeiro (3) tal que as roscas (7) do primeiro (3) se acoplem com as do segundo (9).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para alinhamento coaxial de tubos. Mais especificamente, a invenção se refere a um método, um equipamento e um sistema para alinhamento coaxial de um primeiro tubo móvel com um segundo tubo substancialmente estacionário para preparar uma parte de extremidade rosqueada do primeiro tubo para acoplamento com uma parte de extremidade rosqueada do segundo tubo.

[0002] Os tubos podem ser, tipicamente, mas não exclusivamente, tubos de revestimento ou tubos de perfuração usados na indústria de petróleo e gás, em que os vários tubos individuais, as denominadas junções de tubos, formam uma coluna de tubulação.

[0003] Uma pessoa versada na técnica vai considerar que um tubo de perfuração é normalmente dotado com roscas relativamente ásperas e robustas, enquanto que um tubo de revestimento é normalmente dotado com roscas finas, que são vulneráveis a danos. O método de acordo com a presente invenção é basicamente dirigido a um método para conexão de juntas ou seções em um piso de perfuração, mas o método é também adequado para conexão de tubos de perfuração.

[0004] As juntas individuais do revestimento, tendo tipicamente um comprimento de cerca de 12 metros, são presas entre si para constituir uma coluna de revestimento, que é abaixada em um poço de um reservatório de petróleo ou gás. Quando da adição de uma nova junta de revestimento em uma coluna de revestimento, a coluna de revestimento vai ser suportada em uma base da sonda por meio de uma cunha ou aranha, tendo um conjunto de patins que suporta o peso da coluna de revestimento.

[0005] Tipicamente, um elevador de revestimento dotado de grampos é usado para coletar uma nova junta de revestimento, a ser fixada na coluna de revestimento. O elevador de revestimento normalmente se acopla a uma parte de topo da nova junta, de preferência, logo abaixo de uma seção de caixa da junta, de modo que uma parte de topo do elevador entre em contato com um ressalto da dita seção de caixa. Esse elevador é normalmente conectado a um acionamento de topo da sonda por meio de alças proporcionando uma conexão articulada entre o elevador e o acionamento de topo. As alças são hastes rígidas tipicamente com extremidades dotadas com olhais para receber meios de conexão dispostos no elevador e no acionamento de topo, respectivamente. Desse modo, esferas pendentes livres e o elevador, isto é, sem conduzir uma nova junta de revestimento, vão, devido à gravidade, ficar verticalmente pendentes do acionamento de topo. Para que seja possível inclinar as alças por um ângulo, com relação a um eixo vertical para promover um ajuste horizontal do elevador, um cilindro hidráulico é conectado a uma parte do acionamento de topo e a uma parte das alças entre os olhais, como aqueles versados na técnica vão entender. A atuação do cilindro hidráulico é controlada manualmente, tipicamente de uma cabine de equipamento de sondagem.

[0006] O elevador, com a nova junta de revestimento, é abaixado até que fique aterrado na, e seja suportado pela, coluna de revestimento. Um prendedor de revestimento é então usado para girar a junta de revestimento de modo que uma parte de pino rosqueado da junta de revestimento seja girada para acoplamento com uma parte de caixa rosqueada da coluna de revestimento.

[0007] Um grande desafio dessa operação é ter-se certeza que a parte de pino da junta de revestimento se una inteiramente com a parte de caixa da coluna de revestimento, antes da rotação da junta de revestimento para acoplamento com a coluna de revestimento. Por meio do termo "se una inteiramente", quer-se mencionar que a junta de revestimento fique suficientemente coaxial com a coluna de revestimento para evitar quaisquer danos nas roscas. Experimentou-se na presente invenção que quando se faz uma conexão quando há um desvio superior a 1,5°, entre o eixo longitudinal da coluna de revestimento e a junta de revestimento, isso pode provocar sérios danos às roscas da conexão pino/caixa. Dependendo do dano, as roscas podem, em alguns casos, ser reparadas. No entanto, esse reparo é intenso em tempo e, portanto, caro. Em outros casos, ambas a junta de tubulação de topo da coluna de tubulação e a junta de tubulação a ser conectada devem ser substituídas.

[0008] Uma sonda, especialmente uma sonda em alto-mar, é vulnerável ao movimento devido, por exemplo, ao vento e às ondas. Esse movimento representa desafios para o equipamento de sondagem e o operador da coluna para decidir quando a junta de revestimento e a coluna de revestimento são dispostas suficientemente coaxialmente para iniciar a operação de acoplamento, isto é, ativar a rotação do prendedor de revestimento. Frequentemente, é difícil, ou mesmo impossível, que um operador decida se as linhas centrais da coluna de revestimento e a junta de revestimento estão alinhadas coaxialmente.

[0009] Há, portanto, uma necessidade para um método e um equipamento que possam proporcionar um "diagnóstico" da posição relativa entre a coluna de revestimento e a junta de revestimento a ser conectada à coluna de revestimento. De preferência, o método e o equipamento devem proporcionar informações ao equipamento de sondagem e ao operador da coluna se a conexão está pronta para iniciar ou não, isto é, informações de prosseguir ou não.

[0010] De acordo com o método, uma posição relativa entre a coluna de revestimento e a junta de revestimento a ser conectada à coluna de revestimento é medida por meio de triangulação. As medidas de triangulação podem ser, por exemplo, mas não exclusivamente, proporcionadas por meio de um dispositivo emissor de laser por meio de uma tecnologia denominada LIDAR (Detecção e Alcance de Luz).

[0011] Os dispositivos emissores de laser vêm sido usados para vários fins na indústria de petróleo e gás.

[0012] A publicação EP0471659 A1 descreve um equipamento e um método para alinhar em um eixo comum pelo menos dois elementos alongados espaçados um do outro a uma relação angular conhecida. O equipamento compreende: um laser para produzir um feixe de luz; um refletor com uma marca de referência nele; um meio para prender o laser em um primeiro elemento alongado com o dito laser dirigido ao longo do eixo comum e com uma primeira marca de referência em um raio do eixo comum para o dito laser; e um meio para prender o dito refletor com a marca nele no segundo elemento alongado, com o dito refletor perpendicular ao eixo comum e com uma segunda marca de referência no rádio do eixo comum para a dita marca no dito refletor. O equipamento e o método são particularmente adequados para alinhar os elementos em tambores de núcleos direcionais, usados para determinar a orientação de núcleos de rocha cortados de poços.

[0013] As publicações WO2014/005187 A1 e US 2012/279782 descrevem um dispositivo de alinhamento a laser para uma sonda de perfuração tendo uma haste de perfuração alongada, o dispositivo de alinhamento a laser incluindo uma unidade de cabeça tendo pelo menos um par de diodos emissores de laser montados independentemente um sobre o outro, todos os dispositivos a laser móveis apenas em um plano e orientados em direções substancialmente opostas entre si, um meio de fixação para prender a unidade de cabeça em uma sonda de perfuração e um conjunto de comprimento ajustável, para ajustar a distância de separação entre a unidade de cabeça e a haste de perfuração, em que o dispositivo de alinhamento é usado para alinhar pelo menos o azimute da haste de perfuração relativo às marcas do levantamento.

[0014] A publicação US 2013/341038 A1 descreve um equipamento para alinhar uma cabeça de poço ou conjunto de elementos de BOP (Preventor de Erupção) e um mastro. O equipamento compreende: um portador de sonda; um conjunto de mastro montado pivotantemente no dito portador de sonda, o dito conjunto de mastro móvel entre uma posição abaixada e uma posição em pé com relação ao dito portador de sonda; o dito conjunto de mastro se estendendo por uma extremidade posterior do dito portador de sonda, quando levantado para dita posição em pé; um acionamento de topo montado no dito conjunto de mastro, que é limitado a se movimentar ao longo de um caminho axial fixo; e pelo menos um sensor, tal como, por exemplo, um sensor a laser ou de sonar, operante para alinhar o dito caminho axial fixo com a dita cabeça de poço ou conjunto de elementos de BOP para operações de perfuração.

[0015] A publicação WO 2013/048260 A2 descreve um método para determinar uma altura de investida de um tubo ou da posição de uma junta de tubulação no piso de perfuração, para definir, precisamente, o ponto de ação de quando um meio de manuseio de tubos, tal como um plataformista, vai ser aplicado.

[0016] A publicação US 4747454 descreve um método para alinhar um segundo conduto com um primeiro conduto, em que o primeiro conduto é posicionado substancialmente verticalmente em um poço, de modo que uma extremidade superior do primeiro conduto se estenda ascendentemente do poço. O segundo conduto tem uma extremidade superior e uma extremidade inferior, o método compreendendo as etapas de: conectar uma unidade de geração de sinais ao segundo conduto de modo que seja disposta bem próxima da sua extremidade superior, o dito meio de geração de sinais adaptado para produzir adaptado para produzir um sinal em uma direção da extremidade inferior do segundo conduto representativo de uma referência de uma linha de prumo vertical do segundo conduto, quando o segundo conduto é disposto substancialmente verticalmente.

[0017] A publicação US 2013/70145590 A1 descreve um sistema para alinhar e conectar componentes, como tubulares. O sistema inclui uma estrutura de suporte, um aparelho de medição acoplado à estrutura de suporte e operacionalmente disposto para analisar espacialmente um primeiro componente tubular em relação a um segundo componente tubular para determinar um vetor de ajuste entre os dois. O sistema compreende, ainda, um aparelho de alinhamento acoplado à estrutura de suporte e em comunicação de dados com o aparelho de medição, e uma pluralidade de atuadores também acoplada ao suporte. Em uma concretização, os tubulares são conectados por meio de soldagem ou partes de extremidade rosqueadas.

[0018] A publicação WO 2016/106294 A1 descreve um sistema e método para posicionar tubulares de campo petrolífero em um piso de perfuração, com um sistema de manuseio tubular automatizado, para possibilitar o alinhamento e montagem e quebra automatizadas das operações de rosqueamento entre um tubular estacionário e um tubular em movimento, usar informações de imagem de câmeras radialmente deslocadas, processar as informações de imagem para reconhecer os tubulares com a imagem e desenvolver informações de posição para os ditos tubulares, combinar as informações de posição dos dois sistemas de câmera para desenvolver informações tridimensionais para cada um dos tubulares, desenvolver instruções para o sistema de manuseio tubular automatizado para alinhar verticalmente os tubulares estacionário e em movimento e abaixar o tubular em movimento até o contato de rosqueado, e engatar uma chave de torque hidráulica automatizada para fazer a conexão rosqueada.

[0019] A invenção tem por objeto remediar ou reduzir pelo menos uma das deficiências da técnica anterior, ou pelo menos proporcionar uma alternativa útil para a técnica anterior.

[0020] O objeto é atingido por meio das características especificadas na descrição abaixo e nas reivindicações seguintes a ela.

[0021] A invenção é definida pelas reivindicações de patente independentes. As reivindicações dependentes definem concretizações vantajosas da invenção.

[0022] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um método para alinhar um primeiro tubo móvel coaxialmente com um segundo tubo substancialmente estacionário para preparar uma parte de extremidade de pino rosqueada do primeiro tubo para acoplamento com uma parte de extremidade de caixa rosqueada do segundo tubo. O método compreende as etapas de:

[0023] a) determinar, por meio de triangulação, uma posição de uma linha central do segundo tubo;

[0024] b) antes de colocar a parte de extremidade rosqueada do primeiro tubo em contato com a parte de extremidade rosqueada do segundo tubo, determinar, por meio de triangulação, uma posição de uma parte de extremidade central do primeiro tubo mais próxima do segundo tubo;

[0025] c) calcular a direção e a quantidade de qualquer desvio horizontal entre a linha central do segundo tubo e a parte de extremidade central do primeiro tubo voltada para o segundo tubo;

[0026] d) transmitir um primeiro sinal de guia, indicativo da direção e da quantidade de desvio horizontal calculados na etapa c);

[0027] e) movimentar o primeiro tubo de acordo com o primeiro sinal de guia; e depois

[0028] f) movimentar a parte de extremidade de pino rosqueada do primeiro tubo para entrar em contato com a parte de extremidade de caixa rosqueada do segundo tubo; e, em seguida

[0029] g) determinar, por meio de triangulação, um vetor de direção do primeiro tubo e um vetor de direção do segundo tubo;

[0030] h) calcular a direção e a quantidade de qualquer inclinação do vetor de direção do primeiro tubo com relação ao vetor de direção do segundo tubo;

[0031] i) transmitir um segundo sinal de guia, indicativo da direção e da quantidade de inclinação calculados na etapa h);

[0032] j) ajustar a inclinação do primeiro tubo de acordo com o segundo sinal de guia; e

[0033] k) girar o primeiro tubo de modo que as roscas do primeiro tubo se acoplem com as roscas do segundo tubo.

[0034] Na etapa a), a linha central pode ser determinada por descoberta das partes de extremidades periféricas de uma seção transversal do segundo tubo. Considerando-se que o tubo é circular, a posição da linha central pode ser calculada. Ainda mais, considerando- se o segundo tubo tendo orientação vertical, apenas uma medida horizontal precisa ser executada. Nesse caso, com uma medida horizontal do segundo tubo, um corpo do segundo tubo é medido relativamente próximo de uma área de fronteira entre o corpo do tubo e a parte do tubo dotada com roscas. Por relativamente próximo, quer-se mencionar, por exemplo, 25 cm abaixo da área de fronteira. No entanto, no caso em que o segundo tubo se desvia de uma posição vertical, por exemplo, devido à inclinação de uma sonda flutuante, pelo menos duas posições distantes do segundo tubo podem ser medidas para descobrir uma direção da linha central do segundo tubo.

[0035] Na etapa b), a parte de extremidade do primeiro tubo pode ser determinada da mesma maneira que para o caso de "uma medida" para o segundo tubo.

[0036] Nas etapas a) a c) e g) a h), as triangulações e os cálculos são, de preferência, determinados e calculados por meio de um computador.

[0037] As etapas a) a e) podem ser repetidas uma ou mais vezes até que o primeiro sinal de guia indique que a dita parte de extremidade central do primeiro tubo seja disposta substancialmente alinhada com a linha central do segundo tubo. De modo similar, as etapas g) a j) podem ser repetidas uma ou mais vezes até que o segundo sinal de guia indique que o vetor de direção do primeiro tubo está substancialmente coaxial com o vetor de direção do segundo tubo.

[0038] Em uma concretização, as etapas g) a k) são repetidas pelo menos até que uma parte da parte de extremidade rosqueada do primeiro tubo seja girada para acoplamento com a parte de extremidade rosqueada do segundo tubo. Isso tem o efeito no fato de que qualquer desalinhamento, que ocorra durante o início do acoplamento, pode ser corrigido.

[0039] Em uma operação manual controlada por um operador, pelo menos um do primeiro sinal de guia e do segundo sinal de guia pode ser proporcionado como sinais visuais e/ou audíveis a um operador. Em uma concretização, os sinais podem ser apresentados como sinais visuais em pelo menos um monitor, tal como, por exemplo, um dispositivo de exibição. Alternativa ou adicionalmente, os sinais visuais podem ser apresentados por meio de luzes coloridas, tais como, por exemplo, sinais vermelhos, amarelos e verdes, em que a luz de sinal vermelho pode indicar "não prosseguir", enquanto que um sinal verde pode indicar "prosseguir" com relação a uma posição relativa do primeiro tubo com relação ao segundo tubo.

[0040] Em uma operação autônoma, isto é, uma operação controlada por um equipamento automático para manuseio de tubos, tal como um robô, o primeiro sinal de guia e o segundo sinal de guia podem ser proporcionados como sinais de entrada para o equipamento automático para manuseio de tubos.

[0041] As medidas de triangulação podem ser obtidas por meio de equipamentos sensores 3D selecionados do grupo compreendendo: um equipamento de varredura a laser; um equipamento de varredura acústico tal como um sonar; um equipamento de radar; uma câmara estereofônica; um equipamento sensor 3D combinado com algoritmos de triangulação; ou uma combinação de dois ou mais deles.

[0042] Em uma concretização, a etapa a) e a etapa b) podem compreender o uso de um equipamento de varredura a laser, tendo um modelo de varredura de oscilação sendo substancialmente perpendicular a um eixo longitudinal do primeiro tubo e do primeiro caminho. A etapa g) pode compreender o uso do equipamento de varredura a laser, tendo um modelo de varredura rotativo em que o modelo de varredura é em um plano substancialmente vertical. Alternativamente, a etapa g) pode compreender o uso de um equipamento de varredura a laser de oscilação tendo pelo menos dois modelos de varreduras, que são mutuamente distantes e substancialmente perpendiculares a um eixo longitudinal do segundo tubo.

[0043] Em uma concretização, a etapa a) e/ou a etapa b) podem compreender o uso de um equipamento de varredura a laser tendo um modelo de varredura rotativo, em que o modelo de varredura é em um plano substancialmente vertical.

[0044] Como mencionado na introdução, uma nova junta de revestimento, a ser presa na coluna de revestimento suportada em um piso de plataforma, é tipicamente coletada de uma área de armazenamento por meio de um equipamento ou um sistema para manuseio de tubos compreendendo um elevador pendente do acionamento de topo por meio de alças.

[0045] Para ajustar uma inclinação do primeiro tubo de acordo com o segundo sinal de guia, como indicado na etapa j) do método, pode ser necessário movimentar o elevador conduzindo o primeiro tubo a uma determinada distância horizontal.

[0046] Um movimento horizontal do elevador e, desse modo, a inclinação do primeiro tubo, é promovido por inclinação das alças. Uma inclinação das alças pode ser tipicamente promovida por meio do cilindro hidráulico conectado a uma parte das alças e a uma parte do acionamento de topo.

[0047] Uma pessoa versada na técnica vai entender que a inclinação é possível apenas em um plano bidimensional. O plano de inclinação bidimensional é um plano imaginário definido por um eixo central das alças.

[0048] Antes do alinhamento do primeiro tubo coaxialmente com o segundo tubo, o plano imaginário definido pelas alças deve ser orientado com relação ao vetor de direção do segundo tubo, de modo que o plano imaginário seja substancialmente perpendicular ao vetor de direção do segundo tubo. Se as alças forem inclinadas por meio dos cilindros hidráulicos, quando o plano imaginário não é substancialmente perpendicular ao vetor de direção do segundo tubo, então o vetor de direção do primeiro tubo não vai ficar alinhado com o vetor de direção do segundo tubo. O plano imaginário definido pelas alças é orientado por rotação do acionamento de topo a um determinado ângulo, como vai ser entendido por aqueles versados na técnica.

[0049] A experiência mostra que, na maior parte das situações, o plano imaginário definido pelas alças não precisa ser ajustado. No entanto, é algumas vezes necessário ajustar ou reorientar o plano imaginário a uma posição substancialmente perpendicular com relação ao vetor de direção do segundo tubo, de modo que o vetor de direção do primeiro tubo possa ser substancialmente alinhado por inclinação das alças por meio dos cilindros hidráulicos conectados operacionalmente a elas.

[0050] Descobriu-se na presente invenção surpreendentemente que um compasso eletrônico, disposto no elevador ou no acionamento de topo, pode proporcionar informações relativas a um ângulo de rotação do elevador necessárias para orientar as alças, antes ou durante a inclinação das alças, por meio dos cilindros hidráulicos. Ainda mais, verificou-se na presente invenção que os cilindros hidráulicos podem ser controlados automaticamente por meio de uma válvula proporcionada conhecida de per si e configurada para receber sinais de uma unidade de controle.

[0051] Em uma concretização, o método pode compreender a obtenção de informações relativas a uma orientação inicial de um plano imaginário, definido por alças conectando um elevador conduzido o primeiro tubo, as informações proporcionadas por meio de um compasso eletrônico. Em uma concretização, o método pode compreender:

[0052] - antes da etapa j), determinar, por meio de um sinal de um compasso eletrônico, uma orientação de um elevador conduzindo o primeiro tubo, o elevador conectado a um acionamento de topo por meio de alças, cada uma delas conectada operacionalmente a um cilindro hidráulico para ajustar uma inclinação das alças;

[0053] - comparar uma orientação de momento com uma orientação desejada necessária para ajustar a inclinação do primeiro tubo com relação ao segundo tubo; e

[0054] - se a orientação desejada se desviar da orientação de momento, ativar uma rotação do acionamento de topo de modo que a orientação desejada seja atingida.

[0055] Em uma concretização, a etapa j) de ajuste da inclinação do primeiro tubo, de acordo com o segundo sinal de guia, pode compreender a ativação do cilindro hidráulico para ajustar uma inclinação das alças em um equipamento para manuseio de tubos por meio de uma válvula hidráulica proporcional, configurada para receber um sinal de controle.

[0056] O sinal de controle pode ser gerado por computador com base em uma entrada do segundo sinal de guia.

[0057] Desse modo, deve-se entender que o compasso eletrônico, disposto no equipamento para manuseio de tubos, por exemplo, no elevador ou no acionamento de topo, proporciona informações com relação à orientação das alças e do elevador. Uma vez que o sinal do compasso proporciona informações nas quais o plano imaginário está orientado corretamente com relação ao vetor de direção do segundo tubo, sinais de instrução para a válvula proporcional hidráulica podem ser enviados de modo que o cilindro hidráulico ative uma inclinação desejada das alças para alinhar o primeiro tubo móvel coaxialmente com o segundo tubo.

[0058] Em uma concretização, os sinais para a válvula proporcional hidráulica podem ser iniciados manualmente por um operador, isto é, a ativação dos sinais de instrução é uma operação manual.

[0059] De preferência, após uma ativação inicial, os sinais de instrução são gerados por computador. Isso tem o efeito de que a inclinação desejada das alças e, desse modo, o alinhamento do primeiro tubo coaxialmente com o segundo tubo podem ser orientados corretamente com relação ao vetor de direção do segundo tubo.

[0060] Em uma concretização, os sinais recebidos do compass eletrônico e os sinais para a válvula proporcional hidráulica são enviado e recebidos continuamente pela etapa de ajuste da inclinação do primeiro tubo com relação ao segundo tubo.

[0061] Em um segundo aspecto da invenção, proporciona-se um equipamento para alinhar um primeiro tubo móvel coaxialmente com um segundo tubo substancialmente estacionário para preparar uma parte de extremidade de pino rosqueada do primeiro tubo para acoplamento com uma parte de extremidade de caixa rosqueada do segundo tubo, em que o equipamento compreende:

[0062] - um primeiro dispositivo de triangulação para determiner uma posição de uma linha central do segundo tubo, o primeiro dispositivo de triangulação configurado para enviar um sinal a um computador;

[0063] - um segundo dispositivo de triangulação para determiner uma posição de uma parte de extremidade central do primeiro tubo que é mais próxima do segundo tubo, o segundo dispositivo de triangulação configurado para enviar um sinal ao computador;

[0064] - o computador configurado para calcular a direção e a quantidade de qualquer desvio horizontal entre a linha central do segundo tubo e a parte de extremidade central do primeiro tubo voltada para o segundo tubo; e

[0065] - um transmissor de sinais para transferir um primeiro sinal de guia, indicativo da direção e da quantidade do desvio horizontal calculados pelo computador, em que:

[0066] o computador é configurado ainda para calcular um vetor de direção do primeiro tubo quando a parte de extremidade de pino rosqueada do primeiro tubo for posta em contato com a parte de extremidade de caixa rosqueada do segundo tubo e um vetor de direção do segundo tubo e proporcionar um sinal para o transmissor de sinais para transferir um segundo sinal de guia, indicativo da direção e da quantidade de inclinação calculados pelo computador; como mencionado acima, o primeiro dispositivo de triangulação e o segundo dispositivo de triangulação podem ser um equipamento sensor 3D, selecionado do grupo compreendendo: um equipamento de varredura a laser; um equipamento de varredura acústico; um equipamento de radar; uma câmara estereofônica; o equipamento sensor 3D combinado com algoritmos de triangulação; ou uma combinação de dois ou mais deles.

[0067] O primeiro dispositivo de triangulação pode ser um equipamento de varredura a laser oscilando em pelo menos um plano ou nível.

[0068] O segundo dispositivo de triangulação pode ser um equipamento de varredura a laser oscilando em mais de um plano, em que os planos ficam em diferentes níveis ao longo de um comprimento do primeiro tubo. Em uma concretização, o segundo dispositivo de triangulação é um laser rotativo, configurado para girar com relação ao comprimento do primeiro tubo.

[0069] Em uma concretização alternativa, o primeiro e o segundo dispositivos de triangulação são um dispositivo de triangulação comum tendo um plano de rotação ou oscilação duplo.

[0070] Os sinais podem ser apresentados a um operador por meio de um sinal visível ou de uma combinação de sinais visíveis em um monitor, ou por meio de um dispositivo emissor de sinais para gerar um sinal visual e/ou audível.

[0071] O equipamento, de acordo com a invenção, pode ser usado como uma ferramenta para medir o comprimento da coluna de tubulação durante manobra no poço. Isso é obtido por meio dos dispositivos de triangulação de uma distância entre partes específicas de dois tubos subsequentes e adição de um comprimento total da coluna de tubulação estendida em um poço, como vai ser explicado na parte específica da descrição.

[0072] Em um terceiro aspecto da invenção proporciona-se um sistema compreendendo o equipamento de acordo com o segundo aspecto da invenção, em que o sistema compreende um compasso eletrônico disposto em um equipamento para manuseio de tubos, que compreende um elevador e alças conectando o elevador a um acionamento de topo, em que o compasso é configurado para enviar um sinal indicativo de uma posição de um plano imaginário definido por uma linha central das alças.

[0073] Em uma concretização, o sistema compreende ainda uma válvula proporcional hidráulica, configurada para ativar cilindros hidráulicos para influenciar em uma inclinação das alças com relação a um eixo vertical. Em uma concretização preferida, a válvula proporcional hidráulica é operada por meio de sinais gerados pelo computador do equipamento, os sinais sendo baseados no segundo sinal de guia sendo indicativo da direção e da quantidade de inclinação do vetor de direção do primeiro tubo com relação ao vetor de direção do segundo tubo.

[0074] Do que foi mencionado acima, deve-se entender que o compasso e a válvula proporcional hidráulica vão tornar o método e o sistema quase que inteiramente automáticos, isto é, semiautomáticos. Um método e um sistema inteiramente automáticos vão precisar da rotação do acionamento de topo, isto é, a ativação de uma rotação do acionamento de topo, de modo que a orientação desejada das alças e, desse modo, do elevador, seja também automática. Essa automação é particularmente relevante para um equipamento para manuseio de tubos, para uso com o sistema de acordo com a presente invenção. Um equipamento para manuseio de tubos existente vai requerer que a modificação seja inteiramente automática para uso com o sistema de acordo com a invenção. Por controle da orientação manual do acionamento de topo, a única modificação necessária é conectar a válvula proporcional hidráulica à válvula hidráulica que controle a inclinação das alças, e prender o compasso eletrônico em uma parte desejada do equipamento para manuseio de tubos.

[0075] Em suma, o compasso eletrônico é usado para garantir uma orientação correta das alças e do elevador, antes da ativação dos cilindros hidráulicos, para alinhar o vetor de direção do primeiro tubo coaxialmente com o vetor de direção do segundo tubo, após o que as roscas do primeiro tubo são giradas para acoplamento com as roscas do segundo tubo. A rotação é proporcionada por meio de um dispositivo de rotação de tubos conhecido de per si.

[0076] Desse modo, em uma concretização, o método e o sistema, de acordo com a invenção, podem ser facilmente implementados em equipamentos para manuseio de tubos existentes substancialmente sem modificações.

[0077] O método pode compreender ainda a medida, por meio de triangulação, de um comprimento de uma coluna de tubulação, durante manobra no poço. Isso tem o efeito que um comprimento exato da coluna de tubulação estendida no poço é conhecido sem que se tenha que medi-lo manualmente.

[0078] Descreve-se a seguir um exemplo de uma concretização preferida ilustrada nos desenhos em anexo, em que:

[0079] a Figura 1 mostra uma vista em elevação lateral de uma parte de topo de coluna de revestimento suportada por um piso de sonda e uma junta de revestimento pendente acima da coluna de resfriamento, em que um equipamento a laser é usado para medira as posições relativas entre a coluna de revestimento e a junta de revestimento, e uma vista de um primeiro sinal, proporcionada em um monitor indicando uma posição relativa da parte de extremidade da junta de revestimento com relação à linha central da coluna de revestimento representada por uma mosca do alvo;

[0080] a Figura 2a mostra uma vista pelo topo de um caminho de varredura a laser na direção da coluna de resfriamento na Figura 1;

[0081] a Figura 2b mostra uma vista pelo topo de um caminho de varredura a laser na direção de uma parte inferior da junta de revestimento na Figura 1;

[0082] a Figura 3 mostra a mesma coisa da Figura 1, mas após uma parte de extremidade da junta de revestimento ter sido movimentada substancialmente para alinhamento com uma linha central da coluna de revestimento;

[0083] a Figura 4a mostra a junta de revestimento após ter sido abaixada para contato com a coluna de revestimento, em que o equipamento de varredura a laser é usado para determinar o vetor de direção da parte superior da coluna de tubulação e o vetor de direção da junta de revestimento, e uma vista de um segundo sinal proporcionada no monitor indicando uma posição relativa da inclinação da junta de revestimento com relação à linha central da coluna de revestimento representada por uma mosca do alvo;

[0084] a Figura 4b mostra uma alternativa para a concretização mostrada na Figura 4a, em que o vetor de direção da parte superior da coluna de tubulação e o vetor de direção da junta de revestimento são determinados por um meio de um terceiro equipamento de varredura a laser;

[0085] a Figura 5a mostra a mesma coisa da Figura 4a, mas após a linha central da junta de revestimento ter sido movimentada substancialmente para alinhamento com uma linha central da coluna de revestimento, e a rotação da junta de revestimento, para acoplamento com a coluna de revestimento, tiver começado;

[0086] a Figura 5b mostra uma alternativa para a concretização mostrada na Figura 5a, em que o vetor de direção da parte superior da coluna de tubulação e o vetor de direção da junta de revestimento são determinados por um meio de um terceiro equipamento de varredura a laser;

[0087] a Figura 6a mostra um ponto de tela de um gráfico de composição ideal;

[0088] a Figura 6b mostra um gráfico de composição inaceitável mostrando uma denominada protuberância, em que um pico fica acima de um ressalto; e

[0089] a Figura 7 é baseada na Figura 4a, mas na qual um elevador é dotado com um compasso eletrônico e uma válvula proporcional hidráulica, em que a válvula é configurada para controlar um cilindro para ajustar uma inclinação das alças.

[0090] As especificações de posição, tais como sobre, para cima, para baixo, superior, inferior, direita e esquerda, se referem às posições que são mostradas nas figuras.

[0091] As figuras são, em princípio, apenas desenhos. Por razões ilustrativas, as relações de tamanhos entre alguns dos elementos podem ser um pouco distorcidas.

[0092] Os elementos similares ou correspondentes são indicados pelos mesmos números de referência nas várias figuras, mas, com o intuito de exposição, alguns dos elementos podem ser mostrados sem os números de referência em algumas das figuras.

[0093] Nas Figuras 1 a 5b, o número de referência 1 indica um equipamento de triangulação para uso em um método para alinhar um primeiro tubo 3, nesse caso mostrado como uma junta de tubulação 3, com um segundo tubo 9, nesse caso mostrado como uma parte de topo de uma coluna de tubulação 9. A junta de tubulação 3 e a coluna de tubulação 9 podem ser, por exemplo, tubos de revestimento ou tubos de perfuração. A seguir, o primeiro tubo 3 é indicado por uma junta de tubulação 3, enquanto que o segundo tubo é indicado por uma coluna de tubulação 9.

[0094] Uma parte de extremidade inferior da junta de tubulação 3 é dotada com um pino 5 tendo roscas externas 7. Uma parte de topo da coluna de tubulação 9 (e uma parte de topo, não mostrada, da junta de tubulação 3) é dotada com uma caixa 11 tendo roscas internas 13 associadas com as roscas externas 7 do pino 5.

[0095] A junta de tubulação 3 é conduzida por, por exemplo, um elevador de revestimento (não mostrado) dotado com braçadeiras, como vai ser entendido por uma pessoa versada na técnica. A coluna de revestimento 9 é suportada por um piso de sonda 20 por meio de uma cunha 22, dotada com meios deslizantes, que suporta o peso da coluna de revestimento 9.

[0096] Na concretização mostrada, uma parte de topo da coluna de revestimento 9 é dotada com um colar de guia separável 15, tal como um guia de penetração manual, para proporcionar um meio de guia para orientar o pino 5 da junta de tubulação 3, durante abaixamento da junta de tubulação 3 para contato com a caixa 11 da coluna de revestimento 9. O pino 5 vai ser, a seguir, também indicado por uma parte de pino 5. Deve-se notar que o colar de guia 15 é preferível, mas não essencial. Quando a junta de tubulação é uma seção de tubulação de perfuração, a ser conectada a uma coluna de perfuração, tal como um colar de guia, não é normalmente utilizada.

[0097] O equipamento de triangulação 1 compreende escâneres a laser 101, 102, um computador 104 com um software, uma fonte de energia 106, e um transmissor 108, para transmitir um sinal a pelo menos um monitor M para apresentar um resultado das posições relativas entre a junta de tubulação 3 e a coluna de revestimento 9, em que as posições são determinadas por meio de triangulação e calculadas por meio do computador 104 com software. Na concretização mostrada, o sinal para o monitor M é transmitido por meio de um cabo 110. No entanto, uma transmissão de sinal sem fio é também concebível. A fonte de energia 106 é conectada a uma fonte de energia interna ou externa.

[0098] Uma junta de revestimento 3, a ser conectada a uma parte de topo de uma coluna de revestimento 9, é movimentada, tipicamente, de uma área de armazenamento, tal como, por exemplo, um denominado furo de dobra (não mostrado) em uma sonda por meio de um elevador (não mostrado), e para perto da coluna de revestimento 9, como mostrado na Figura 1. O elevador pode ser operado manual ou automaticamente por meio de robótica.

[0099] Na Figura 1, a junta de tubulação ou revestimento 3 pende de uma maior elevação do que uma parte de topo da coluna de revestimento 9, projetando-se acima do piso da sonda 20, isto é, há uma distância vertical entre a parte de pino 5 da junta de tubulação 3 e a parte de caixa 11 da coluna de revestimento 9.

[00100] Antes do início da operação, informações necessárias relativas à localização do equipamento 1, com relação à parte da coluna de revestimento 9 se projetando acima do piso da sonda, e filtros e tolerâncias de dados são introduzidos no computador 104 do equipamento 1 em uma maneira conhecida de per si. Por meio de filtros de dados, apenas os dados obtidos dentro de uma área específica vão ser usados. Os dados obtidos são distâncias e ângulos para os objetos medidos pelos escâneres a laser 101, 102. Desse modo, os dados obtidos de objetos fora da área específica vão ser desconsiderados dos cálculos de triangulação executados pelo computador 104.

[00101] Quando as informações mencionadas acima são introduzidas no computador 104 e pelo menos quando a junta de revestimento 3 é colocada na posição mostrada na Figura 1, os escâneres a laser 101, 102 do equipamento de triangulação 1 podem ser ativados para iniciar uma varredura de uma parte da coluna de revestimento 9, como indicado pela linha pontilhada inferior L1. Essa varredura é feita pelo primeiro laser 101. Na concretização mostrada, uma linha central CL9 da coluna de revestimento 9 é substancialmente vertical. Nessa etapa operacional, pode ser, portanto, suficiente obter dados de apenas um nível ou elevação da coluna de revestimento 9. O primeiro laser 101 pode, portanto, oscilar em apenas um nível, como indicado na Figura 2a, para obter dados para determinar, por meio de triangulação, os cálculos das posições das partes laterais 9a e 9b da coluna de revestimento 9, e, desse modo, proporcionar dados para calcular uma posição da linha central CL9 da coluna de revestimento 9. No entanto, em uma situação na qual a coluna de revestimento 9 é inclinada, por exemplo, mais de 5 - 10° com relação a uma direção vertical, pode ser desejável determinar a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 do mesmo modo como vai ser discutido abaixo com relação às Figuras 4a e 4b, em que dois ou mais níveis mutuamente distantes da coluna de revestimento 9 são medidos.

[00102] Depois, ou, alternativamente, simultaneamente com a varredura da coluna de revestimento 9, uma parte inferior da junta de revestimento 3 é varrida em uma maneira similar por meio de um segundo laser rotativo ou oscilante 102, como indicado pela linha pontilhada superior L2, mostrada nas Figuras 1 e 2b. Deve-se notar que a linha pontilhada L2 indica as medidas que são usadas no cálculo da posição da linha central CL3 da parte de extremidade inferior da parte de pino 5 da junta de revestimento 3. Deve-se notar também que o segundo laser 102 é configurado para cobrir uma área se estendendo abaixo e acima da parte de extremidade inferior da junta de revestimento 3. Isso é vantajoso para "encontrar" a parte de extremidade inferior da parte de pino 5 e ser, desse modo, capaz de determinar a sua posição por filtração de quaisquer dados que está acima e abaixo da parte de extremidade inferior da parte de pino 5. Desse modo, o segundo laser 102 pode ser, tipicamente, um laser girando em um plano vertical ou um laser oscilante, configurado para varrer vários níveis "horizontais", isto é, proporcionar várias linhas de varredura que são mutuamente distantes.

[00103] Por meio do software o computador 104 calcula qualquer desvio dH entre a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 e a posição da parte de extremidade inferior da parte de pino 5 da junta de revestimento 3.

[00104] Um primeiro sinal de guia é enviado do computador 104 do equipamento 1 a monitor M, indicando o desvio dH entre a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 e a posição da parte de extremidade inferior da junta de revestimento 3. Na Figura 1, o primeiro sinal de guia é apresentando como um ponto ML2 em um alvo T, em que uma mosca B no alvo T representa a linha central CL9 da coluna de revestimento 9. O ponto ML2 no alvo T proporciona informações a um operador com relação a ambas uma distância e uma orientação da posição da parte de extremidade inferior da junta de revestimento 3 com relação ao alvo T, isto é, a linha central CL9 da coluna de revestimento 9. Desse modo, o operador recebe informações visuais para movimentação da junta de revestimento 3 na direção de uma posição-alvo. Durante qualquer movimento da junta de revestimento 3, a medida e o cálculo de pelo menos a posição da parte de extremidade inferior da junta de revestimento 3 continua de uma forma contínua ou a determinados intervalos de tempo, tal como, por exemplo, mas não limitado a, uma medida a cada segundo.

[00105] O movimento da junta de revestimento 3 continua, tipicamente, até que o primeiro sinal de guia ML2 indique que a parte de extremidade central da junta de revestimento 3 atravessa substancialmente a linha central CL9 da coluna de revestimento 9, isto é, que o ponto ML2 esteja pelo menos dentro de uma parte externa (mostrada por uma linha pontilhada) da mosca B no alvo T. Isso é indicado na Figura 3, na qual dH indicado na Figura 1 está próximo de zero. Devido ao colar de guia 15, o dH indicado na Figura 1 não precisa ser zero. É adequado que o dH seja suficientemente pequeno para permitir que o pino 5 da junta de revestimento 3 seja orientado pelo colar 15 para a posição correta com relação à seção de caixa 11 da coluna de revestimento 9, durante o abaixamento da junta de revestimento 3 para contato com a seção de caixa 11, como mostrado na Figura 4.

[00106] Uma coluna de tubulação de perfuração não é normalmente dotada com um colar de guia separado 15 do tipo mostrado nas Figuras 1 a 5b. No entanto, uma pessoa versada na técnica vai entender que uma parte de caixa de uma coluna de tubulação de perfuração tem uma forma de "cunha" para receber uma parte de pino de uma ramificação de tubulação de perfuração.

[00107] O alinhamento discutido acima pode ser considerado como um alinhamento de "curso". Desse modo, o alinhamento de curso é representado pelas etapas a) a f) mencionadas acima.

[00108] No entanto, para evitar qualquer dano às roscas 7 do pino 5 e às roscas 13 da caixa 11, a junta de revestimento 3 deve ficar inteiramente alinhada com a coluna de revestimento 9, isto é, a junta de revestimento 3 deve ser disposta coaxialmente com a coluna de revestimento 9. Pelo termo inteiramente alinhado quer-se mencionar suficientemente alinhado para evitar qualquer "cisalhamento" ou outros danos sérios às roscas 7, 13, quando a rotação da junta de revestimento 3 é iniciada. Verificou-se na presente invenção que um desvio de até cerca de 1°, entre a linha central CL3 da junta de revestimento 3 e a linha central CL9 da coluna de revestimento 9, é aceitável. Para uma junta de revestimento 3 tendo um comprimento total de 11 metros, uma parte de extremidade distante (não mostrada) da junta de revestimento 3 pode se desviar até cerca de 20 cm da linha central CL9 da coluna de revestimento 9 para ser alinhada suficientemente.

[00109] Uma pessoa versada na técnica vai entender que o desvio máximo aceitável depende do tipo de roscas dos tubos que vão ser atarraxados conjuntamente. Outros tubos diferentes de revestimento, tais como, por exemplo, tubos de perfuração, tendo, normalmente, roscas mais grosseiras do que aqueles dos tubos de revestimento, podem ser conectados enquanto tendo um maior desvio do que aquele para os tubos de revestimento discutidos acima.

[00110] As Figuras 4a e 4b ilustram dois modos alternativos de descobrir o desvio dC entre a linha central CL3 da junta de revestimento 3 e a linha central CL9 da coluna de revestimento 9.

[00111] Na Figura 4a, um vetor de direção de uma parte da coluna de revestimento 9 se projetando do piso da sonda 20 é determinado por varredura de pelo menos duas (três mostradas na Figura 4a) partes mutuamente distantes L11, L12, L13 da coluna de revestimento 9. Essa varredura é feita por meio do primeiro equipamento de varredura a laser 101. De modo similar, o vetor de direção da junta de revestimento 3 é determinado por varredura de pelo menos duas (três mostradas na Figura 4a) partes mutuamente distantes L21, L22, L23 da junta de revestimento 3. Essa varredura é feita por meio do segundo equipamento de varredura a laser 102. Com base nos dados de triangulação obtidos pelos equipamentos de varredura a laser 101, 102, os vetores de direção para a junta de revestimento 3 e a coluna de revestimento 9, respectivamente, são calculados. Por simplicidade, os vetores de direção para a junta de revestimento 3 e a coluna de revestimento 9 são indicados CL3 e CL9, respectivamente.

[00112] A finalidade da varredura de pelo menos duas partes mutuamente distantes de cada uma da junta de revestimento 3 e da coluna de revestimento 9 é considerar qualquer movimento de, por exemplo, uma sonda flutuante sendo submetida a ondas. Esse movimento pode colocar a coluna de revestimento 9 fora de uma posição vertical exata.

[00113] As medidas dos pontos mutuamente distantes L21 - L23 e L11 - L13 da junta de revestimento 3 e da coluna de revestimento 9, respectivamente, são, na concretização mostrada na Figura 4a, obtidas por varredura de uma primeira parte do tubo substancialmente horizontalmente e depois varredura de pelo menos outra parte do tubo, que está mutuamente distante da primeira parte ao longo de um eixo longitudinal do tubo.

[00114] Por meio do software, o computador 104 calcula qualquer desvio dC entre a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 e a posição da parte de varredura mais superior indicada pela linha pontilhada L23 da junta de revestimento 3.

[00115] Na concretização alternativa mostrada na Figura 4b, as pelo menos duas partes mutuamente distantes descritas acima podem ser obtidas por meio de um único equipamento de varredura a laser 103, tendo um plano de rotação ou oscilação duplo.

[00116] O terceiro equipamento de varredura a laser 103 (que é mostrado nas Figuras 4b, 5b e 7 apenas) é configurado para girar ou oscilar em um plano vertical, enquanto que, ao mesmo tempo, para girar ou, de preferência, oscilar em um plano "horizontal", em uma maneira similar àquela mostrada na Figura 2a.

[00117] Das medidas obtidas pelo terceiro equipamento de varredura a laser 103, a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 é calculada dos dados obtidos das partes mutuamente distantes L31 - L33 (correspondentes às partes mutuamente distantes L11 - L13 mostradas na Figura 4a), enquanto que a linha central CL3 da junta de revestimento 3 é calculada dos dados obtidos das partes mutuamente distantes L34 - L36 (correspondentes às partes mutuamente distantes L21 - L23 mostradas na Figura 4a).

[00118] Por meio do software, o computador 104 calcula qualquer desvio dC entre a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 e a posição da parte de varredura mais superior indicada pela linha pontilhada L36 da junta de revestimento 3.

[00119] Independente de qual das concretizações mostradas nas Figuras 4a e 4b é utilizada, um segundo sinal de guia é enviado do equipamento 1 para o monitor M, indicando o desvio dC entre a linha central CL9 da coluna de revestimento 9 e a junta de revestimento 3. Desse modo, o segundo sinal de guia proporciona informações sobre a direção e a quantidade de inclinação da junta de revestimento 3 com relação à coluna de revestimento 9. Nas Figuras 4a e 4b, o segundo sinal de guia é apresentado como um ponto ML1 no alvo T, em que uma mosca B do alvo T representa a linha central CL9 da coluna de revestimento 9. No exemplo mostrado na Figura 4a, ou na concretização alternativa mostrada na Figura 4b, o ponto ML1 no monitor M indica que a junta de revestimento 3 é inclinada para a direita e um pouco fora do plano do desenho.

[00120] De preferência, o segundo sinal ML1 é visualmente diferente do primeiro sinal ML2, por exemplo, por meio de uma cor ou um modelo diferente. Por apresentação de dois sinais visualmente distinguíveis ML1 e ML2, ambos os sinais podem ser apresentados simultaneamente. Essa apresentação simultânea pode ser particularmente desejada se a parte de topo da coluna de revestimento 9 não for dotada com o colar 15. Sem o colar 15 a parte inferior da junta de revestimento 3, isto é, o pino 5, pode se movimentar horizontalmente com relação à caixa 11 da coluna de revestimento 9, antes do início do acoplamento das roscas 7, 13.

[00121] Com base no segundo sinal ML1, o operador pode movimentar a junta de revestimento 3 até que o segundo sinal ML1 fique dentro da mosca da parte interna B, isto é, dentro do círculo interno do alvo T. Desse modo, as medidas de triangulação continuam "continuamente" ou a determinados intervalos de tempo, tal como, por exemplo, a cada segundo, pelo menos até que o vetor de direção CL3 da junta de revestimento 3 fique alinhado com o vetor de direção CL9 da coluna de revestimento 9.

[00122] O alinhamento discutido acima pode ser considerado como um alinhamento "fino".

[00123] Uma vez que o vetor de direção CL3 da junta de revestimento 3 esteja alinhado com o vetor de direção CL9 da coluna de revestimento 9, a rotação R da junta de revestimento 3 com relação à junta de revestimento 9 pode ser iniciada, de modo que as roscas 7 do pino 5 se acoplem corretamente com as roscas 13 da caixa 11. Isso é mostrado nas Figuras 5a e 5b, que apresentam uma concretização alternativa da Figura 5a.

[00124] Nas Figuras 1 a 5b, o equipamento 1 é dotado com um dispositivo emissor de sinais S, configurado para propiciar um sinal visual e/ou audível para o operador. O dispositivo emissor de sinais S pode ser um sinal de "prosseguir / não prosseguir" com base pelo menos no segundo sinal ML1 enviado do equipamento 1. Por exemplo, Por exemplo, durante o alinhamento grosseiro mostrado nas figuras 1 a 4a ou 4b, o dispositivo emissor de sinais S pode emitir uma luz vermelha, indicando "não prosseguir" com relação à rotação de partida da junta de revestimento 3 para acoplamento com a coluna de revestimento 9. Essa luz vermelha vai ser emitida até que o vetor de direção CL3 da junta de revestimento 3 esteja inteiramente alinhado com o vetor de direção CL9 da coluna de revestimento 9, isto é, até que o segundo sinal ML1 esteja dentro da parte interna da mosca B do alvo T. Quando o segundo sinal ML1 está dentro da parte interna da mosca B do alvo T, a luz emitida pelo dispositivo emissor de sinais S vai mudar para luz verde, indicando "prosseguir" com relação à rotação de partida R da junta de revestimento 3. Em uma concretização, um sinal audível pode ser emitido simultaneamente com a luz verde. Esse exemplo é apenas um modo de proporcionar sinais a um operador além das informações proporcionadas pelo alvo T. Deve ficar claro que outras alternativas com relação à luz e/ou ao sinal audível podem ser emitidas pelo dispositivo emissor de sinais S para proporcionar quaisquer sinais de "prosseguir" ou "não prosseguir" para o operador.

[00125] Em uma alternativa a uma operação controlada manualmente por um operador, os sinais ML2, mostrado nas Figuras 1 - 3, e ML1, mostrado nas Figuras 4a e 5a ou 4b e 5b, podem ser usados para controlar um equipamento para manuseio de tubos automatizado (não mostrado) conhecido de per si. Nessa concretização, os ditos sinais ML2 e ML1 podem ser adicionalmente apresentados visualmente, por exemplo, como indicado por meio do alvo T mostrado nas Figuras 1 - 5b.

[00126] Voltando agora às Figuras 6a e 6b, estas mostram um gráfico de composição ideal e um gráfico de composição inaceitável, respectivamente.

[00127] Na Figura 6a, que mostra uma impressão de uma medida real, o torque (eixo vertical) é substancialmente constante até que o acoplamento encontre o denominado ressalto, após vários giros (eixo horizontal). A impressão mostra um gráfico de composição ideal.

[00128] A Figura 6b ilustra uma denominada "protuberância", que significa que um determinado pico fica acima do ressalto. As possíveis causas para uma protuberância podem surgir, por exemplo, devido a um desalinhamento. Uma pessoa versada na técnica vai entender que outras razões para essa protuberância podem ser muita rosca composta, uma má introdução ou um pequeno dano na rosca. No entanto, a presente invenção se preocupa em evitar o desalinhamento.

[00129] Se uma operação de conexão resultar em uma protuberância, uma quebra da conexão é necessária. Após a quebra, pelo menos uma limpeza e uma inspeção das roscas são necessárias. Se as roscas forem aceitas, isto é, sem dano, a conexão pode ser restabelecida. Se as roscas ficarem danificadas além de um pequeno reparo, que pode ser feito in situ, a coluna de tubulação 9 deve ser puxada para substituir o tubo superior da coluna de tubulação 9. A junta de tubulação 3 deve ser, nesse caso, substituída. Uma pessoa versada na técnica vai saber que essa é uma operação intensa em tempo e, desse modo, cara.

[00130] Para controlar a rotação R da junta de revestimento 3, as medidas de triangulação continuam, de preferência, pelo menos durante as primeiras poucas rotações R da junta de revestimento 3, por exemplo, durante as três a cinco primeiras rotações R. Se as medidas revelarem qualquer desalinhamento entre os vetores de direção CL3 e CL9, o operador vai interromper a rotação R e, com base no segundo sinal ML1, ajustar a junta de revestimento 3 até que os vetores de direção CL3 e CL9 fiquem de novo alinhados, e depois continuar a rotação R. Desse modo, um operador pode ter o controle total do processo para obter um gráfico de composição substancialmente ideal, como mostrado na Figura 6a. Uma pessoa versada na técnica vai considerar que os gráficos de composição são uma documentação importante para a produção de uma coluna de tubulação, tal como, por exemplo, uma coluna de revestimento 9.

[00131] Em uma situação na qual o desalinhamento da junta de revestimento 3 e da coluna de revestimento 9 ocorre após o início da rotação R, o dispositivo emissor de sinais S pode ser configurado para emitir um sinal de alarme. O sinal de alarme pode ser um sinal visual e/ou audível.

[00132] Voltando agora à Figura 7, que mostra um sistema que compreende o equipamento 1, apresentado na Figura 4a, em que o primeiro tubo 3 pende de um equipamento para manuseio de tubos P, que compreende um elevador E conectado a um acionamento de topo por meio de duas alçadas espaçadas entre si BL (uma mostrada), como vai entender uma pessoa versada na técnica. Nas suas partes de extremidade, as alças BL são dotadas com olhais para conexão a um dispositivo de conexão no elevador E e no acionamento de topo T, respectivamente, para proporcionar uma conexão "articulada", isto é, de rotação livre. Uma pessoa versada na técnica vai entender ainda que o equipamento para manuseio de tubos P, mostrado na Figura 7, é muito esquemático.

[00133] Cada uma das alças BL do aparelho de varredura a laser P é dotada ainda com um cilindro hidráulico HC, tendo as extremidades conectadas a uma parte do acionamento de topo T e a uma parte da alça BL, respectivamente. A finalidade dos cilindros hidráulicos HC é para promover uma inclinação das alças BL com relação a um eixo vertical como o indicado pela seta A. Em uma posição neutra, as alças BL e, desse modo, o elevador E pendem verticalmente do acionamento de topo T.

[00134] Na concretização mostrada o elevador E é dotado com um compasso eletrônico C. Em uma concretização alternativa (não mostrada), o compasso eletrônico pode ser disposto em uma parte rotativa do acionamento de topo T, ou mesmo em uma das alças BL. No entanto, por razões práticas, o compasso eletrônico C deve ser preferivelmente conectado ao acionamento de topo T ou ao elevador E.

[00135] O compasso eletrônico C é configurado para indicar um plano imaginário definido pelas duas alças BL. O plano imaginário se estende pelo elevador E conduzido pelas alças BL.

[00136] Na concretização mostrada na Figura 7, o plano imaginário definido pelas duas alças BL é a 90° com relação ao plano do papel. Isso significa que o plano imaginário é perpendicular ao vetor de direção do segundo tubo CL9. Desse modo, por ativação do cilindro hidráulico HC, as alças BL vão ser inclinadas. Na concretização mostrada, os cilindros hidráulicos HC devem ser estendidos de modo que o elevador E impulsione o primeiro tubo 3 para a esquerda até que o vetor de direção do primeiro tubo CL3 fique coaxial com o vetor de direção do primeiro tubo CL9, isto é, dC = 0. No entanto, em algumas situações, o plano imaginário definido pelas alças BL pode ser orientado inicialmente a um ângulo, que é diferente de 90° com relação ao vetor de direção do segundo tubo CL9. Nessa situação, uma ativação do cilindro hidráulico HC não vai colocar o vetor de direção do primeiro tubo CL3 coaxial com o vetor de direção do segundo tubo CL9. Desse modo, não vai ser possível reduzir dC a zero.

[00137] A finalidade do compasso eletrônico C é, portanto, proporcionar informações a um operador (ou entrada no computador com software em uma versão inteiramente automática do sistema), relativas à orientação do eixo imaginário com relação ao vetor de direção do segundo tubo CL9. Na concretização mostrada, o compasso eletrônico E é configurado para enviar um sinal a um transceptor 108, para receber e transmitir sinal ao monitor M. Na Figura 7, o sinal ML1i indica o sinal recebido inicialmente do compasso eletrônico E. Em um sistema semiautomático e com base no sinal inicial ML1i (nesse caso, mostrado a uma "posição de relógio de 4), o operador nota que uma rotação do acionamento de topo T é necessária para colocar o eixo imaginário em uma posição predeterminada, que, na concretização, é na "posição de relógio 3". O operador então ativa a rotação do acionamento de topo T até que o sinal do compasso eletrônico E indique que o plano imaginário, definido pelas alças BL, seja perpendicular ao vetor de direção do segundo tubo CL9, e o sinal inicial ML1i no monitor M fique na posição predeterminada, nesse caso, mostrada como uma "posição de relógio 3".

[00138] De acima, uma pessoa versada na técnica vai entender que o compasso eletrônico E emite sinais "continuamente", por exemplo, a cada segundo. O primeiro tubo 3 é então preparado para ser alinhado axialmente com o segundo tubo 9 por meio de ativação do cilindro hidráulico HC do equipamento para manuseio de tubos P. Em uma concretização, esse alinhamento pode ser obtido por controle manual dos cilindros hidráulicos HC.

[00139] No entanto, verificou-se na invenção que o cilindro hidráulico HC pode ser controlado automaticamente por meio de uma válvula proporcional hidráulica PV, conectada operacionalmente aos cilindros hidráulicos HC. A válvula proporcional hidráulica PV é dotada com um dispositivo de controle, que compreende um receptor para receber sinais do transceptor 108 do equipamento 1. Os sinais são baseados em dados preparados pelo computador 104 e pelo software. Os dados são calculados da entrada da presente posição ML1f e da posição desejada, em que ML1f está dentro da mosca B, isto é, o primeiro tubo 3 é disposto coaxialmente com o segundo tubo 9.

[00140] Os sinais para a válvula proporcional hidráulica PV são enviados "continuamente" durante essa operação, por exemplo, uma vez por segundo.

[00141] Quando os tubos 3 e 9 são alinhados um com o outro, a válvula proporcional hidráulica PV pode ser travada em uma posição aberta, que significa que o cilindro hidráulico HC está pronto para uma operação manual.

[00142] O método, o equipamento e o sistema de acordo com a presente invenção solucionam o desafio de garantir o alinhamento exato de um primeiro tubo 3 com relação a um segundo tubo 9 antes do e, em uma concretização, também durante o início de acoplamento das roscas 7, 13 dos tubos 3, 9, independentemente de uma operação manual ou automática. Os testes mostram que o método reduz, consideravelmente, o tempo despendido para cada conexão, e que danos às roscas dos tubos, devido ao desalinhamento durante o acoplamento, são virtualmente eliminados, o que reduz de novo o tempo e os custos para a produção de uma coluna de tubulação.

[00143] Ainda mais, o método e o sistema de acordo com uma concretização da invenção proporcionam um equipamento para manuseio de tubos quase que inteiramente automático sem qualquer modificação dos equipamentos para manuseio de tubos existentes.

[00144] Como mencionado acima, o equipamento 1 de acordo com a invenção pode ser usado como uma ferramenta para medir o comprimento da coluna de tubulação durante manobra no poço. Isso é obtido por medida por meio de dispositivos de triangulação (101, 102, 103) de uma distância entre as partes específicas de dois tubos sucessivos (3, 9) e soma de um comprimento total da coluna de tubulação no poço.

[00145] Por exemplo, com referência à Figura 7, após o primeiro tubo 3 ter sido alinhado com o segundo tubo 9, isto é, o vetor de direção do primeiro tubo CL3 ter sido alinhado com o vetor de direção do segundo tubo CL9, o colar de guia separável 15 é removido. Depois, os meios deslizantes 24 são liberados da cunha 22 e é iniciada a manobra no poço. Durante a manobra, os escâneres a laser 101, 102, como mostrados, por exemplo, na Figura 7, ou o escâner a laser 103, também mostrado na Figura 7 e explicado acima em conjunto com a Figura 5b, são ativos. Na Figura 7, apenas os escâneres a laser 101, 102 são mostrados ativos, mas deve ficar claro que o escâner a laser 103 pode ser usado como explicado acima em conjunto com a Figura 5b. O ressalto inferior da seção de caixa 11 do segundo tubo 9 vai ser detectado pelos escâneres a laser 101, 102 ou 103, em virtude do maior diâmetro com relação à dimensão do tubo abaixo da seção de caixa 11. Um comprimento do primeiro tubo 3 vai ser medido continuamente por meio do equipamento de varredura a laser 102, 103, até que o elevador E seja detectado. Uma vez que a altura do elevador E seja conhecida, um ressalto inferior do primeiro tubo 3 é também mostrado. Desse modo, um comprimento entre os ressaltos inferiores de cada uma das seções de caixa dos tubos 3, 9 é conhecido. Esse comprimento é armazenado no computador 104 e acrescentado com as medidas correspondentes dos tubos subsequentes manobrados no poço. Portanto, o equipamento 1 pode ser usado para medir um comprimento exato da coluna de tubulação estendida em um poço.

[00146] A altura do elevador E é introduzida como entrada em um software do computador.

[00147] Deve-se notar que as concretizações mencionadas acima ilustram em vez de limitar a invenção, e que aqueles versados na técnica vão ser capazes de elaborar muitas concretizações alternativas sem se afastarem do âmbito das reivindicações em anexo. Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser considerados como limitantes das reivindicações. O uso do verbo "compreender" e de suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas diferentes daquelas indicadas nas reivindicações. O artigo "um" ou "uma" precedendo um elemento não exclui a presença de vários desses elementos.

[00148] O mero fato que certas medidas são indicadas reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada vantajosamente.

[00149] A invenção pode ser implementada por meio de hardware compreendendo vários elementos distintos e por meio de um computador programado adequadamente.

Claims

1. Método para alinhar um primeiro tubo móvel (3) coaxialmente com um segundo tubo substancialmente estacionário (9) para preparar uma parte de extremidade de pino rosqueada (7) do primeiro tubo (3) para acoplamento com uma parte de extremidade de caixa rosqueada (13) do segundo tubo (9), o método compreende as etapas de: a) determinar, por meio de triangulação, uma posição de uma linha central (CL9) do segundo tubo (9); b) antes de colocar a parte de extremidade rosqueada (7) do primeiro tubo (3) em contato com a parte de extremidade rosqueada (13) do segundo tubo (9), determinar, por meio de triangulação, uma posição de uma parte de extremidade central do primeiro tubo (3) mais próxima do segundo tubo (9); c) calcular a direção e a quantidade de qualquer desvio horizontal (dH) entre a linha central (CL9) do segundo tubo (9) e a parte de extremidade central do primeiro tubo (3) voltada para o segundo tubo (9); d) transmitir um primeiro sinal de guia (ML2), indicativo da direção e da quantidade de desvio horizontal calculados na etapa c); e) movimentar, por meio do aparelho de manuseio de tubos, o primeiro tubo (3) de acordo com o primeiro sinal de guia (ML2); e depois f) movimentar a parte de extremidade de pino rosqueada (7) do primeiro tubo (3) para encostar contra a parte de extremidade de caixa rosqueada (13) do segundo tubo (9), caracterizado pelo fato de que, em seguida, o método compreende ainda: g) determinar um vetor de direção do primeiro tubo (CL3) e um vetor de direção do segundo tubo (CL9); h) calcular a direção e a quantidade de qualquer inclinação (dC) do vetor de direção do primeiro tubo com relação ao vetor de direção do segundo tubo; i) transmitir um segundo sinal de guia (ML1) indicativo da direção e da quantidade de inclinação (dC) calculados na etapa h); j) ajustar a inclinação do primeiro tubo (3) de acordo com o segundo sinal de guia (ML1); e k) girar o primeiro tubo (3) de modo que as roscas (7) do primeiro tubo (3) se acoplem com as roscas (13) do segundo tubo (9).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende repetir as etapas g) a k) pelo menos até que uma parte da parte de extremidade rosqueada (7) do primeiro tubo (3) tenha sido girada para acoplamento com a parte de extremidade rosqueada (13) do segundo tubo (9).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda proporcionar o primeiro sinal de guia (ML2) e o segundo sinal de guia (ML1) como sinais visuais e/ou audíveis a um operador.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda proporcionar o primeiro sinal de guia (ML2) e o segundo sinal de guia (ML1) como sinais de entrada para controlar um equipamento para manuseio de tubos automático.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: - antes da etapa j), determinar, por meio de um sinal de um compasso eletrônico (C), uma orientação de um elevador (E) conduzindo o primeiro tubo (3), o elevador conectado a um acionamento de topo (T) por meio de alças (BL), cada uma delas (BL) conectada operacionalmente a um cilindro hidráulico (HC) para ajustar uma inclinação das alças (BL); - comparar uma orientação de momento com uma orientação desejada necessária para ajustar a inclinação do primeiro tubo (3); e - se a orientação desejada se desviar da orientação de momento, ativar uma rotação do acionamento de topo (T) de modo que a orientação desejada seja atingida.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa j) de ajuste da inclinação do primeiro tubo (3), de acordo com o segundo sinal de guia (ML1), pode compreender a ativação do cilindro hidráulico (HC) por meio de uma válvula hidráulica proporcional (PV), configurada para receber um sinal de controle.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sinal de controle é gerado por computador.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda obter medidas de triangulação por meio de um equipamento sensor 3D (1), selecionado do grupo compreendendo: equipamento de varredura a laser, equipamento de varredura acústico, equipamento de radar, uma câmera estereofônica, o equipamento sensor 3D combinado com algoritmos de triangulação, ou uma combinação de dois ou mais deles.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda medir um comprimento de uma coluna de tubulação por meio de triangulação durante manobra no poço.

10. Equipamento (1) para alinhar um primeiro tubo móvel (3) coaxialmente com um segundo tubo substancialmente estacionário (9) para preparar uma parte de extremidade de pino rosqueada (7) do primeiro tubo (3) para acoplamento com uma parte de extremidade de caixa rosqueada (13) do segundo tubo (9), em que o equipamento compreende: - um primeiro dispositivo de triangulação (101, 103) para determinar uma posição de uma linha central (CL9) do segundo tubo (9), o primeiro dispositivo de triangulação (101, 103) configurado para enviar um sinal a um computador (104); - um segundo dispositivo de triangulação (102, 103) para determinar uma posição de uma parte de extremidade central do primeiro tubo (3) que é mais próxima do segundo tubo (9), o segundo dispositivo de triangulação (102, 103) configurado para enviar um sinal ao computador (104); - o computador (104) configurado para calcular a direção e a quantidade de qualquer desvio horizontal (dH) entre a linha central (CL9) do segundo tubo (9) e a parte de extremidade central do primeiro tubo (3) voltada para o segundo tubo (9); e - um transmissor de sinal (108) para transferir um primeiro sinal de guia (ML2) indicativo da direção e da quantidade do desvio horizontal (dH) calculados pelo computador (104), caracterizado pelo fato de que o computador é configurado ainda para calcular um vetor de direção do primeiro tubo (CL3) e um vetor de direção do segundo tubo (CL9) quando a parte de extremidade de pino rosqueada (7) do primeiro tubo (3) for posta em contato com a parte de extremidade de caixa rosqueada (13) do segundo tubo (9) e proporcionar um sinal para o transmissor de sinal (108) para transferir um segundo sinal de guia (ML1) indicativo da direção e da quantidade de inclinação calculados pelo computador.

11. Sistema compreendendo o equipamento (1), como definido na reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende um compasso eletrônico (C) disposto em um equipamento para manuseio de tubos (P), que compreende um elevador (E) e alças (BL) conectando o elevador (E) a um acionamento de topo (T), em que o compasso (C) é configurado para enviar um sinal indicativo de uma posição de um plano imaginário definido por uma linha central das alças (BL).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma válvula proporcional hidráulica (PV) configurada para ativar cilindros hidráulicos (HC), para influenciar em uma inclinação das alças (BL) com relação a um eixo vertical.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a válvula proporcional hidráulica (PV) é operada por meio de sinais gerados pelo computador (104) do equipamento (1), os sinais sendo baseados no segundo sinal de guia (ML1) sendo indicativo da direção e da quantidade de inclinação do vetor de direção do primeiro tubo com relação ao vetor de direção do segundo tubo.