BR112020005621A2 - conjunto de empilhamento inferior de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado em um poço de extração de hidrocarboneto, e método relacionado - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um conjunto de empilhamento inferior (1) de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado (10) em um poço de extração de hidrocarboneto, tendo pelo menos uma função de segurança (2) que pode ser ativada hidraulicamente para cortar rapidamente uma seção de tubulação; pelo menos uma primeira válvula (3); pelo menos uma primeira conexão fluídica (6) que conecta de maneira permanente pelo menos uma referida primeira válvula (3) e pelo menos uma citada função de segurança (2), de modo que pelo menos uma dita primeira válvula (3) fica adaptada para cortar seletivamente um fluxo de fluido direcionado para pelo menos uma mencionada função de segurança (2); pelo menos uma porta (4) operacionalmente conectada a pelo menos uma referida primeira válvula (3), com pelo menos uma dita porta (4) estando adaptada para cooperar com um veículo operado remotamente (5) para transmitir um sinal piloto para pelo menos uma citada primeira válvula (3); pelo menos um acumulador (7) adaptado para alojar fluido pressurizado; pelo menos uma segunda conexão fluídica (8) entre pelo menos um dito acumulador (7) e a citada primeira válvula (3), de modo que, cooperando pelo menos com a referida primeira válvula (3), pelo menos um mencionado acumulador (7) fica adaptado para fornecer fluido pressurizado, por meio da citada segunda conexão fluídica (8) e da dita primeira conexão fluídica (6), para pelo menos uma mencionada função de segurança (2), a fim de ativá-la; em que pelo menos uma referida segunda conexão fluídica (8) conecta de maneira permanente pelo menos um mencionado acumulador (7) e pelo menos uma dita primeira válvula (3), de modo que a citada segunda conexão fluídica (8) permanece operacional durante a vida de trabalho inteira do conjunto (1).
Description
[001] A presente invenção se refere a um conjunto de empilhamento inferior de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado (“b/ow out”) em um poço de extração de hidrocarboneto.
[002] A presente invenção também se refere a um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado em um poço de extração de hidrocarboneto.
[003] Além disso, a presente invenção se refere a um método para ativar uma função de segurança de um conjunto de empilhamento inferior de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado em um poço de extração de hidrocarboneto.
[004] Os hidrocarbonetos são usualmente extraídos através de um poço geralmente vertical que conecta o campo de petróleo ao leito do mar. O poço consiste em um canal perfurado revestido por uma série de tubos concêntricos (conhecidos como revestimentos). A estabilidade de tal revestimento é garantida por uma cabeça de poço fixada à superfície do leito por meio de fundações, que podem ser empilhadas e / ou cimentadas. O canal perfurado é feito por meio de uma haste de perfuração rotativa, que se origina a partir dos meios de perfuração e em cuja parte inferior um mandril está posicionado. A operação de perfuração é realizada em conjunto com a descida de um tubo externo (tubo ascendente, ou "riser”), que separa e provê um espaçamento para a haste de perfuração, em conjunto com a descida dos revestimentos. O material removido é transportado e eliminado pela circulação da lama de perfuração, com tal circulação desempenhando várias funções, como lubrificação, transporte para a superfície, aplicação de uma contrapressão hidrostática no fundo do furo, que possibilita equilibrar quaisquer movimentos imprevistos inesperados do fluido de formação ("chutes", ou "Kicks).
[005] Os hidrocarbonetos contidos e aprisionados dentro dos campos de petróleo sobem naturalmente devido ao seu peso, que é mais leve do que o do ambiente circundante. Pndam nenrrar fluivose decenntralades Phlaw ante”) vinlantoas qe aeralmente arractam gás, hidrocarbonetos, água e areia, se a diferença de pressão for particularmente alta. O fenômeno pode ser particularmente rápido e violento, com a expulsão e derramamento do produto a partir do poço. Para controlar o fenômeno do derramamento, dispositivos de segurança, tais como válvulas de fechamento (denominadas dispositivos de prevenção contra fluxo descontrolado, ou BOPs - Blow Out Preventers), atuam como uma barreira no caso de ser necessário cortar a conexão fluídica entre a cabeça do poço e o sistema de perfuração.
[006] Os dispositivos de prevenção contra fluxo descontrolado devem permitir o desacoplamento temporário entre os meios de perfuração e o poço, por diferentes razões, como por exemplo mau tempo e más condições do mar, ou perda de posição do navio. Essa função é implementada por dois componentes e, em particular, por um empilhamento inferior (também conhecido como empilhamento inferior do BOP) conectado à cabeça do poço, e por um pacote de tubo ascendente marítimo inferior (ou LMRP - Lower Marine Riser Package), que contém os módulos do empilhamento inferior, cuja parte superior está conectada ao tubo ascendente dentro do qual a coluna de perfuração é inserida. Alguns exemplos de dispositivos de segurança conhecidos, ou BOPs, são mostrados nos documentos de patente U.S. 6484806, U.S. 7300033 e U.S. 2010-
0006298.
[007] Os dispositivos de segurança conhecidos compreendem uma série de pistões de controle ("rams”) ativados hidraulicamente, tendo várias funções, tais como vedar as seções de espaçamento entre a haste de perfuração e o revestimento, ou cortar a haste de perfuração e cortar completamente o poço, para cortar o campo de petróleo e impedir o derramamento de hidrocarbonetos. As soluções conhecidas para pistões de controle compreendem pistões de controle de furo variável para fechamento e vedação em torno da haste de perfuração, pistões de controle de cisalhamento, e pistões de controle de cisalhamento cegos (“gavetas cegas”).
[008] Portanto, é fortemente sentida uma necessidade por um sistema de acionamento com pistão de controle, capaz de prover uma resposta rápida e confiável, mesmo em condições de falha. INNO1 Nec nietÃos da contralea de dienncitiva da caatranea cão acinhadas nor mein da um sistema que consiste em geradores de energia hidráulica e elétrica, e por um controle posicionado nos meios de perfuração. A energia hidráulica e os sinais elétricos são transferidos para o pacote do tubo ascendente marítimo inferior através de linhas redundantes. O pacote do tubo ascendente marítimo inferior também consiste em um módulo redundante que gerencia a lógica de atuação das válvulas dos componentes do pacote do tubo ascendente marítimo inferior. A conexão eletro-hidráulica entre o pacote do tubo ascendente marítimo inferior e o empilhamento inferior é obtida por meio de tubulações rígidas e flexíveis. Devido aos aspectos críticos do componente, o sistema contém uma série de redundâncias frequentemente suficientes para garantirem um determinado nível mínimo de segurança em algumas situações previsíveis de emergência.
[010] Os dispositivos de segurança conhecidos compreendem vários tipos de redundâncias que são ativadas seletivamente de acordo com o grau de criticidade, por exemplo, como o mau funcionamento dos referidos módulos e / ou no caso de perda de conexão com os meios de perfuração, como mostrado por exemplo no documento de patente U.S. 2014-0124211.
[011] O sistema secundário é geralmente configurado para ser ativado por meio de um veículo operado remotamente, ou VOR, evitando assim a necessidade de acionar o sistema de emergência secundário usando os meios de perfuração. Um exemplo de veículo operado remotamente é mostrado no documento de patente U.S. 9234400, no qual tal veículo operado remotamente está equipado com bombas auxiliares. Um problema dos sistemas de emergência baseados em VOR está relacionado à baixa energia fornecida pelo VOR e seus módulos auxiliares, que não podem operar os dispositivos prontamente no tempo requerido pelo fenômeno de derramamento.
[012] Por exemplo, o documento de patente U.S. 2009-095464 apresenta uma solução de um sistema de emergência secundário que usa um VOR para manobrar e conectar cabos volantes para formar um sistema de conexão, desviando-se (bypass) do controle primário. Cada cabo volante é manipulado e conectado pelo VOR até o empilhamento inferior. Esses cabos volantes podem ser posicionados no BOP em uma posição de repouso, sendo fixados à estrutura do BOP com fixações facilmente removíveis, de modo a permitirem sua reciunararão em caca de amernância OQOc cabos volantes noadem car incarisdacs nar mein de conectores convencionais, chamados de conectores "hot stabs” (de “estocada”), que são inseridos na parte do receptáculo do sistema, que normalmente fica inserido em um painel de intervenção que simplifica a manipulação por meio do VOR. A flexibilidade estrutural do cabo volante torna possível enrolá-lo, quando o sistema de emergência secundário não estiver em uso, ou seja, em condições de operação normais do dispositivo de segurança, em torno de uma porção do corpo do dispositivo de segurança, para impedir que a extremidade volante do cabo flutue no corpo de água sujeito às correntes marítimas, o que dificultaria que ele fosse apanhado pelo VOR.
[013] Esse tipo de solução requer que o veículo operado remotamente ou VOR manobre o cabo volante para desenrolá-lo, para posteriormente conectar a extremidade volante do cabo ao circuito de ativação do pistão de controle, expandindo os tempos de intervenção e ativação do sistema de emergência secundário. Além disso, particularmente em condições de baixa visibilidade, por exemplo, em condições de derramamento do conteúdo do poço, a operação de manobra do cabo volante realizada pelo VOR pode romper a parede feita de material flexível do próprio cabo volante, tornando ineficaz a conexão de desvio (bypass). Além disso, o cabo flutuante às vezes está sujeito a fraturas, por exemplo, uma ruptura, pelo efeito da pressão hidráulica do fluido de processo que ele recebe, podendo ser danificado devido à alta pressão hidrostática do ambiente submarino, particularmente próximo ao leito do mar.
[014] Além do mais, o cabo volante é comumente usado para conectar uma porção do pacote do tubo ascendente marítimo inferior ao empilhamento inferior, por exemplo, conforme mostrado no documento de patente U.S. 2016-0319622. É impossível ativar esse tipo de solução em caso de desacoplamento entre o pacote do tubo ascendente marítimo inferior e o empilhamento inferior, desacoplamento esse que pode ser causado por vários fatores que, às vezes, podem convergir, por exemplo, mau tempo e más condições do mar, fluxo (erupção) incontrolável de hidrocarbonetos a partir do campo petrolífero, ou mau funcionamento do sistema de posicionamento do navio de perfuração.
[015] É sentida assim uma necessidade por uma solução para os inconvenientes mencionados com referência ao estado da técnica anterior. INIEI É fartamente cantida 2 naecreccidadae de nrnver Ima enliirão nara cietomacs de emergência secundários com confiabilidade aprimorada em relação às soluções conhecidas, sem a demora na ativação.
[017] É fortemente sentida a necessidade de prover uma solução para sistemas de emergência secundários com maior prontidão de operação e rapidez de ativação.
[018] É fortemente sentida a necessidade de prover uma solução para sistemas de emergência secundários com confiabilidade aprimorada mesmo em condições críticas ou catastróficas, por exemplo, em condições de fluxo incontrolável de hidrocarbonetos a partir do campo petrolífero e / ou em condições de desacoplamento entre o pacote do tubo ascendente marítimo inferior e o empilhamento inferior do dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado.
[019] É um objetivo da presente invenção resolver os inconvenientes do estado da técnica anterior aqui descritos.
[020] Este e outros objetivos são alcançados pelo conjunto de empilhamento inferior, de acordo com a reivindicação 1, por meio de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado de acordo com a reivindicação 7, e por meio de um método de acordo com a reivindicação 9.
[021] Algumas formas de incorporação vantajosas são o assunto das reivindicações dependentes.
[022] Outras características e vantagens do conjunto do empilhamento inferior do BOP, do dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado e do método de acordo com o invento tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição das formas de incorporação preferidas da invenção, providas a título de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos, nos quais: - A figura 1 é uma vista (não em escala) que mostra um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado de acordo com uma forma de incorporação, em condições de operação normais e quando conectado a meios de perfuração; - A figura l1bis é uma vista (não em escala) que mostra um dispositivo de prevenção rantra fliva decenntraladoe em candirãoes de nnhnaracrão narmaic da acardaoa cam 1ma farma de incorporação da invenção; - A figura 2 mostra esquematicamente um fluxo descontrolado do conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto, a partir de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado em condições defeituosas, e um veículo operado remotamente; - A figura 3 mostra uma vista axonométrica de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado de acordo com uma forma de incorporação, compreendendo um conjunto de empilhamento inferior e um pacote de tubo ascendente marítimo inferior; - A figura 4 mostra um manipulador de um veículo operado remotamente próximo a um painel de controle, de acordo com uma forma de incorporação da invenção; - A figura 5 mostra esquematicamente um circuito de ativação de um pistão de controle de cisalhamento, de acordo com uma forma de incorporação da invenção; - A figura 6 mostra uma porção de um conjunto de empilhamento inferior, de acordo com uma forma de incorporação; - As figuras 7 a 11 são diagramas que mostram o circuito de ativação de pelo menos uma função de segurança, de acordo com algumas formas de incorporação.
[023] De acordo com uma forma de incorporação geral, é provido um conjunto de empilhamento inferior 1, ou empilhamento inferior 1, ou empilhamento inferior de BOP 1, de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado 10 ou BOP 10 para um poço de extração de hidrocarboneto.
[024] O referido conjunto de empilhamento inferior 1 de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado 10 está particularmente adaptado paray mas não inequivocamente destinado a, ser aplicado em ambiente submerso, por exemplo, submarino, em que o mencionado poço de extração de hidrocarboneto está escavado no leito 25 de um corpo de água 26.
[025] O dito conjunto de empilhamento inferior 1 compreende pelo menos uma função de segurança 2 que pode ser hidraulicamente ativada para cortar rapidamente uma seção de tubulação. De acordo com uma forma de incorporação, a citada função de segurança 2 compreende pelo menos um pistão de controle de cisalhamento, adaptado para cortar 1ima carão da tuibuilacrão. Da acordo cnm ima forma de incnrmnrarão 2 refarida fuincão de segurança 2 pode ser ativada por um fluido pressurizado. De acordo com uma forma de incorporação, a mencionada função de segurança 2 está alojada na cavidade de um corpo internamente oco e compreende uma porção de encosto 27, adaptada para receber uma ação de empuxo aplicada pelo fluido pressurizado, como um pistão alojado em um cilindro, e uma porção de cisalhamento 28, oposta à citada porção de encosto 27 e adaptada para cortar rapidamente um segmento de tubulação 21.
[026] O dito conjunto de empilhamento inferior 1 compreende pelo menos uma primeira válvula 3.
[027] De acordo com uma forma de incorporação, a citada primeira válvula 3 é uma válvula operada por piloto. De acordo com uma forma de incorporação, a mencionada primeira válvula 3 é uma válvula unidirecional. De acordo com uma forma de incorporação, a dita primeira válvula 3 é uma válvula de retenção com esfera, de preferência do tipo normalmente fechado. De acordo com uma forma de incorporação, a referida primeira válvula 3 é uma válvula de retenção deslizante, de preferência do tipo normalmente fechado.
[028] De acordo com uma forma de incorporação, a mencionada primeira válvula 3 é uma válvula adaptada para interceptar um fluxo de fluido. De acordo com uma forma de incorporação, a referida primeira válvula 3 é uma válvula de retenção.
[029] O dito conjunto de empilhamento inferior 1 compreende pelo menos uma primeira conexão fluídica 6, que conecta de maneira permanente pelo menos uma citada primeira válvula 3 e pelo menos uma referida função de segurança 2, de modo que pelo menos uma dita primeira válvula 3 está adaptada para interceptar seletivamente um fluxo de fluido direcionado para pelo menos uma mencionada função de segurança 2.
[030] De acordo com uma forma de incorporação, a referida primeira conexão fluídica 6 permanece operacional durante toda a vida de trabalho do conjunto 1. A expressão "vida de trabalho" também não indica intervenções de manutenção que possam exigir o desacoplamento temporário da conexão fluídica.
[031] De acordo com uma forma de incorporação, a dita primeira conexão fluídica 6 é formada por pelo menos uma tubulação de parede rígida. INI] NO mancinnhnadaoa canitiINnta de amnilhamenta infarinr 1 camnraandea nela meaenacs 1IMa porta 4 operacionalmente conectada à pelo menos uma citada primeira válvula 3, com pelo menos uma referida porta 4 estando adaptada para cooperar com um veículo operado remotamente 5 para transmitir um sinal piloto para pelo menos uma dita primeira válvula 3. De acordo com uma forma de incorporação, o referido veículo operado remotamente 5 é um veículo subaquático operado remotamente 5, ou VOR 5. De acordo com uma forma de incorporação, o dito veículo operado remotamente 5 está operacionalmente conectado a uma embarcação de suporte 23, por exemplo, por meio de um cabo umbilical 24 do VOR para fornecer energia e / ou trocar informações e / ou controles.
[033] O citado conjunto de empilhamento inferior 1 compreende pelo menos um acumulador 7 adaptado para alojar o fluido pressurizado. De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos um mencionado acumulador 7 aloja um volume suficiente de fluido de alta pressão para acionar os pistões de controle do BOP.
[034] O dito conjunto de empilhamento inferior 1 compreende pelo menos uma segunda conexão fluídica 8 entre pelo menos um citado acumulador 7 e a referida primeira válvula 3, de modo que pelo menos um mencionado acumulador 7, cooperando pelo menos com a referida primeira válvula 3, está adaptado para fornecer fluido pressurizado, por meio da mencionada segunda conexão fluídica 8 e da citada primeira conexão fluídica 6, à pelo menos uma dita função de segurança 2, para ativá-la.
[035] Vantajosamente, pelo menos uma mencionada segunda conexão fluídica 8 conecta de maneira permanente pelo menos um referido acumulador 7 e pelo menos uma citada primeira válvula 3, de modo que a dita segunda conexão fluídica 8 permanece operacional durante toda a vida útil do conjunto 1.
[036] Provendo-se pelo menos uma dita segunda conexão fluídica 8 que conecta de maneira permanente pelo menos um referido acumulador 7 e pelo menos uma citada primeira válvula 3, é provido um circuito que já está construído simplesmente para ser ativado em condições de emergência. Em outras palavras, é evitada a perda de tempo para construir um circuito em condições de emergência. Desta maneira, é possível fazer um sistema de emergência secundário que pode ser prontamente ativado. INA71 Da acrcardao cam uma farma de inecarnaracão 2 rafarida caauminda caAnavãao fluísieca Q permanece operacional mesmo no caso de desacoplamento de um pacote de tubo ascendente marítimo inferior 20 ou LMRP 20 associável com o mencionado conjunto de empilhamento inferior 1. Desta maneira, é permitida uma rápida ativação do sistema de emergência secundário também em condições críticas ou catastróficas.
[038] De acordo com uma forma de incorporação, a dita segunda conexão fluídica 8 é formada por pelo menos uma tubulação rígida 15. De acordo com uma forma de incorporação, a citada segunda conexão fluídica 8 é formada por pelo menos uma tubulação rígida 15, feita pelo menos parcialmente de aço para tubulações submarinas adequadas para tais condições de uso.
[039] De acordo com uma forma de incorporação, a dita porta 4 está associada com uma válvula piloto, adaptada para prover um sinal piloto para a mencionada primeira válvula 3. Deste modo, por meio da cooperação com a referida porta 4, o citado veículo operado remotamente 5 transmite o dito sinal piloto para a referida primeiro válvula 3, ativando-a rapidamente,
[040] De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado sinal piloto é um fluxo de fluido. De acordo com uma forma de incorporação, o referido fluxo de fluido piloto é fornecido a partir do citado veículo operado remotamente 5.
[041] De preferência, o dito veículo operado remotamente 5 compreende pelo menos um reservatório de fluido de acionamento que acomoda esse mesmo fluido de acionamento, e pelo menos uma porção de trabalho 17, ou manipulador 17, que transmite o citado sinal piloto, preferivelmente o referido fluxo de fluido de acionamento, para a mencionada porta
4. De acordo com uma forma de incorporação, o citado manipulador 17 é formado por um manipulador que apresenta uma pluralidade de graus de liberdade. De acordo com uma forma de incorporação, o dito manipulador 17 pode manipular um conector do tipo "hot stab” (de “estocada”) que conecta o reservatório de fluido de acionamento, e que transmite o referido sinal piloto, preferencialmente o mencionado fluxo de fluido de acionamento, com a referida porta 4.
[042] De acordo com uma forma de incorporação, o dito sinal piloto é um fluxo de fluido pressurizado. De acordo com uma forma de incorporação, o referido sinal piloto é um fliuivoa dae fluida tanda nraccãon mannrF Ada qa1iA 2a nraccãnon dae fluida alniadaoa em nelh manac um mencionado acumulador 7. Por exemplo, a pressão do fluxo de fluido que forma o sinal piloto é substancialmente igual a 20 MegaPascal (20 MPa, ou 203,9 kgf/cm?), ou seja, aproximadamente igual a 3.000 libras por polegada quadrada (psi). Por exemplo, a pressão do fluido alojado em pelo menos um referido acumulador 7 é substancialmente igual a 35 MegaPascal (356,9 kgf/cm2), isto é, aproximadamente igual a 5.000 psi.
[043] De acordo com uma forma de incorporação, o dito conjunto 1 compreende uma terceira ramificação de conexão fluídica 22, que forma uma conexão fluídica permanente entre a referida porta 4 e a mencionada primeira válvula 3.
[044] De acordo com uma forma de incorporação, a citada primeira conexão fluídica 6 é formada por pelo menos uma porção de um tubo. De preferência, pelo menos um referido tubo que forma a dita primeira conexão fluídica 6 apresenta um diâmetro de cerca de 2,54 cm, substancialmente igual a uma polegada.
[045] De acordo com uma forma de incorporação, a referida segunda conexão fluídica 8 é formada por pelo menos uma porção de um tubo. De preferência, pelo menos um citado tubo que forma a dita segunda conexão fluídica 8 apresenta um diâmetro de cerca de 2,54 cm, substancialmente igual a uma polegada. De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado conjunto 1 compreende uma pluralidade de acumuladores 7, e a referida primeira conexão fluídica 8 se ramífica em uma pluralidade de ramificações de acumulador, com cada ramificação de acumulador estando fluidicamente conectada a pelo menos um acumulador 7 da citada pluralidade de acumuladores.
[046] De acordo com uma forma de incorporação, a referida terceira ramificação 22 é formada por pelo menos uma porção de pelo menos um tubo. De preferência, pelo menos um mencionado tubo que forma a citada terceira conexão fluídica 22 apresenta um diâmetro de cerca de 0,64 cm, substancialmente igual a 0,25 polegadas.
[047] De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos um tubo que forma a referida terceira ramificação 22 apresenta um diâmetro menor que o diâmetro de pelo menos um tubo que forma a mencionada primeira conexão fluídica 6 e de pelo menos um tubo que forma a citada segunda conexão fluídica 8.
[048] De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado sinal piloto é um sinal aAlátrica 11 alatramannática Da nrafarância n dita cinal nilnta ealátrica aA1i ealatramannática é fornecido pelo citado veículo operado remotamente 5. Desta maneira, é provida uma primeira válvula que pode ser operada rapidamente.
[049] De acordo com uma forma de incorporação, a referida primeira conexão fluídica 6 compreende pelo menos uma segunda válvula 9.
[050] De acordo com uma forma de incorporação, a mencionada segunda válvula 9 está adaptada para interceptar um fluxo de fluido proveniente de pelo menos um citado acumulador 7, e / ou direcionado para pelo menos uma referida função de segurança 2. De acordo com uma forma de incorporação preferida, a dita segunda válvula 9 é uma válvula de fechamento. De preferência, a mencionada primeira válvula 9 é uma válvula de fechamento com esfera.
[051] De acordo com uma forma de incorporação preferida, a citada segunda válvula 9 é uma válvula de isolação. De acordo com uma forma de incorporação, a dita segunda válvula 9 é uma válvula com obturador.
[052] De acordo com uma forma de incorporação, a referida segunda válvula 9 pode ser controlada por meio de um segundo dispositivo de controle de válvula 11. De acordo com uma forma de incorporação, o dito segundo dispositivo de controle de válvula 11 é uma alavanca de controle, adaptada para ser manuseada por um VOR 5. De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado segundo dispositivo de controle de válvula 11 pode ser controlado independentemente pela citada porta 4.
[053] De acordo com uma forma de incorporação, o referido conjunto 1 compreende pelo menos um painel de controle 13 compreendendo a dita porta 4 e o mencionado segundo dispositivo de controle de válvula 11, de modo que o citado veículo operado remotamente está adaptado para cooperar tanto com a referida porta 4 como com o citado segundo dispositivo de controle de válvula 11 para ativar pelo menos uma mencionada função de segurança 2.
[054] De acordo com uma forma de incorporação, a referida primeira conexão fluídica 6 compreende pelo menos uma terceira válvula 12. De acordo com uma forma de incorporação, a dita terceira válvula 12 é uma válvula seletora. A provisão de pelo menos uma citada terceira válvula 12 torna possível transportar seletivamente o fluido nroavenianta da naloa menac 11IMMm MAanNcfINNada aciuimuladar 7 atá 2 fiuiincão de caqairanra 9
[055] De acordo com uma forma de incorporação, o citado conjunto 1 compreende pelo menos uma ramificação de esvaziamento 35 compreendendo pelo menos uma quarta válvula 34, ou válvula de esvaziamento 34, com a dita ramificação de esvaziamento 35 estando disposta à jusante da mencionada função de segurança 2, e estando adaptada para permitir um fluxo de fluido de esvaziamento da referida função de segurança. De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos uma citada quarta válvula 34 é uma válvula seletora que, quando aberta, fica adaptada para permitir o esvaziamento do fluido de processo proveniente da função de segurança 2.
[056] De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos uma mencionada ramificação de esvaziamento 35 está adaptada para colocar em comunicação fluídica a referida função de segurança 2 e a citada primeira válvula 3, fazendo assim o fluxo de fluido de esvaziamento da função de segurança 2 retornar para a mencionada primeira válvula 3. De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos uma dita ramificação de esvaziamento 35 transporta o fluxo de fluido de saída da referida função de segurança 2 e, por meio da citada primeira válvula 3, o transporta para o mencionado corpo de água.
[057] De acordo com uma forma de incorporação, a dita segunda conexão fluídica 8 compreende pelo menos um regulador de pressão 14, que regula a pressão do fluido liberado por pelo menos um mencionado acumulador 7. De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos um citado regulador de pressão 14 diminui a pressão do fluido liberado por pelo menos um referido acumulador 7. A título de exemplo não limitativo, o fluido pressurizado armazenado em pelo menos um citado acumulador 7 apresenta uma pressão de 35 MegaPascal (356,9 kgf/cm2), substancialmente igual a 5.000 psi, e o mencionado regulador de pressão 14 diminui a pressão liberada por pelo menos um referido acumulador 7 para cerca de 20 MegaPascal (203,9 kgf/cm2), que é substancialmente igual a 3.000 psi.
[058] De acordo com uma forma de incorporação, a citada segunda conexão fluídica 8 compreende pelo menos uma válvula de fechamento na saída do acumulador 36, de preferência interposta entre pelo menos um mencionado acumulador 7 e o dito regulador de pressão 14. INEO] Da acardo cam 1ma farma da inecmarnararão n cita ennivinta dae emnilhamenta inferior 1 compreende uma armação estrutural 29 que forma uma armadura de suporte para os elementos funcionais do conjunto 1. De acordo com uma forma de incorporação, a referida armação estrutural 29 compreende pelo menos uma porção para conectar-se ao pacote do tubo ascendente marítimo inferior 20, adaptado para formar uma conexão mecânica removível com a mencionada armação estrutural 29.
[060] De acordo com uma forma de incorporação, o dito conjunto 1, de preferência a referida armação estrutural 29 do conjunto 1, compreende pelo menos um elemento de conexão de cabeça de poço 16, adaptado para colocar o conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto em comunicação fluídica com um tubo ascendente ("riser”) 19. Por exemplo, o referido elemento de conexão de cabeça de poço 16 é formado por meio de conectores comerciais no poço.
[061] De acordo com uma forma de incorporação, o citado conjunto 1, de preferência a mencionada armação estrutural 29 do conjunto 1, delimita um alojamento para acomodar pelo menos uma seção de tubulação 21 que coloca o conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto em comunicação fluídica com um tubo ascendente 19. De preferência, a referida armação estrutural 29 delimita um alojamento para acomodar uma haste de perfuração 39 operacionalmente conectada a meios de perfuração 18. Preferencialmente, a mencionada haste de perfuração 39 está associada a um revestimento 38.
[062] De acordo com uma forma de incorporação, a dita haste de perfuração 39 está integrada com a referida seção de tubulação 21. De acordo com uma forma de incorporação, o tubo ascendente 19 está conectado em uma de suas extremidades aos meios de perfuração 18, como por exemplo uma embarcação de perfuração 18 ou uma plataforma de perfuração. De acordo com uma forma de incorporação, o citado tubo ascendente 19 coopera com a mencionada seção de tubulação 21 para colocar o conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto em comunicação fluídica com os meios de perfuração 18.
[063] De acordo com uma forma de incorporação, a mencionada armação estrutural 29 é montada na referida seção de tubulação 21.
[064] De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos uma citada função de cantiranea 9º eactá adantada nara enrtar 2a caAMIUINIPFarão fluísica antro nº canNtaúida de nacA de extração de hidrocarboneto e o mencionado tubo ascendente 19, de preferência cortando e / ou rompendo o revestimento 38 do dito tubo ascendente 19 e a referida tubulação seção 21, formando uma barreira que impede o derramamento do conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto 37. Por exemplo, um fluxo descontrolado do conteúdo do poço 37 é mostrado esquematicamente na figura 2.
[065] De acordo com uma forma de incorporação, pelo menos uma mencionada função de segurança 2 está adaptada para cortar uma porção da referida seção de tubulação 21. De preferência, a citada função de segurança 2 compreende uma porção de corte 28 compreendendo pelo menos um dispositivo de corte para cortar uma porção da dita seção de tubulação 21.
[066] De acordo com uma forma de incorporação, o referido conjunto 1 compreende uma pluralidade de funções de segurança 2. Por exemplo, e de uma maneira já conhecida, a mencionada pluralidade de funções de segurança 2 compreende pelo menos um pistão de controle de cisalhamento ("shear ram”), pelo menos um pistão de controle de cisalhamento cego ("blind shear ram”), ou pelo menos um par de pistões de controle de cisalhamento cegos. De preferência, cada pistão de controle consiste em dois elementos de corte opostos que são operados por dois circuitos hidráulicos distintos.
[067] De acordo com uma forma de incorporação, as funções da referida pluralidade de funções de segurança 2 podem ser operadas de maneira mutuamente independente. De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado conjunto compreende uma pluralidade de portas 4, de modo que cada porta 4 controla uma função de segurança 2.
[068] De acordo com uma forma de incorporação, as funções da citada pluralidade de funções de segurança 2 podem ser ativadas simultaneamente pela mesma porta 4 e / ou pelo mesmo procedimento de controle.
[069] De acordo com uma forma de incorporação geral, um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado 10 para um poço de hidrocarboneto compreende pelo menos um conjunto de empilhamento inferior 1 de acordo com qualquer uma das formas de incorporação descritas acima.
[070] De acordo com uma forma de incorporação, o dito dispositivo de prevenção contra fliivo decenntralade 10 enmnreesnde nalo mannse 11m nacnte de hibe accendeante marítima inferior 20 conectado de maneira removível ao referido conjunto de empilhamento inferior 1 e, por meio de um tubo ascendente 19, aos meios de perfuração 18 associados ao mencionado dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado 10.
[071] De acordo com uma forma de incorporação, o citado pacote do tubo ascendente marítimo inferior 20 compreende pelo menos um módulo primário 30, que é normalmente redundante com um módulo secundário 31 para aumentar a confiabilidade do sistema. De preferência, esses módulos primário e secundário 30, 31 ativam as válvulas e as ramificações hidráulicas de acordo com a lógica de intervenção definida na superfície pelo controle central, e em particular estão adaptados para receberem fluido de controle para ativarem pelo menos uma mencionada função de segurança 2, e adaptados para cooperarem com um sistema de controle, preferivelmente localizado nos ditos meios de perfuração 18, adaptado para enviar sinais de controle para os citados casulos 30, 31 para ativar as mencionadas funções de segurança 2, formando assim um sistema de controle primário.
[072] De acordo com uma forma de incorporação, o dito pacote de tubo ascendente marítimo inferior 20 compreende pelo menos uma estrutura de LMRP 32, adaptada para formar uma conexão mecânica removível com a citada armação estrutural 29 do referido conjunto de empilhamento inferior 1.
[073] De acordo com uma forma de incorporação, o mencionado pacote de tubo ascendente marítimo inferior 20 compreende pelo menos uma extremidade de tubulação 33 em comunicação fluídica com o citado tubo ascendente 19, de preferência formada em uma única peça com o referido tubo ascendente 19, a qual se conecta de maneira removível à dita seção de tubulação 21 que atravessa o mencionado conjunto 1
[074] Um método para ativar uma função de segurança 2 para cortar rapidamente uma seção de tubulação 21 é descrito abaixo.
[075] Um método para ativar uma função de segurança 2 para cortar rapidamente uma seção de tubulação compreende as seguintes etapas: - Prover um conjunto de empilhamento inferior 1 de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado 10 em um poço de extração de hidrocarboneto, de acordo com Aialamer 1uma dac farmacs da inecarnararãao decrritac acima*
- Prover um veículo operado remotamente 5; - Associar o dito veículo operado remotamente 5 com a referida porta 4; - Transmitir um sinal piloto para a mencionada primeira válvula 3, ativando assim pelo menos uma citada função de segurança 2.
[076] De acordo com um possível modo de operação, as etapas acima mencionadas devem ser providas em sucessão na ordem indicada.
[077] De acordo com um possível modo de operação, a referida etapa de transmissão de um sinal piloto para a dita primeira válvula 3, ativando assim pelo menos uma citada função de segurança 2, também é realizada na ausência de conexão entre o mencionado conjunto 1 e os meios de perfuração 18 associáveis.
[078] De acordo com um possível modo de operação, a referida etapa de transmissão de um sinal piloto para a mencionada primeira válvula 3, ativando assim pelo menos uma citada função de segurança 2, também é realizada na ausência de conexão entre o dito conjunto 1 e um pacote do tubo ascendente marítimo inferior 20 associável.
[079] De acordo com um possível modo de operação, as citadas etapas de associação do dito veículo operado remotamente 5 com a mencionada porta 4, e de transmissão de um sinal piloto para a referida primeira válvula 3, ativando assim pelo menos uma citada função de segurança 2, são executadas evitando a construção de um circuito.
[080] De acordo com um possível modo de operação, a referida etapa de associar o dito veículo operado remotamente 5 à mencionada porta 4 compreende uma sub-etapa de usar um braço articulado e um manipulador 17 do citado veículo operado remotamente 5 na referida porta 4, e transmitir um sinal piloto à dita primeira válvula 3, ativando assim pelo menos uma mencionada função de segurança 2.
[081] De acordo com um possível modo de operação, o referido método compreende uma etapa adicional de acionar, por meio do dito veículo operado remotamente 5, o citado segundo dispositivo de controle de válvula 11, abrindo assim a mencionada segunda válvula 9. De acordo com um possível modo de operação, esta etapa é realizada entre a etapa de associar o referido veículo operado remotamente 5 à mencionada porta 4 e a etapa de transmitir um sinal piloto à dita primeira válvula 3, ativando assim pelo menos 1nma citada fuineãao da caonimirzanNf—AÀ»>A
[082] De acordo com um possível modo de operação, o dito método compreende uma etapa adicional seguinte de ajuste da pressão do fluido liberado por pelo menos um mencionado acumulador 7.
[083] Em virtude das características descritas acima, tanto mutuamente, separadamente ou em conjunto com formas de incorporação particulares, é possível obter um conjunto 1, um dispositivo 10 e um método que, ao mesmo tempo, satisfazem as necessidades mutuamente contrastantes acima mencionadas e as vantagens desejadas acima citadas, e em particular: - O risco relacionado com as operações de perfuração em ambiente submerso é reduzido; - É provida uma solução tendo um empilhamento inferior 1 que é versátil e pode ser adaptado para uma vasta gama de LMRPs 20 presentes no mercado; - É permitida uma forte redução do tempo de intervenção do sistema de emergência secundário; - É possível operar a referida primeira válvula 3 com uma baixa taxa de fluxo de fluido, permitindo que ela seja ativada pelo VOR 5 de maneira autônoma; - É possível fazer um circuito permanente para a vida de trabalho inteira do conjunto 1, capaz de ativar o sistema de emergência secundário de uma maneira muito oportuna, sem que isto resulte em um circuito excessivamente volumoso ou pouco confiável; - Ao mesmo tempo, é evitada a necessidade de construir o circuito em condições de emergência, por exemplo, é evitada a necessidade de conectar uma extremidade de um cabo volante quando o empilhamento inferior 1 do BOP 10 não estiver operacionalmente ou mecanicamente conectado ao LMRP 20, devido por exemplo ao mau tempo e más condições do mar, ou em condições de ausência de informações sobre a localização do BOP 10 em relação aos meios de perfuração 18; - Provendo-se pelo menos uma referida terceira válvula 12, de preferência uma válvula seletora, posicionada ao longo da citada primeira conexão fluídica 6, é possível transportar para a função de segurança 2 mais circuitos adaptados para ativarem a função de segurança 2, tornando possível habilitá-los de maneira seletiva; desta maneira, ao ser provida pelo menos uma mencionada terceira válvula 12, quando o dito sistema de rantrale nrimárion ceantrala 2 ativarão da rafarida fuincão de caamraneca 9º a citada tarcaira válvula está adaptada para interceptar seletivamente o fluxo de fluido proveniente dos acumuladores 7; - Provendo-se o referido regulador de pressão 14, o fluido pressurizado pode ser fornecido com uma pressão menor que a pressão na qual o fluido pressurizado fica armazenado em pelo menos um acumulador 7, evitando assim danos aos componentes do circuito, o qual requer um fluido de processo tendo uma pressão inferior à pressão do fluido armazenado nos acumuladores; - Provendo-se uma válvula de isolamento manual adicional presente na referida segunda conexão fluídica 8, é possível isolar um acumulador ou um grupo de acumuladores em caso de mau funcionamento; - É permitido um alto grau de modularidade do circuito de ativação de função de segurança; - É provida uma montagem versátil, adaptada para operar em diferentes configurações, por exemplo, na configuração de porta dupla, na qual uma única porta 4 gerencia a abertura seletiva de duas ou mais primeiras válvulas que levam a respectivas funções de segurança, bem como na configuração de porta única, na qual cada porta 4 gerencia a abertura seletiva de uma única válvula e uma única função de segurança; - É possível evitar o derramamento do conteúdo do poço de extração de hidrocarboneto, mesmo em condições de ocorrência de fluxo descontrolado ("b/ow out”) do poço; - A presente invenção provê um sistema de isolamento que impede o derramamento descontrolado de produto a partir de um poço de hidrocarboneto submarino; - A presente invenção provê um sistema para ativar rapidamente o sistema de isolamento de um poço submarino em situação de mau funcionamento.
[084] Uma pessoa versada na técnica pode fazer muitas alterações, adaptações e substituições nas formas de incorporação descritas acima, ou pode substituir elementos por outros que sejam funcionalmente equivalentes, a fim de satisfazer necessidades contingentes sem, no entanto, fugir do escopo de proteção das reivindicações anexas.
LISTA DE REFERÊNCIAS 1 - Conjunto de empilhamento inferior, ou empilhamento inferior do BOP, ou amnilhamenta infarinr
2 - Função de emergência ou pistão de controle de cisalhamento 3 - Primeira válvula 4 - Porta - Veículo operado remotamente, ou VOR 6 - Primeira conexão fluídica 7 - Acumulador 8 - Segunda conexão fluídica 9 - Segunda válvula - Dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado, ou BOP 11 - Segundo dispositivo de controle de válvula 12 - Terceira válvula 13 - Painel de controle 14 - Regulador de pressão - Tubulação rígida 16 - Elemento de conexão da cabeça do poço 17 - Manipulador do VOR, ou porção operacional do VOR 18 - Meios de perfuração 19 - Tubo ascendente - Pacote de tubo ascendente marítimo inferior, ou LMRP 21 - Seção de tubulação 22 - Terceira ramificação de conexão fluídica 23 - Embarcação de apoio 24 - Cabo umbilical do VOR - Leito do mar 26 - Corpo de água 27 - Porção de encosto do pistão de controle 28 - Porção de corte do pistão de controle 29 - Armação estrutural do conjunto - Módulo principal 21 - MÁdulo cocundária
32 - Estrutura do LMRP 33 - Extremidade da tubulação do LMRP 34 - Quarta válvula - Ramificação de esvaziamento 36 - Válvula de fechamento na saída do acumulador 37 - Derramamento de produtos de petróleo a partir do poço 38 - Revestimento 39 - Haste de perfuração
Claims (10)
1. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1) DE UM DISPOSITIVO DE PREVENÇÃO CONTRA FLUXO DESCONTROLADO (10) EM UM POÇO DE EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETO, compreendendo: - pelo menos uma função de segurança (2), que pode ser ativada hidraulicamente para cortar rapidamente uma seção de tubulação; - pelo menos uma primeira válvula (3); - pelo menos uma primeira conexão fluídica (6), que conecta de maneira permanente a referida pelo menos uma primeira válvula (3) e pelo menos uma referida função de segurança (2), de modo que pelo menos uma mencionada primeira válvula (3) fica adaptada para interceptar seletivamente um fluxo de fluido direcionado para pelo menos uma citada função de segurança (2); - pelo menos uma porta (4) conectada operacionalmente a pelo menos uma dita primeira válvula (3), com pelo menos uma citada porta (4) estando adaptada para cooperar com um veículo operado remotamente (5) para transmitir um sinal piloto para pelo menos uma mencionada primeira válvula (3); - pelo menos um acumulador (7), adaptado para alojar fluido pressurizado; - pelo menos uma segunda conexão fluídica (8) entre pelo menos um citado acumulador (7) e a referida primeira válvula (3), de modo que, cooperando pelo menos com a mencionada primeira válvula (3), pelo menos um dito acumulador (7) fica adaptado para fornecer fluido pressurizado, por meio da citada segunda conexão fluídica (8) e da referida primeira conexão fluídica (6), para pelo menos uma mencionada função de segurança (2), a fim de ativá-la; caracterizado por pelo menos uma referida segunda conexão fluídica (8) conectar de maneira permanente pelo menos um mencionado acumulador (7) e pelo menos uma dita primeira válvula (3), de modo que a citada segunda conexão fluídica (8) permanece operacional durante a vida de trabalho inteira do conjunto (1).
2. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1), de acordo com a reivindicação 1, raracrtarizadao nar 2 rofarida coninda ennavão flísica (Q) narmanecrar aneracinhal também no caso de desacoplamento de um pacote de tubo ascendente marítimo inferior (20) associável ao citado conjunto de empilhamento inferior (1); e / ou a dita segunda conexão fluídica (8) ser formada por pelo menos uma tubulação rígida (15).
3. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a mencionada primeira conexão fluídica (6) compreender pelo menos uma segunda válvula (9); e / ou a referida segunda válvula (9) estar adaptada para interceptar um fluxo de fluido proveniente de pelo menos um dito acumulador (7), e / ou direcionado para pelo menos uma citada função de segurança (2); e / ou a referida segunda válvula (9) ser uma válvula de fechamento, de preferência uma válvula de fechamento com esfera; e / ou a citada segunda válvula (9) poder ser controlada por meio de um segundo dispositivo de controle de válvula (11); e / ou o dito segundo dispositivo de controle de válvula (11) poder ser controlado independentemente da mencionada porta (4).
4. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida porta (4) estar associada a uma válvula piloto, adaptada para prover um sinal piloto à citada primeira válvula (3); e / ou o mencionado sinal piloto ser um fluxo de fluido; e / ou o dito sinal piloto ser um fluxo de fluido tendo pressão inferior à pressão do fluido alojado em pelo menos um referido acumulador (7); e / ou o citado conjunto (1) compreender uma terceira ramificação de conexão fluídica (22), que forma uma conexão fluídica permanente entre a citada porta (4) e a dita primeira válvula (3); e / ou a mencionada primeira válvula (3) ser uma válvula operada por piloto; e / ou a referida primeira válvula (3) ser uma válvula de retenção com esfera ou uma válvula de retenção deslizante; e / ou o mencionado sinal piloto ser um sinal elétrico.
5. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1), de acordo com qualquer uma das raivindicarãos antarinroce caractarizadao nar coemnreesndar naln menne 1m nainel de controle (13) incluindo a referida porta (4) e o citado segundo dispositivo de controle de válvula (11), de modo que o dito veículo operado remotamente (5) fica adaptado para cooperar com a mencionada porta (4) e com o citado segundo dispositivo de controle de válvula (11), para ativar pelo menos uma referida função de segurança (2).
6. CONJUNTO DE EMPILHAMENTO INFERIOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida segunda conexão fluídica permanente (8) compreender pelo menos um regulador de pressão (14), que regula a pressão do fluido liberado por pelo menos um mencionado acumulador (7); e / ou pelo menos um citado regulador de pressão (14) diminuir a pressão do fluido liberado por pelo menos um dito acumulador (7).
7. DISPOSITIVO DE PREVENÇÃO CONTRA FLUXO DESCONTROLADO (10) EM UM POÇO DE HIDROCARBONETO, caracterizado por compreender pelo menos um conjunto de empilhamento inferior (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
8. DISPOSITIVO DE PREVENÇÃO CONTRA FLUXO DESCONTROLADO (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender pelo menos um pacote de tubo ascendente marítimo inferior (20) conectado de maneira removível ao referido conjunto de empilhamento inferior (1) e, por meio de um tubo ascendente (19), aos meios de perfuração (18) que podem ser associados ao mencionado dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado (10).
9. MÉTODO PARA ATIVAR UMA FUNÇÃO DE SEGURANÇA (2), para cortar rapidamente uma seção de tubulação, caracterizado por compreender as seguintes etapas: - Prover um conjunto de empilhamento inferior (1) de um dispositivo de prevenção contra fluxo descontrolado (10) em um poço de hidrocarboneto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6; - Prover um veículo operado remotamente (5); - Associar o dito veículo operado remotamente (5) com a referida porta (4); - Transmitir um sinal piloto para a mencionada primeira válvula (3), ativando assim nela mennce 11ima citada fuincão de caantiranea (9) avitando aceim cennectar nalo menac 11m dito acumulador (7) a pelo menos uma referida primeira válvula (3), com pelo menos uma mencionada segunda conexão fluídica (8) estando permanentemente conectada a pelo menos um citado acumulador (7) e a pelo menos uma referida primeira válvula (3); - Manter a dita segunda conexão fluídica (8) em operação durante a vida de trabalho inteira do conjunto (1).
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender uma etapa adicional de acionar, por meio do citado veículo operado remotamente (5), o mencionado segundo dispositivo de controle de válvula (11), abrindo assim a referida segunda válvula (9); e / ou com esta etapa sendo realizada entre a etapa de associar o dito veículo operado remotamente (5) com a mencionada porta (4) e a etapa de transmitir um sinal piloto à referida primeira válvula (3), ativando assim pelo menos uma referida função de segurança (2).
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