BR112020017942A2 - Dispositivo de controle giratório, e conjunto de vedação e rolamento - Google Patents
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Abstract
dispositivo de controle giratório inclui um abrigo de anel com abertura interna para receber um conjunto de vedação e rolamento. uma série de conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados é disposta em volta de uma superfície externa do abrigo de anel para estender de forma controlável uma série de cães acionados a pistão radialmente em uma ranhura do conjunto de vedação e rolamento. o conjunto de vedação e rolamento inclui um abrigo, um mandril disposto no interior de uma abertura interna do abrigo, primeiro elemento de vedação encaixado por interferência fixado a uma extremidade distante inferior do mandril, uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente ao abrigo, um espaçador de carga prévia disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior, uma série de contraporcas para ajustar carga prévia dos rolamentos axiais cônicos e um suporte de vedação inferior fixado ao abrigo de vedação e rolamento que compreende uma série de elementos de vedação dinâmicos que entram em contato com o mandril.
Description
[001] Plataformas autoelevatórias são um tipo de unidade de perfuração offshore móvel que é utilizado para perfuração em águas relativamente rasas. Plataformas autoelevatórias são sustentadas no fundo por meio de pernas de coluna ou andaimes abertos que são estacionados sobre o leito do oceano e utilizados para elevar ou rebaixar a plataforma primária com base nas condições da água e do vento. Em operações de perfuração convencionais, a cabeça do poço é disposta sobre o leito do oceano sobre um orifício de poço, um cano ascendente marinho conecta em fluido a cabeça de poço a um sistema de segurança contra explosões e o sistema de segurança contra explosões é conectado em fluido a um dispositivo de controle giratório utilizado em conjunto com outro equipamento de controle da pressão para controlar a pressão do orifício de poço. Um cano superado, ou boca de sino, tipicamente conecta o dispositivo de controle giratório a um direcionador de fluxo no nível da plataforma ou perto dele. O cano superado é ajustado para acomodar a diferença de altura entre o dispositivo de controle giratório e a plataforma primária à medida que é elevado ou rebaixado. Durante operações de perfuração, a coluna de perfuração estende-se através de uma passagem interna do dispositivo de controle giratório, sistema de segurança contra explosões, cano ascendente marinho e cabeça de poço e estende-se até o interior do orifício de poço, que pode estender-se por vários quilômetros abaixo da superfície da Terra.
[002] Em aplicações nas quais a pressão do orifício de poço é controlada, incluindo, por exemplo, perfuração sob pressão controlada, PMCD (pressurized mud cap drilling, perfuração com barreira de fluido pressurizado), perfuração subequilibrada, poços de grande afastamento e outras operações de perfuração, o anel em volta da coluna de perfuração é vedado pelo dispositivo de controle giratório e a pressão do orifício de poço é administrada por um estrangulador de retropressão da superfície disposto sobre a plataforma de perfuração.
Especificamente, a pressão do orifício de poço é administrada por meio de controle de uma ou mais restrições do estrangulador de retropressão da superfície alimentado por uma ou mais linhas de fluxo de fluido que desviam o fluxo de fluido em retorno do dispositivo de controle giratório para a superfície.
Cada válvula de estrangulamento do estrangulador de retropressão da superfície é capaz de atingir estado totalmente aberto, no qual o fluxo é desimpedido, um estado totalmente fechado no qual o fluxo é suspenso e estados intermediários nos quais a válvula é parcialmente aberta ou fechada, de forma a restringir o fluxo e aplicar retropressão de superfície compatível com a restrição do fluxo.
Caso o perfurador deseje aumentar a pressão anular, uma ou mais restrições podem ser fechadas até o ponto necessário para aumentar a pressão anular na quantidade desejada.
De forma similar, caso o perfurador deseje reduzir a pressão anular, uma ou mais restrições podem ser abertas até o ponto necessário para reduzir a pressão anular na quantidade desejada.
A pressão no orifício do poço pode, portanto, ser administrada por meio de controle da retropressão da superfície da plataforma de perfuração.
[003] Segundo um aspecto de uma ou mais realizações da presente invenção, um dispositivo de controle giratório inclui um abrigo de anel que possui uma série de portas de fluxo de fluido e uma abertura interna para receber um conjunto de vedação e rolamento removível, uma série de conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados dispostos em volta de uma superfície externa do abrigo de anel que possui uma série de cães ativados por pistão para estender de forma controlável a série de cães ativados por pistão radialmente em uma ranhura do conjunto de vedação e rolamento, para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento ao abrigo de anel, em que o conjunto de vedação e rolamento possui um abrigo de vedação e rolamento, um mandril disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento, primeiro elemento de vedação encaixado por interferência fixado a uma extremidade distante inferior do mandril, uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento para facilitar a rotação do mandril, um espaçador de carga prévia disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior, uma série de contraporcas para ajustar carga prévia dos rolamentos axiais cônicos e um suporte de vedação inferior fixado ao abrigo de vedação e rolamento que possui uma série de elementos de vedação dinâmicos que ficam em contato com o mandril à medida que ele gira e uma série de elementos de vedação estáticos que ficam em contato com o abrigo de vedação e rolamento.
[004] Segundo um aspecto de uma ou mais realizações da presente invenção, um conjunto de vedação e rolamento inclui um abrigo de vedação e rolamento que possui uma ranhura para receber uma série de cães ativados por pistão com falha na última posição com acionamento hidráulico, um mandril que possui um lúmen de mandril disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento, primeiro elemento de vedação encaixado por interferência fixado a uma extremidade distante inferior do mandril, uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento para facilitar a rotação do mandril, um espaçador de carga prévia disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior, uma série de contraporcas para ajustar uma carga prévia dos rolamentos axiais cônicos e um suporte de vedação inferior fixado ao abrigo de vedação e rolamento que compreende uma série de elementos de vedação dinâmicos que ficam em contato com o mandril à medida que ele gira e uma série de elementos de vedação estáticos que ficam em contato com o abrigo de vedação e rolamento.
[005] Outros aspectos da presente invenção serão evidentes a partir do relatório descritivo e das reivindicações a seguir.
[006] A Figura 1 exibe um conjunto de cano ascendente marinho superior para uma plataforma autoelevatória que inclui um dispositivo de controle giratório aprimorado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[007] A Figura 2A exibe uma vista em perspectiva de um dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[008] A Figura 2B exibe uma vista em perspectiva de um dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[009] A Figura 2C exibe uma vista em perspectiva do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0010] A Figura 2D exibe uma vista em perspectiva do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que inclui o conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0011] A Figura 3A exibe uma vista em elevação frontal de um dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0012] A Figura 3B exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0013] A Figura 3C exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0014] A Figura 3D exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0015] A Figura 3E exibe uma vista em elevação lateral esquerda do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0016] A Figura 3F exibe uma vista em elevação lateral esquerda do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0017] A Figura 3G exibe uma vista em elevação lateral direita do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0018] A Figura 3H exibe uma vista em elevação lateral direita do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0019] A Figura 3I exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0020] A Figura 3J exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que inclui o conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0021] A Figura 4A exibe uma vista plana superior de um dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0022] A Figura 4B exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0023] A Figura 4C exibe uma vista plana inferior do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0024] A Figura 4D exibe uma vista plana inferior do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0025] A Figura 4E exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0026] A Figura 4F exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que inclui o conjunto intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0027] A Figura 5A exibe uma vista em perspectiva de um conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0028] A Figura 5B exibe uma vista plana superior do conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0029] A Figura 5C exibe uma vista plana inferior do conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0030] A Figura 5D exibe um corte longitudinal do conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0031] A Figura 6A exibe uma vista plana superior de um dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0032] A Figura 6B exibe corte longitudinal do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que inclui o conjunto de cano intraultrapassado que exibe encaixe da série de cães ativados por pistão com acionamento hidráulico de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0033] A Figura 6C exibe vista em corte transversal detalhada de uma parte de conjunto de vedação e rolamento que exibe encaixe da série de cães ativados por pistão com acionamento hidráulico, rolamentos axiais cônicos, espaçador de carga prévia e contraporcas de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0034] A Figura 7A exibe corte longitudinal de um dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que exibe encaixe de vedação com cano de perfuração de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0035] A Figura 7B exibe corte longitudinal do dispositivo de controle giratório aprimorado com cobertura que exibe encaixe de vedação com cano de perfuração que possui acoplamento auxiliar de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0036] A Figura 8A exibe uma vista em corte transversal de um suporte de vedação inferior de um conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0037] A Figura 8B exibe uma vista em perspectiva voltada para baixo de todos os componentes do suporte de vedação inferior do conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0038] A Figura 8C exibe uma vista em perspectiva voltada para baixo do suporte de vedação inferior do conjunto de vedação e rolamento de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0039] Uma ou mais realizações da presente invenção são descritas em detalhes com referência às figuras anexas. Por consistência, elementos similares nas diversas figuras são indicados por números de referência similares. Na descrição detalhada da presente invenção a seguir, detalhes específicos são estabelecidos a fim de fornecer compreensão completa da presente invenção. Em outros casos, características bem conhecidas pelos técnicos comuns no assunto não são descritas para evitar obscurecer o relatório descritivo da presente invenção.
[0040] Em aplicações nas quais a pressão do orifício de poço é administrada, utiliza-se um dispositivo de fechamento anular, ou contenção de pressão, para vedar o anel em volta da coluna de perfuração. Dispositivos de contenção de pressão incluem dispositivos de controle giratório, dispositivos de controle não giratório e outros dispositivos de fechamento anular. Dispositivos de controle giratório incluem tipicamente um ou mais elementos de vedação que giram com a coluna de perfuração, em que dispositivos de controle não giratório incluem tipicamente um ou mais elementos de vedação que não giram com a coluna de perfuração. Um ou mais elementos de vedação são ativos ou passivos. Elementos de vedação ativos utilizam tipicamente vedações ativas, tais como elementos de vedação com acionamento hidráulico, em que elementos de vedação passivos utilizam tipicamente vedações passivas. Dispositivos de controle giratório que utilizam elementos de vedação passivos são o tipo mais comumente utilizado de dispositivo de contenção de pressão em uso atualmente, devido aos seus custos iniciais comparativamente mais baixos e registro comprovado de sucesso no campo.
[0041] Dispositivos de controle giratório convencionais sofrem, entretanto, de uma série de questões que complicam o seu uso, reduzem seu tempo de produção e aumentam o custo total de posse. Dispositivos de controle giratório convencionais incluem um ou mais elementos de vedação que realizam a função de vedação e um ou mais conjuntos de rolamentos que facilitam a rotação dos elementos de vedação com a coluna de perfuração. Os conjuntos de rolamentos são propensos a falhas, devido, por exemplo, a desgaste mecânico, falta de lubrificação, movimento recíproco do cano de perfuração e similares, o que requer sua remoção e substituição, resultando em tempo de desligamento não produtivo de alto custo. Em algumas circunstâncias, a coluna de perfuração deve ser retirada para remover e substituir o conjunto de rolamento do dispositivo de controle giratório, com custos substanciais. Desta forma, um colaborador significativo para o custo total de posse de dispositivos de controle giratório convencionais é o custo relativo à instalação, monitoramento, assistência, remoção e substituição do conjunto de rolamento e o tempo de desligamento não produtivo correspondente. Além disso, dispositivos de controle giratório convencionais tipicamente utilizam mecanismos de fixação mecânica para fixar o conjunto de vedação e rolamento a um abrigo. Os mecanismos de fixação são propensos a desgaste mecânico e danos por operações da plataforma e movimento recíproco da coluna de perfuração e, quando eles falham, o controle da pressão de orifício de poço é perdido, o que apresenta risco significativo para a segurança dos trabalhadores da plataforma e aumenta o risco de prejuízo ao meio ambiente.
[0042] Consequentemente, em uma ou mais realizações da presente invenção, dispositivos de controle giratório aprimorados para plataformas autoelevatórias possuem projeto simplificado que inclui menos partes, menos custos de fabricação e reduzem os custos iniciais, bem como o custo total de posse ao longo de sua vida útil. O dispositivo de controle giratório aprimorado inclui uma série de conjuntos de trava sem grampos, com acionamento hidráulico, com falha na última posição, que estendem de forma controlável uma série de cães ativados por pistão radialmente em uma ranhura de um conjunto de vedação e rolamento. Convenientemente, o conjunto de vedação e rolamento pode ser instalado, removido e substituído facilmente e com mais rapidez, com redução substancial do tempo não produtivo tipicamente associado a essas tarefas. Caso a energia hidráulica seja perdida, os conjuntos de trava falham na sua última posição, o que garante que o conjunto de vedação e rolamento permaneça estável no interior do dispositivo de controle giratório. Além disso, o conjunto de vedação e rolamento inclui uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente que aumentam a estabilidade radial que reduz ou elimina o desgaste causado pelo movimento recíproco da coluna de perfuração, de forma a estender a vida útil do conjunto de vedação e rolamento. Convenientemente, um projeto de suporte de vedação exclusivo fornece carga prévia de rolamentos altamente precisa que amplia ainda mais a vida útil do conjunto de vedação e rolamento, sem o uso de molas ou calços. Além disso, o projeto de suporte de vedação exclusivo inclui bandejas de suporte de vedação discretas e removíveis que facilitam a remoção e substituição eficiente de vedações sem danificar o abrigo de suporte de vedação. Outros aspectos vantajosos de uma ou mais realizações da presente invenção serão facilmente evidentes para os técnicos comuns no assunto com base na descrição a seguir.
[0043] A Figura 1 exibe um conjunto de cano ascendente marinho superior para uma plataforma autoelevatória (não ilustrada independentemente) que inclui um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Uma cabeça de poço 105 pode ser disposta sobre um orifício de poço (não ilustrado independentemente) perfurado na superfície submarina 110. Um cano ascendente marinho 115, que pode ter comprimento de várias centenas de metros ou mais, pode conectar de forma fluida a cabeça de poço 105 ao conjunto de cano ascendente marinho superior da plataforma autoelevatória (não ilustrada independentemente). O conjunto de cano ascendente marinho superior pode incluir um sistema de segurança contra explosões anular 120 que é conectado de forma fluida a um dispositivo de controle giratório 100. O dispositivo de controle giratório 100 pode ser conectado ao cano superado 125, que se encontra em comunicação fluida com um desvio de fluxo 130 que atinge a plataforma 135 da plataforma autoelevatória (não ilustrada independentemente). Conforme exibido na figura, um conjunto de cano intraultrapassado 295 do dispositivo de controle giratório 100 pode ser disposto e girar no interior do cano superado
125. O cano superado 125 pode ser ajustado para acomodar a diferença de altura entre a plataforma 135 e o conjunto de cano ascendente marinho superior à medida que a altura da plataforma autoelevatória (não ilustrada independentemente) é ajustada com base nas condições do vento e da água. Convenientemente, a disposição do conjunto de cano intraultrapassado 295 no interior do cano superado 125 permite que a plataforma autoelevatória seja rebaixada mais que o que seria possível de outra forma caso o conjunto 295 fosse abrigado fora do cano 125. O cano superado 125 pode conectar-se a uma flange superior 210 do dispositivo de controle giratório 100 e uma flange inferior 230 do dispositivo de controle giratório 100 pode conectar-se ao sistema de segurança contra explosões anular 120 disposto abaixo do dispositivo de controle giratório 100 no conjunto de cano ascendente marinho superior.
[0044] Uma coluna de perfuração (não exibida) pode ser disposta através de um lúmen comum que se estende a partir da plataforma 150 através do cano superado 125, dispositivo de controle giratório 100, sistema de segurança contra explosões 120, cano ascendente marinho 115, cabeça de poço 105 e para o interior do orifício de poço (não ilustrado independentemente). Da forma utilizada no presente, lúmen indica uma passagem interna tubular ou com estrutura que pode variar de diâmetro ao longo da passagem. Fluidos de perfuração (não exibidos) podem ser bombeados pelo orifício abaixo através de uma passagem interna da coluna de perfuração (não exibida). O dispositivo de controle giratório 100 pode incluir pelo menos um elemento de vedação (não exibido) e, em algumas aplicações, dois ou mais elementos de vedação (não exibidos) que vedam o anel (não exibido) que rodeia a coluna de perfuração (não exibida). Uma linha de fluxo de fluido (não exibida) pode desviar fluidos anulares que retornam de uma porta de fluxo de fluido do dispositivo de controle giratório 100 para a plataforma 135, para reciclagem e reutilização. A pressão anular pode ser administrada a partir da superfície por meio de manipulação de um estrangulador de retropressão da superfície (não exibido) disposto sobre a plataforma 135.
[0045] A Figura 2A exibe uma vista em perspectiva de um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O dispositivo de controle giratório 100 pode incluir uma flange superior 210, abrigo de anel 220, flange inferior 230 e uma série de conjuntos de trava com acionamento hidráulico com falha na última posição
250.
[0046] A flange superior 210 pode incluir um lúmen de flange superior que se estende em posição central através dela e pode ser fixada a uma extremidade distante superior do abrigo de anel 220. A flange superior 210 pode ser utilizada para conectar o dispositivo de controle giratório 100 a um cano superado (não exibido) ou boca de sino (não exibida) dispostos acima do dispositivo de controle giratório 100 no conjunto de cano ascendente. A flange inferior 230 pode incluir um lúmen de flange inferior que se estende em posição central através dela e pode ser fixada a uma extremidade distante inferior do abrigo de anel 220. A flange inferior 230 pode ser utilizada para conectar o dispositivo de controle giratório 100 a um anel (não exibido) ou sistema de segurança contra explosões (não exibido) disposto abaixo do dispositivo de controle giratório 100 no conjunto de cano ascendente.
[0047] O abrigo de anel 220 pode incluir uma abertura interna para receber um conjunto de vedação e rolamento disposto de forma removível (por exemplo, 500 na Figura 5) e uma série de portas de fluxo de fluido 270. Primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) pode ser fixado a uma extremidade distante inferior do mandril 275 e fornecer encaixe por interferência com um cano de perfuração (não exibido) disposto através dele e uma cavidade (não exibida) em volta do primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido), em que os fluidos podem ser dirigidos de ou para portas de fluxo de fluido 270. Em uma ou mais realizações da presente invenção, uma ou mais portas de fluxo de fluido 270 podem ser uma porta de desvio de fluxo, porta de injeção ou porta de administração de retropressão da superfície. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que o número, tamanho e a configuração das portas de fluxo de fluido 270 podem variar com base em aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0048] Diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 podem ser dispostos em volta de uma superfície externa de uma área em recesso 260 do abrigo de anel 220. Os diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 podem não possuir grampos e ser hidraulicamente acionados para estender, de forma controlável, uma série de cães dirigidos por pistão (não exibidos) radialmente para uma ranhura (não exibida) do conjunto de vedação e rolamento 500. Desta forma, os conjuntos de trava 250 podem ser utilizados para fixar, de forma controlável, o conjunto de vedação e rolamento 500 ao abrigo de anel 220 de forma que permita instalação, assistência, remoção e substituição fácil e rápida do conjunto 500. Devido ao projeto dos cães ativados por pistão (não exibidos) dos conjuntos de trava 250 e da ranhura correspondente (não exibida) do abrigo de vedação e rolamento 240, caso a energia hidráulica seja perdida, os conjuntos de trava 250 mantêm sua última posição e, portanto, afirma-se que eles falham na sua última posição, de forma a aumentar a segurança do dispositivo de controle giratório 100 e das operações em andamento.
Desta forma, energia hidráulica é necessária para ativar o cão ativado por pistão, mas não para manter a sua posição.
A energia hidráulica é então novamente necessária para desativar o cão ativado por pistão.
Na realização ilustrada, 10 (dez) conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 são distribuídos em volta da superfície externa da área em recesso 260 do abrigo de anel 220. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que a quantidade de conjuntos de trava 250 necessários para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5) e sua distribuição em volta da superfície externa pode variar com base em aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
Além disso, os técnicos comuns no assunto também reconhecerão que a quantidade de conjuntos de trava 250 necessários para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5) pode variar com as dimensões do dispositivo de controle giratório 100, do conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5), dos cães ativados por pistão (não exibidos) e da ranhura correspondente (não exibida) do abrigo de vedação e rolamento 240 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0049] Dando continuidade, a Figura 2B exibe uma vista em perspectiva do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Uma cobertura protetora 290 pode ser disposta em volta dos diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 que são distribuídos em volta da superfície externa da área em recesso 260 do abrigo de anel 220. A cobertura 290 pode proteger as partes protuberantes dos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 durante a instalação, operação, assistência e remoção.
[0050] Dando continuidade, a Figura 2C exibe uma vista em perspectiva do dispositivo de controle giratório aprimorado sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Em aplicações offshore, ou conforme necessário, segundo elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) pode ser utilizado para fornecer vedação redundante do anel (não exibido) em volta do cano de perfuração (não exibido). Um conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser fixado de forma removível a uma extremidade distante superior de um mandril (não exibido, por exemplo, 275) do conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5). O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode incluir segundo elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido). Convenientemente, o projeto do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 permite inclusão opcional ou remoção do segundo elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) com base na aplicação ou projeto da plataforma.
[0051] Dando continuidade, a Figura 2D exibe uma vista em perspectiva do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que inclui um conjunto de cano intraultrapassado 295 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Durante a operação, o conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser disposto e girar no interior de um cano superado (não exibido) disposto acima do dispositivo de controle giratório 100. Como o conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser disposto no interior de um cano superado (não exibido), a plataforma autoelevatória (não exibida) pode ser convenientemente rebaixada mais do que seria capaz de fazer de outra forma.
[0052] A Figura 3A exibe uma vista em elevação frontal de um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 podem ser dispostos em volta de uma superfície externa de uma parte em recesso 260 do abrigo de anel 220. Cada conjunto de trava 250 pode ser orientado de forma que um cão ativado por pistão (não exibido) possa ser desdobrado radialmente através de uma abertura (não exibida) de abrigo de anel 220 e em uma ranhura correspondente (não exibida) do abrigo de vedação e rolamento 240 para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5) ao abrigo de anel
220. Dando continuidade, a Figura 3B exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. A cobertura protetora 290 pode proteger as partes protuberantes dos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250.
[0053] Dando continuidade, a Figura 3C exibe uma vista em elevação traseira do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Os diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 podem incluir uma ou mais portas hidráulicas 252 e 254 que podem ser utilizadas para desdobrar ou retrair hidraulicamente seus cães ativados por pistão (não exibidos). As linhas de fluidos hidráulicos (não exibidas) podem ser conexões em cadeia, de forma que os diversos conjuntos de trava 250 desdobrem ou restrinjam seus cães ativados por pistão (não exibidos) substancialmente ao mesmo tempo. Dando continuidade, a Figura 3D exibe uma vista em elevação traseira do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. A cobertura protetora 290 pode incluir um corte no qual uma ou mais portas hidráulicas 252 e 254 podem ser conectadas a um conjunto de trava 250. Os conjuntos de trava 250 restantes podem receber energia elétrica de uma conexão em cadeia de linhas de fluido hidráulico (não exibidas) que emanam das portas hidráulicas 252 e 254 dispostas abaixo da cobertura 290.
[0054] Dando continuidade, a Figura 3E exibe uma vista em elevação lateral esquerda do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 3F exibe uma vista em elevação lateral esquerda do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 3G exibe uma vista em elevação lateral direita do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 3H exibe uma vista em elevação lateral direita do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que o tamanho, formato e a orientação de uma ou mais portas de fluxo de fluido 270 podem variar com base em aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0055] Dando continuidade, a Figura 3I exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado 295 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser fixado de forma removível a uma extremidade distante superior do mandril 275 do conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5). Em certas realizações, a fixação removível pode ser realizada por meio de conexão rosqueada. A conexão rosqueada pode ser configurada de forma que mantenha a rigidez com rotação de uma coluna de perfuração (não exibida) disposta através dela. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que outros tipos ou espécies de fixação removível podem ser utilizados com base em aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 3J exibe uma vista em elevação frontal do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que inclui o conjunto de cano intraultrapassado 295 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser disposto e girar no interior de um cano superado (não exibido) disposto acima do dispositivo de controle giratório 100 no conjunto de cano ascendente. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode girar com o mandril 275 do conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5).
[0056] A Figura 4A exibe uma vista plana superior de um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Na vista plana superior ilustrada, é exibida a distribuição dos diversos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 em volta de uma superfície de abrigo de anel 220. Conforme indicado acima, o número, tamanho e distribuição de conjuntos de trava 250 podem variar com base em aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Um lúmen comum 280, para receber cano de perfuração (não exibido), pode estender-se da extremidade distante até a extremidade distante do dispositivo de controle giratório
100. Dando continuidade, a Figura 4B exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 4C exibe uma vista plana inferior do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a Figura 4D exibe uma vista plana inferior do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0057] Dando continuidade, a Figura 4E exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 sem cobertura que inclui um conjunto de cano intraultrapassado 295 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode possuir diâmetro externo menor que o da flange superior 210, de forma que o conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser disposto e girar no interior de um cano superado (não exibido) que pode ser aparafusado à flange superior 210 do dispositivo de controle giratório 100. Dando continuidade, a Figura 4F exibe uma vista plana superior do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que inclui o conjunto de cano intraultrapassado 295 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode incluir segundo elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido). O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode girar com o mandril 275 do conjunto de vedação e rolamento 500. O lúmen comum 280 estende-se através do conjunto de cano intraultrapassado 295,
flange superior 210, o conjunto de vedação e rolamento (por exemplo, 500 na Figura 5) e flange inferior (por exemplo, 230) e pode variar de diâmetro ao longo da passagem. O cano de perfuração (não exibido) pode ser disposto de forma removível através dele e os primeiro e segundo elementos de vedação encaixados por interferência (não exibidos) podem criar vedação anular (não exibida) no interior do dispositivo de controle giratório 100.
[0058] A Figura 5A exibe uma vista em perspectiva de um conjunto de vedação e rolamento vedado 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de vedação e rolamento 500 pode incluir um abrigo de vedação e rolamento 240, um mandril giratório 275 disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento 240, primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) fixado a uma extremidade distante inferior do mandril (não ilustrado independentemente) para realizar função de vedação, diversos rolamentos axiais cônicos (não exibidos) montados indiretamente ao abrigo de vedação e rolamento 240 para facilitar a rotação do mandril (não ilustrado independentemente) e o primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido), um espaçador de carga prévia (não exibido) disposto entre os rolamentos axiais cônicos superior e inferior (não exibidos) e uma série de contraporcas (não exibidas) para ajustar carga prévia dos rolamentos axiais cônicos (não exibidos). O conjunto de vedação e rolamento 500 pode incluir uma placa superior 550, também denominada suporte de vedação superior, fixada ao lado superior do abrigo de vedação e rolamento 240. Um suporte de vedação inferior 555 pode ser fixado ao lado inferior do abrigo de vedação e rolamento 240 e um adaptador de vedação 560 pode ser fixado a uma extremidade distante inferior do mandril 275 para fixação do primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido). Uma ranhura substancialmente retangular 540 pode ser disposta em volta de uma superfície externa de abrigo de vedação e rolamento 240 para receber uma série de cães ativados por pistão substancialmente retangulares (não exibidos) quando acionados pela série de conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados (não exibidos). Uma ou mais vedações estáticas 542 podem estar dispostas em volta de uma superfície externa de abrigo de vedação e rolamento 240 para fornecer vedação estática e não giratória entre o abrigo de vedação e rolamento 240 e o abrigo de anel (por exemplo, 220). Diversos ganchos comerciais 530 podem ser incluídos de forma removível para facilitar a inserção e remoção do conjunto de vedação e rolamento 500 no dispositivo de controle giratório 100 e a partir dele.
[0059] Dando continuidade, a Figura 5B exibe uma vista plana superior do conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Lúmen comum 280 pode estender-se através do conjunto de vedação e rolamento 500. Embora o primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) possa possuir uma abertura interna levemente menor que o cano de perfuração (não exibido) previsto para disposição através dela, o lúmen 280 estende-se da extremidade distante até a extremidade distante do conjunto de vedação e rolamento 500. Dando continuidade, a Figura 5C exibe uma vista plana inferior do conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de vedação e rolamento 500 pode incluir um adaptador de vedação 560 disposto sobre o fundo do abrigo de vedação e rolamento 240 do conjunto de vedação e rolamento 500. O adaptador de vedação 560 pode fixar-se à extremidade distante inferior do mandril (não exibido) do conjunto de vedação e rolamento 500 e ser utilizado para fixar primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido).
[0060] Dando continuidade, a Figura 5D exibe corte longitudinal do conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. O conjunto de vedação e rolamento 500 pode incluir um abrigo de vedação e rolamento 240, um mandril giratório 275 disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento 240, primeiro elemento de vedação encaixado por interferência (não exibido) fixado a um adaptador de vedação 560 fixado à extremidade distante inferior do mandril 275, uma série de rolamentos axiais cônicos 576 montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento 240 para facilitar a rotação do mandril 275, um espaçador de carga prévia 578 disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior 576 e uma série de contraporcas 574 para ajustar carga prévia dos rolamentos axiais cônicos 576. Os diversos rolamentos axiais cônicos 576 podem ser montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento 240 em ângulo de compensação para aumentar a estabilidade radial e evitar desgaste do movimento recíproco do cano de perfuração (não exibido) disposto através dele. Um lúmen comum 280 estende-se da extremidade distante até a extremidade distante do conjunto de vedação e rolamento 500. As diversas contraporcas 574 podem ser rosqueadas de forma que mantenham carga prévia com rotação do cano de perfuração (não exibido).
[0061] O abrigo de vedação e rolamento 240 pode incluir uma ranhura 540 que é substancialmente retangular e não afilada para receber uma série de cães ativados por pistão substancialmente retangulares (não exibidos) para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento 500 ao dispositivo de controle giratório 100. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que o formato dos cães ativados por pistão (não exibidos) e da ranhura correspondente 540 pode variar de tamanho e formato de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Um ou mais elementos de vedação estáticos 542 podem estar dispostos em volta de uma superfície externa do abrigo de vedação e rolamento 240 para fornecer vedação estática entre o abrigo de vedação e rolamento 240 e o abrigo de anel (por exemplo, 220). O suporte de vedação inferior 555 pode incluir uma série de elementos de vedação dinâmicos 556 que entram em contato com o mandril giratório 275 e uma série de elementos de vedação estáticos 557 que entram em contato com o abrigo de vedação e rolamento 240. O suporte de vedação superior 550 pode também incluir uma série de elementos de vedação dinâmicos 556 e uma série de elementos de vedação estáticos
557.
[0062] A Figura 6A exibe uma vista plana superior de um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que inclui um conjunto de cano intraultrapassado 295 que exibe uma linha de corte transversal ilustrada na Figura 6B de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Dando continuidade, a
Figura 6B exibe corte longitudinal do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que inclui o conjunto de cano intraultrapassado 295 que exibe encaixe da série de cães ativados por pistão com acionamento hidráulico 620 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Um adaptador de vedação 560 pode ser fixado a uma extremidade distante inferior do mandril 275. Primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650 pode ser fixado ao adaptador de vedação 560. O elemento de vedação 650 pode, por exemplo, ser aparafusado ao adaptador de vedação
560. Cada um dentre uma série de conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados 250 pode incluir um cão 620 ativado por pistão 610 que se encaixa no interior da ranhura 540 do abrigo de vedação e rolamento 240, de forma a fornecer retenção. Os elementos de vedação 542, 556, 557 e o primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650 pode vedar um anel entre o cano de perfuração (não exibido) e o abrigo de anel 220. Durante operações de perfuração, os fluidos anulares em retorno podem ser dirigidos pelo dispositivo de controle giratório 100 para a superfície por meio de uma ou mais das portas de fluxo de fluido (por exemplo, 270 da Figura 7A).
[0063] Em algumas realizações, o dispositivo de controle giratório 100 pode incluir um conjunto de cano intraultrapassado 295 ligado de forma removível a uma extremidade distante superior do mandril 275 pelo adaptador
640. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode incluir um abrigo de cano intraultrapassado 655 e um adaptador de vedação 660 fixado ao abrigo 655 no qual segundo elemento de vedação encaixado por interferência 630 pode ser fixado a uma extremidade distante inferior do adaptador de vedação 660. O conjunto de cano intraultrapassado 295 pode ser disposto no interior de um cano superado (não exibido) e girar com o mandril 275 quando um cano de perfuração (não exibido) for disposto através dele. O segundo elemento de vedação encaixado por interferência opcional 630 pode formar vedação redundante com o anel que rodeia o cano de perfuração (não exibido).
[0064] O primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650, o mandril 275 e segundo elemento de vedação encaixado por interferência opcional 630 podem girar com o cano de perfuração (não exibido). O primeiro 650 e o segundo 630 elemento de vedação encaixado por interferência podem ser compostos de borracha natural, borracha de nitrilo butadieno, borracha de nitrilo butadieno hidrogenada, poliuretano, material elastomérico ou suas combinações. O primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650 pode incluir primeiro lúmen de vedação que possui primeira abertura interna de vedação levemente menor que o diâmetro externo do cano de perfuração (não exibido) e o segundo elemento de vedação encaixado por interferência 630 pode incluir segundo lúmen de vedação que possui segunda abertura interna de vedação levemente menor que o diâmetro externo do cano de perfuração (não exibido). O segundo lúmen de vedação, o lúmen de flange superior, o lúmen de mandril, o primeiro lúmen de vedação e o lúmen de flange inferior podem formar um lúmen comum 280 que se estende da extremidade distante até a extremidade distante do dispositivo de controle giratório
100. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que os lumens de cada componente podem possuir diâmetro que varia de um componente para outro. Durante operações de perfuração, um cano de perfuração (não exibido) pode ser disposto através do lúmen comum 280, em que primeira e segunda vedações são estabelecidas, em parte, pelo primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650 e pelo segundo elemento de vedação encaixado por interferência 630. A pressão do orifício de poço pode ser administrada por um estrangulador de retropressão da superfície (não exibido) disposto sobre a superfície da plataforma (não exibida) que manipula a velocidade de fluxo de fluido de uma ou mais portas de fluxo de fluido (por exemplo, 270 da Figura 7A) para a superfície.
[0065] Dando continuidade, a Figura 6C exibe vista em corte transversal detalhada de uma parte de conjunto de vedação e rolamento 500 que exibe encaixe da série de cães ativados por pistão com acionamento hidráulico 620, rolamentos axiais cônicos 576, espaçador de carga prévia 578 e contraporcas 574 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Diversos rolamentos axiais cônicos 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação para aumentar a estabilidade radial.
[0066] Em algumas realizações, os rolamentos axiais cônicos superiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, θ, em faixa de 10 graus a 40 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório 100. Em outras realizações, os rolamentos axiais cônicos superiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, θ, em faixa de 20 graus a 30 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório 100. Em ainda outras realizações, os rolamentos axiais cônicos superiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, θ, em faixa de 0 graus a 50 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório 100. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que o ângulo de compensação positivo dos rolamentos axiais cônicos superiores 576 pode variar com base na aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0067] Os rolamentos axiais cônicos inferiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, -θ, em faixa de -10 graus a -40 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório 100. Em outras realizações, os rolamentos axiais cônicos inferiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, -θ, em faixa de -20 graus a -30 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório
100. Em ainda outras realizações, os rolamentos axiais cônicos superiores 576 podem ser montados indiretamente em ângulo de compensação, -θ, em faixa de 0 graus a -50 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório 100. Os técnicos comuns no assunto reconhecerão que o ângulo de compensação negativo dos rolamentos axiais cônicos inferiores 576 pode variar com base na aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0068] Diversas contraporcas 574 podem ser utilizadas para carga prévia dos diversos rolamentos axiais cônicos 576, cujo topo e fundo são separados por um espaçador de carga prévia 578. As contraporcas 574 podem ser apertadas ou afrouxadas para ajustar carga prévia sobre os rolamentos axiais cônicos 576 e o espaçador de carga prévia 578. O suporte de vedação superior 550, as diversas contraporcas 574 e o suporte de vedação inferior 555 podem ser rosqueados ou fixados de outra forma para que mantenham a carga prévia durante a rotação do cano de perfuração (não exibido).
[0069] A Figura 7A exibe um corte longitudinal de um dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que exibe encaixe de vedação com cano de perfuração 710 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Quando a coluna de perfuração for introduzida, o cano de perfuração 710 pode ser disposto através do lúmen comum 280 do dispositivo de controle giratório 100. O primeiro elemento de vedação encaixado por interferência 650 pode formar vedação sobre o cano de perfuração 710, de forma a vedar o anel entre o cano de perfuração 710 e o abrigo de anel 220. Os fluidos anulares de retorno (não exibidos) podem ser desviados do abrigo de anel 220 para a superfície da plataforma (não exibida) por meio de uma ou mais portas de fluxo de fluido 270.
[0070] Dando continuidade, a Figura 7B exibe corte longitudinal do dispositivo de controle giratório aprimorado 100 com cobertura 290 que exibe encaixe de vedação com cano de perfuração 710 que possui acoplamento auxiliar 720 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Como o primeiro 650 e o segundo (não exibido) elemento de vedação encaixado por interferência são compostos de materiais flexíveis, quando o cano de perfuração 710 puder ser introduzido ou retirado do orifício, acoplamento auxiliar 720 pode passar através do dispositivo de controle giratório
100, mantendo ao mesmo tempo a vedação anular. Desta forma, a pressão pode ser mantida durante a entrada e saída do orifício.
[0071] A Figura 8A exibe uma vista em corte transversal de um suporte de vedação inferior 555 de um conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. A função apropriada dos diversos elementos de vedação 556 é de importância crítica para manter a vedação anular em volta do cano de perfuração (não exibido). Em realizações ilustradas anteriormente, os diversos elementos de vedação 556 foram dispostos em ranhuras formadas sobre uma superfície em circunferência interna do próprio suporte de vedação inferior 555. Devido à sua localização, descobriu-se que, ao longo do tempo, esses elementos de vedação 556 entram no suporte 555 e sua remoção e substituição final torna-se muito difícil. Tipicamente, o trabalhador de campo necessita utilizar uma chave de fenda ou outro instrumento sem ponta para retirar os elementos de vedação gastos 556 do suporte de vedação inferior 555, potencialmente danificando o suporte de vedação 555 e prejudicando sua capacidade de manter a vedação anular. Em certas realizações, portanto, o suporte de vedação inferior 555 pode ser modificado conforme exibido nas Figuras 8A a 8C para que inclua uma série de bandejas de suporte de vedação removíveis 810 e uma placa de vedação 820 para facilitar a remoção e substituição fácil e rápida de elementos de vedação 556 no campo.
[0072] Dando continuidade, a Figura 8B exibe uma vista em perspectiva voltada para baixo de todos os componentes do suporte de vedação inferior 555 do conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Primeiro elemento de vedação 556a pode ser disposto em uma ranhura formada no suporte de vedação inferior 555. Cada um dentre um segundo 556b, terceiro 556c e quarto 556d elemento de vedação pode ser disposto na sua própria bandeja de suporte de vedação 810 correspondente. Cada bandeja de suporte de vedação 810 inclui uma superfície em circunferência interna que recebe um elemento de vedação 556 e uma série de orifícios de montagem (não ilustrados independentemente) para receber uma série de parafusos de montagem 830. Desta forma, ao instalar a série de elementos de vedação 556, primeiro elemento de vedação 556a pode ser disposto no interior da ranhura formada no suporte de vedação inferior 555, segundo elemento de vedação 556b pode estar disposto no interior de uma bandeja de suporte de vedação 810b e a bandeja 810b pode estar disposta no interior do suporte de vedação inferior 555, terceiro elemento de vedação 556c pode estar disposto no interior de uma bandeja de suporte de vedação 810c e a bandeja 810c pode estar disposta no interior do suporte de vedação inferior 555 e quarto elemento de vedação 556d pode estar disposto no interior da bandeira de suporte de vedação 810d e a bandeja 810d pode estar disposta no interior do suporte de vedação inferior
555. Uma placa de vedação 820 pode estar disposta sobre o quarto elemento de vedação 556d e uma série de parafusos 830 pode ser utilizada para fixar a placa de vedação 820, bem como a série de elementos de vedação 556 dispostos no interior das suas bandejas de vedação 810 correspondentes, para o suporte de vedação inferior 555.
[0073] Dando continuidade, a Figura 8C exibe uma vista em perspectiva voltada para baixo do suporte de vedação inferior 555 do conjunto de vedação e rolamento 500 de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção. Após a montagem do suporte de vedação inferior modificado 555, ele pode ser instalado como parte do conjunto de vedação e rolamento 500 exatamente da mesma forma que outras realizações descritas no presente e funciona da mesma forma. Embora o suporte de vedação inferior modificado 555 inclua 4 (quatro) elementos de vedação, os técnicos comuns no assunto reconhecerão que os diversos elementos de vedação 556 podem variar com base na aplicação ou projeto de acordo com uma ou mais realizações da presente invenção.
[0074] As vantagens de uma ou mais realizações da presente invenção podem incluir uma ou mais das seguintes.
[0075] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado possui projeto simplificado que inclui menos partes, menos custos de fabricação, reduz os custos de posse e possui cronograma de manutenção reduzido e com custos mais baixos.
[0076] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado fornece um projeto de suporte de vedação exclusivo que permite fácil assistência ou substituição de conjuntos de rolamentos com redução significativa do tempo não produtivo e dos custos associados.
[0077] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado inclui um projeto de suporte de vedação exclusivo com carga prévia de rolamento altamente precisa que amplia a vida útil da vedação giratória. O suporte de vedação pode ser removido sem a necessidade de renovar os rolamentos internos. A carga prévia dos suportes pode ser administrada com precisão sem o uso de molas ou calços.
[0078] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado inclui rolamentos axiais cônicos montados indiretamente que aumentam a capacidade e a estabilidade de carga radial.
[0079] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado inclui cães com trava operados por piloto com acionamento hidráulico que falham na sua última posição para garantir encaixe quando a energia for perdida.
[0080] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado inclui um elemento de vedação secundário opcional para disposição no interior de um cano superado ou boca de sino.
[0081] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado fornece avaliações estáticas aprimoradas de 34 atmosferas a 340 atmosferas.
[0082] Em uma ou mais realizações da presente invenção, o dispositivo de controle giratório aprimorado fornece velocidade de rotação aprimorada de até pelo menos 220 revoluções por minuto (“RPM”).
[0083] Embora a presente invenção tenha sido descrita com relação às realizações indicadas acima, os técnicos no assunto, detendo o benefício da presente invenção, reconhecerão que podem ser idealizadas outras realizações que se encontram dentro do escopo da presente invenção conforme descrito no presente. Consequentemente, o escopo da presente invenção deverá ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.
Claims (23)
1. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, caracterizado por compreender: - um abrigo de anel que compreende uma série de portas de fluxo de fluido e uma abertura interna para receber um conjunto de vedação e rolamento disposto de forma removível; - uma série de conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados dispostos em volta de uma superfície externa do abrigo de anel para estender de forma controlável uma série de cães acionados por pistão radialmente em uma ranhura do conjunto de vedação e rolamento para fixar de forma controlável o conjunto de vedação e rolamento ao abrigo de anel; e em que o conjunto de vedação e rolamento compreende: - um abrigo de vedação e rolamento; - um mandril disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento; - primeiro elemento de vedação encaixado por interferência fixado a uma extremidade distante inferior do mandril; - uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento para facilitar a rotação do mandril; - um espaçador de carga prévia disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior, uma série de contraporcas para ajustar carga prévia dos rolamentos axiais cônicos; e
- um suporte de vedação inferior fixado ao abrigo de vedação e rolamento que compreende uma série de elementos de vedação dinâmicos que entram em contato com o mandril e uma série de elementos de vedação estáticos que entram em contato com o abrigo de vedação e rolamento.
2. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: - um conjunto de cano intraultrapassado fixado de forma removível a uma extremidade distante superior do mandril, em que o conjunto de cano intraultrapassado compreende segundo elemento de vedação encaixado por interferência; em que o conjunto de cano intraultrapassado é disposto no interior de um cano superado disposto acima do dispositivo de controle giratório.
3. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: - uma flange superior que compreende um lúmen de flange superior fixado em extremidade distante superior do abrigo de anel; e - uma flange inferior que compreende um lúmen de flange inferior fixado em extremidade distante inferior do abrigo de anel.
4. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma cobertura para proteger partes protuberantes dos conjuntos de trava com falha na última posição hidraulicamente acionados.
5. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro elemento de vedação encaixado por interferência vedar um anel em volta do cano de perfuração.
6. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo segundo elemento de vedação encaixado por interferência formar vedação redundante para o anel em volta do cano de perfuração.
7. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro elemento de vedação encaixado por interferência, o mandril e o segundo elemento de vedação encaixado por interferência girarem com o cano de perfuração.
8. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro elemento de vedação encaixado por interferência e o segundo elemento de vedação compreenderem borracha natural, borracha de nitrilo butadieno, borracha de nitrilo butadieno hidrogenada, poliuretano, material elastomérico ou suas combinações.
9. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro elemento de vedação encaixado por interferência compreender primeiro lúmen de vedação que possui primeira abertura interna de vedação levemente menor que o diâmetro externo do cano de perfuração e o segundo elemento de vedação encaixado por interferência compreender segundo lúmen de vedação que possui segunda abertura interna de vedação levemente menor que o diâmetro externo do cano de perfuração.
10. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo cano superado ser aparafusado a uma flange superior do abrigo de anel.
11. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de cano intraultrapassado disposto no interior do cano superado girar com o mandril.
12. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos diversos rolamentos axiais cônicos serem montados indiretamente em ângulo de compensação para aumentar a estabilidade radial.
13. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos rolamentos axiais cônicos superiores serem montados indiretamente em ângulo de compensação em faixa de 10 graus a 40 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório.
14. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos rolamentos axiais cônicos inferiores serem montados indiretamente em ângulo de compensação em faixa de -10 graus a -40 graus a partir de uma linha perpendicular a um eixo longitudinal do dispositivo de controle giratório.
15. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas diversas contraporcas manterem carga prévia com a rotação do cano de perfuração.
16. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma flange inferior do abrigo de anel ser fixada a uma conexão anular ou do sistema de segurança contra explosões disposto abaixo do dispositivo de controle giratório.
17. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas diversas portas de fluxo de fluido compreenderem uma ou mais dentre uma porta de desvio de fluxo, porta de injeção e uma porta de administração da retropressão da superfície.
18. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por segundo lúmen de vedação do segundo elemento de vedação encaixado por interferência, lúmen de flange superior, lúmen de mandril, primeiro lúmen de vedação do primeiro elemento de vedação encaixado por interferência e o lúmen de flange inferior compreenderem um lúmen comum por meio do qual o cano de perfuração é disposto de forma removível.
19. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela ranhura que recebe os diversos cães ativados por pistão ser substancialmente retangular e não afilada.
20. DISPOSITIVO DE CONTROLE GIRATÓRIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo suporte de vedação inferior compreender: - uma série de bandejas de suporte de vedação removíveis; e - uma placa de vedação; em que um ou mais dos elementos de vedação dinâmicos são dispostos no interior de uma superfície em circunferência interna de uma ou mais bandejas de suporte de vedação removíveis.
21. CONJUNTO DE VEDAÇÃO E ROLAMENTO, caracterizado por compreender: - um abrigo de vedação e rolamento que compreende uma ranhura para receber uma série de cães ativados por pistão com falha na última posição hidraulicamente acionados; - um mandril que compreende um lúmen de mandril disposto no interior de uma abertura interna do abrigo de vedação e rolamento; - primeiro elemento de vedação encaixado por interferência fixado a uma extremidade distante inferior do mandril; - uma série de rolamentos axiais cônicos montados indiretamente junto ao abrigo de vedação e rolamento para facilitar a rotação do mandril; - um espaçador de carga prévia disposto entre rolamentos axiais cônicos superior e inferior; - uma série de contraporcas para ajustar uma carga prévia dos rolamentos axiais cônicos; e - um suporte de vedação inferior fixado ao abrigo de vedação e rolamento que compreende uma série de elementos de vedação dinâmicos que entram em contato com o mandril à medida que ele gira e uma série de elementos de vedação estáticos que entram em contato com o abrigo de vedação e rolamento.
22. CONJUNTO DE VEDAÇÃO E ROLAMENTO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por compreender adicionalmente:
- uma graxa lubrificante disposta no interior do abrigo de vedação e rolamento para lubrificar os rolamentos axiais cônicos.
23. CONJUNTO DE VEDAÇÃO E ROLAMENTO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo suporte de vedação inferior compreender: - uma série de bandejas de suporte de vedação removíveis; e - uma placa de vedação; em que um ou mais dos elementos de vedação dinâmicos são dispostos no interior de uma superfície em circunferência interna de uma ou mais bandejas de suporte de vedação removíveis.
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