BRPI0619754A2 - aparelho para sujeição de um elemento tubular em uma sonda de perfuração - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA SUJEIçãO DE UM ELEMENTO TUBULAR EM UMA SONDA DE PERFURAçãO. Métodos e aparelhos para manobras de subida e de descida de elementos tubulares em um furo de poço. Um aparelho de sujeição é ativado com um atuador que tem um atuador primário e um recurso de segurança redundante. O recurso de segurança redundante pode incluir um ou mais pistões operados por fluido redundantes. O aparelho de sujeição pode incluir um sistema de segurança integrado adaptado para evitar danos aos elementos tubulares, enquanto se fazem e rompem conexões entre os elementos tubulares e a coluna tubular.

Description

APARELHO PARA SUJEIÇÃO DE UM ELEMENTO TUBULAR EM UMA SONDA DE PERFURAÇÃO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção

As modalidades da presente invenção geralmente se referem geralmente a um conjunto de sujeição para a sujeição de elementos tubulares. Mais particularmente, a invenção se refere a um aparelho de sujeição para a conexão de elementos tubulares de furo de poço em uma sonda de perfuração. Mais particularmente ainda, a invenção se refere a um aparelho de sujeição que inclui pelo menos um dispositivo redundante para manter os membros de sujeição em contato com o elemento tubular.

Descrição da Técnica Relacionada

Na construção e na completação de poços de óleo e de gás, uma sonda de perfuração está localizada na superfície do terreno para facilitar a inserção e a remoção de colunas tubulares para e de um furo de poço. As colunas tubulares são construídas e inseridas no furo ao se abaixar a coluna para um furo de poço, até apenas a extremidade superior do elemento tubular de topo se estender a partir do furo de poço (ou acima do piso de sonda) . Um dispositivo de sujeição, tal como um conjunto de cunhas ou um adaptador de cunha na superfície do furo de poço, ou no piso de sonda, mantém o elemento tubular no lugar com cunhas em formato de taça, enquanto o próximo elemento tubular a ser conectado é elevado sobre o centro do furo de poço. Tipicamente, o próximo elemento tubular tem uma extremidade inferior com uma extremidade de pino, uma conexão roscada macho, para a conexão de forma roscada a uma extremidade de caixa, uma conexão roscada fêmea, da coluna tubular se estendendo a partir do furo de poço. 0 elemento tubular a ser adicionado então é rodado, usando-se um acionamento de topo, em relação à coluna, até uma junta de certo torque ser feita entre os elementos tubulares.

Uma conexão tubular pode ser feita próximo do piso da sonda de perfuração usando-se uma chave flutuante acionada. Alternativamente, um acionamento de topo facilita a conexão de elementos tubulares pela rotação do elemento tubular a partir de sua extremidade superior. O acionamento de topo tipicamente é conectado ao elemento tubular pelo uso de uma ferramenta de sujeição de elemento tubular que sujeita o elemento tubular. Com o elemento tubular acoplado ao acionamento de topo, o acionamento de topo pode ser usado para a feitura ou a ruptura de conexões tubulares, para o abaixamento de uma coluna no furo de poço, ou mesmo para a perfuração com a coluna, quando a coluna incluir um membro de remoção de terreno em sua extremidade inferior.

Um dispositivo de sujeição interno ou arpão pode sujeitar o diâmetro interno de um elemento tubular para manter temporariamente o elemento tubular, enquanto se constrói uma coluna ou roda a coluna para perfuração. Um dispositivo de sujeição interno tipicamente é conectado em uma extremidade superior a um acionamento de topo e em uma extremidade inferior o dispositivo de sujeição interno inclui membros de sujeição que se estendem para fora configurados para contatarem e manterem o interior do elemento tubular, de modo a se transmitirem cargas axiais e de torção. O resultado é um conjunto fixo em termos de rotação. Os conjuntos de sujeição da técnica anterior, contudo, são equipados com um atuador primário e um reserva de mola mecânico para a regulagem do membro de sujeição. Uma vez que o reserva é um reserva mecânico, ele é propenso a uma falha mecânica. Ainda, devido ao fato de o reserva mecânico ser simplesmente uma mola, não há forma de monitorar remotamente sua condição.

Há uma necessidade de um conjunto de sujeição melhorado tendo sistemas de segurança adicionais para prevenção de uma desconexão inadvertida da mola do aparelho de sujeição. Ainda, há uma necessidade de um sistema de segurança o qual utilize um atuador redundante para o aparelho de sujeição. Ainda, há uma necessidade de um sistema de segurança integrado entre o aparelho de sujeição e uma garra no piso de sonda.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As modalidades descritas aqui se referem a um método e a um aparelho para a manipulação de um elemento tubular em uma sonda de perfuração. O aparelho é adaptado para a sujeição de um elemento tubular e pode ser usado com um acionamento de topo. O aparelho inclui uma conexão em uma extremidade para a fixação em termos de rotação do aparelho ao acionamento de topo e membros de sujeição em uma segunda extremidade para sujeição do elemento tubular. 0 aparelho tem um atuador primário configurado para mover e manter os membros de sujeição em contato com o elemento tubular e um conjunto de reserva para manter o membro de sujeição em contato com o elemento tubular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

De modo que a maneira pela qual os recursos recitados acima da presente invenção possa ser entendida em detalhes, uma descrição mais particular da invenção, brevemente resumida acima, pode ser tida por uma referência às modalidades, algumas das quais sendo ilustradas nos desenhos em apenso. É para ser notado, contudo, que os desenhos em apenso ilustram apenas modalidades típicas desta invenção e, portanto, não devem ser considerados como limitando seu escopo, pois a invenção pode admitir outras modalidades igualmente efetivas.

A Figura 1 é um esquema de uma sonda de perfuração e de um furo de poço de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 2 é um esquema de um membro de sujeição de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 3 é um esquema de um membro de sujeição de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 4 é um esquema de um atuador para um membro de sujeição de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 5 é um esquema de um atuador hidráulico de acordo com uma modalidade descrita aqui.

As Figuras 6A a 6C mostram um esquema de um membro de sujeição de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 6D mostra uma vista em seção transversal de um destorcedor de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 7 é um esquema de um atuador hidráulico de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 8A é um esquema de um atuador hidráulico de acordo com uma modalidade descrita aqui.

As Figuras 8B a 8E mostram um esquema de múltiplos membros de sujeição de acordo com uma modalidade descrita aqui. As Figuras 9A a 9B mostram um esquema de um sistema de localização de acordo com uma modalidade descrita aqui.

As Figuras 10A a 10B mostram um esquema de um sensor de acordo com uma modalidade descrita aqui.

As Figuras 11 e IlA a IlC mostram um esquema de um atuador de acordo com uma modalidade descrita aqui.

As Figuras 12A a 12B mostram um esquema de um lançador de bujão de cimentação de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 13 é uma vista esquemática de um mecanismo de desengate de acordo com uma modalidade descrita aqui.

A Figura 14 é uma vista esquemática de um sistema de manipulação de elemento tubular e de um controlador de acordo com uma modalidade descrita aqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A Figura 1 é uma vista esquemática de uma sonda de perfuração 100 que tem um sistema de manipulação de elemento tubular 102. Conforme mostrado, o sistema de manipulação de elemento tubular 102 inclui um aparelho de sujeição 104, um atuador 106, um mecanismo de acionamento 108 e um sistema de içamento 110. O sistema de manipulação de elemento tubular 102 é adaptado para sujeitar um elemento tubular 112 ou uma peça de equipamento 114 e elevá-lo sobre o furo de poço 115 e, então, completar uma operação de manobra de elemento tubular. O atuador 106 para o aparelho de sujeição 104 pode ser equipado com um conjunto de segurança de reserva, um sistema de travamento e um sistema de segurança, descritos em maiores detalhes abaixo, para se garantir que o elemento tubular 112 não seja liberado prematuramente. O sistema de içamento 110 e/ou o mecanismo de acionamento 108 pode abaixar o elemento tubular 112 até o elemento tubular 112 contatar uma coluna tubular 116. O mecanismo de acionamento 108 então pode ser usado para rotação do elemento tubular 112 ou a peça de equipamento 114, dependendo da aplicação, de modo a se acoplar o elemento tubular 112 à coluna tubular 116, desse modo se estendendo o comprimento da coluna tubular 116. Após o acoplamento, uma garra 119 no piso de sonda 118, a qual inicialmente retém a coluna tubular 116, então pode liberar a coluna tubular 116. A garra 119 conforme mostrado é um conjunto de cunhas; contudo, deve ser apreciado que a garra 119 pode ser qualquer garra no piso de sonda 118, incluindo, mas não limitando, um adaptador de cunha. Com o aparelho de sujeição 104 sujeitando o elemento tubular 112 e, desse modo, a coluna tubular 116, o sistema de içamento 110 e/ou o mecanismo de acionamento 108 podem abaixar o elemento tubular 112 e a coluna tubular 116, até o topo do elemento tubular 112 estar próximo do piso de sonda 118. A garra 119 então é reativada para sujeitar a coluna tubular estendida 116 próximo do piso de sonda 118, desse modo se retendo a coluna tubular estendida 116 no poço. 0 atuador 106 libera o aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112. O sistema de manipulação de elemento tubular 102 então pode ser usado para sujeitar o próximo elemento tubular 112 a ser adicionado à coluna tubular 116. Este processo é repetido até a operação estar completada. Enquanto se abaixa a coluna tubular 116, o mecanismo de acionamento 108 pode rodar a coluna tubular 116. Se a coluna tubular 116 for equipada com uma ferramenta de sujeição 12 0, mostrada esquematicamente, uma rotação da coluna tubular 116 poderá perfurar o furo de poço, conforme a coluna tubular 116 for abaixada. O elemento tubular 112 pode ser qualquer elemento tubular ou segmento unido incluindo, mas não limitando, um revestimento, um revestimento auxiliar, uma tubulação de produção, um tubo de perfuração.

A Figura 2 mostra uma vista esquemática do sistema de manipulação de elemento tubular 102 de acordo com uma modalidade. O sistema de manipulação de elemento tubular 102 inclui um destorcedor 200, uma vedação 202, além do mecanismo de acionamento 108, do atuador 106 e do aparelho de sujeição 104.

O aparelho de sujeição 104, conforme mostrado na Fig. 2, é um dispositivo de sujeição interno adaptado para se encaixar no interior do elemento tubular 112. O aparelho de sujeição 104 inclui um conjunto de cunhas 208, uma trava de cunha 210 e um mandril 212 acoplado ao atuador 106. As cunhas 208 podem ser qualquer cunha ou membro de sujeição adaptado para sujeitar o elemento tubular 112, preferencialmente as cunhas 208 têm partes trançadas ("wickers") (não mostrado) de modo a se prover um encaixe de sujeição. A trava de cunha 210 é acoplada ao mandril 212, o qual pode ser acoplado ao atuador 106. O atuador 106 move uma luva 214, ou gaiola, para baixo, de modo a mover as cunhas 208 para baixo. Conforme as cunhas 208 se movem para baixo, o ângulo das cunhas 208 e o ângulo da trava de cunha 210 movem as cunhas 208 radialmente para longe de um eixo geométrico longitudinal do aparelho de sujeição 104. Este movimento radial para fora move as cunhas 208 para encaixe com o elemento tubular 112. Com as cunhas 208 encaixadas com o elemento tubular 112, o peso do elemento tubular 112 aumentará a força de sujeição aplicada pelas cunhas 208, devido aos ângulos da trava de cunha 210 e das cunhas 208. Embora a Figura 2 mostre a luva 214 se movendo para baixo, de modo a atuar as cunhas 208, qualquer configuração adequada pode ser usada de modo a se encaixarem as cunhas 208 com o elemento tubular 112. Em uma outra modalidade, as cunhas 208 atuam pelo movimento da trava de cunha 210 para cima em relação às cunhas 208, desse modo forçando as cunhas 208 a se moverem radialmente para fora.

Em uma modalidade alternativa, o aparelho de sujeição 104 pode ser uma garra externa para sujeição do exterior do elemento tubular 112. A garra externa pode incorporar cunhas as quais se movam em direção ao gradiente longitudinal, quando atuadas. Ainda, uma combinação de um aparelho de sujeição 104 interno e externo pode ser usada. Mais ainda, a garra externa pode incorporar membros de sujeição os quais pivotam, de modo a se encaixarem no elemento tubular. Uma garra externa de exemplo é mostrada na Publicação de Pedido de Patente U.S. Nº 2005/0257933, a qual é incorporada aqui como referência em sua totalidade.

O atuador 106 é mostrado esquematicamente nas Figuras 1 e 2 e pode ser um conjunto acionado elétrico, mecânico ou por fluido projetado para desconectar e para regular o aparelho de sujeição 104. Ainda, o atuador 106 pode ser qualquer combinação de atuadores acionados elétricos, mecânicos ou por fluido.

O destorcedor 200 permite que uma fonte elétrica ou de fluido, tal como uma bomba (não mostrada) transmita um fluido e/ou uma corrente elétrica para o atuador 106, durante uma operação, especialmente durante uma rotação do atuador 106. 0 destorcedor 200 pode ser um destorcedor convencional, tal como um SCOTT ROTARY SEAL™ com selos do tipo de anel em 0 convencionais. O destorcedor 200, nas Figuras 2 e 3, faz parte de um sub 215, o qual tem uma extremidade de pino inferior 216 e uma extremidade superior de caixa 217 para acoplamento do destorcedor 200 a outros componentes de sonda, tal como um acionamento de topo ou o mandril 212. A extremidade superior do mandril 212 pode ter um adaptador 218, opcional, para conexão do aparelho de sujeição 104 ao destorcedor 200 ou ao mecanismo de acionamento 108. O adaptador 218 pode ser simplesmente uma conexão roscada, conforme mostrado, ou pode incorporar um recurso de travamento, o qual será descrito em maiores detalhes abaixo. 0 mecanismo de acionamento 108 pode ser qualquer mecanismo de acionamento conhecido na técnica para suporte do elemento tubular 112, tal como um acionamento de topo, um compensador, ou um compensador e um acionamento de topo combinados, ou uma catarina. A conexão entre o mecanismo de acionamento 108 e o aparelho de sujeição 104 pode ser similar ao adaptador 218 e será discutida em maiores detalhes abaixo. O mandril 212 é configurado de modo que o acionamento de topo transfira um movimento de rotação para as cunhas 208, conforme discutido em maiores detalhes abaixo.

O atuador 106 pode ser acoplado ao mandril 212 e operativamente acoplado ao destorcedor 200. O destorcedor 200 geralmente pode ser um eixo oco ou sólido com ranhuras ou anéis de contato e um anel externo tendo janelas de fluido ou escovas. O eixo é livre para rodar enquanto o anel é estacionário. Assim, o fluido é distribuído a partir de um ponto estacionário para um eixo rotativo onde, por sua vez, o fluido é adicionalmente distribuído para vários componentes, para operação do equipamento rodando com o mandril 212, tal como o atuador 106, para regular e liberar as cunhas 208.

Em uma modalidade, o atuador 106 é de dois ou mais conjuntos de pistões anulares 300, conforme mostrado na Figura 3. Cada conjunto de pistão anular 300 pode incluir um pistão 302, uma câmara de atuação de fluido 3 04, uma linha(s) de controle 308 (mostrada esquematicamente) e uma entrada de fluido 310. Cada conjunto de pistão anular 300 é capaz de atuar o aparelho de sujeição 104 independentemente dos outros conjuntos de pistão 300. Assim, há um acúmulo na redundância para a provisão de um sistema de segurança de reserva. Istoé, um dos conjuntos de pistões anulares 300 é um conjunto primário, o qual é necessário para a operação do atuador 106. Os conjuntos de pistões anulares 300 remanescentes são redundantes e provêem um recurso de segurança de reserva adicional. Cada conjunto de pistão anular 300 opera pela introdução de fluido na câmara de atuação de fluido 304. O fluido na câmara de atuação 304 aplica uma pressão ao lado superior do pistão 302. A pressão no pistão 302 move o pistão 302 para baixo. O pistão 302 é operativamente acoplado ao aparelho de sujeição 104 através da luva 214. Embora mostrado como acoplado à luva 214, deve ser apreciado que qualquer forma de atuação do aparelho de sujeição 104 com os pistões 302 é contemplada. De modo a se liberar o aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112, um fluido pode ser introduzido em uma câmara de liberação 306. Quando a pressão de fluido na câmara de liberação 306 atuando no lado inferior do pistão 302 é maior do que a pressão de fluido acima do pistão 302, o pistão 302 pode se mover para cima, desse modo liberando o aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112. Cada um dos conjuntos de pistões anulares 300 pode ter a câmara de liberação 3 06 ou nada pode ser equipado com a câmara de liberação. É contemplado que, de modo a se liberar o aparelho de sujeição 104, a pressão nas câmaras de atuação 304 é simplesmente aliviada, o mecanismo de acionamento 108 então podendo ser usado para liberação das cunhas 208, conforme mostrado na Figura 2, do elemento tubular 112. Embora mostrado como tendo dois conjuntos de pistões anulares 300, deve ser apreciado que qualquer número pode ser usado, desde que haja pelo menos um conjunto de pistão primário e um conjunto de pistão redundante ou de reserva.

As linhas de controle 308 mostradas esquematicamente na Figura 3 podem ser uma linha de controle ou uma série / pluralidade de linhas de controle para suprimento de fluido para cada conjunto de pistão anular individual 3 00. As linhas de controle 3 08 podem incluir uma linha de monitoração para a transmissão de uma informação de volta para um controlador 312. As linhas de controle 308 permitem que um operador ou o controlador 312 monitore as condições nas câmaras de fluido em cada conjunto de pistão anular individual 3 00, incluindo, mas não limitando, a pressão e a temperatura. Assim, caso haja uma perda súbita de pressão em um dos conjuntos de pistões anulares 300, o controlador 312 ou o operador poderá fazer ajustes nos outros conjuntos de pistões anulares 300, para garantir que o encaixe com o elemento tubular 112 não seja perdido. As linhas de controle 3 08, embora mostradas como uma linha de controle, podem ser qualquer fonte de fluido conhecida na técnica, tal como um espaço anular circundando o atuador 106.

Geralmente, o controlador 312 pode ter linhas de controle adicionais operativamente se comunicando com uma catarina, um sistema de localização, um sensor, o mecanismo de acionamento, uma chave flutuante acionada, e/ou um aparelho de manipulação de tubo. Ainda, o controlador 312 recebe dados das linhas de moldagem por compressão e do mecanismo de acionamento. O controlador 312 em várias modalidades pode estar em comunicação de fluido, sem fio (por exemplo, por infravermelho, RF, Bluetooth, etc.) ou com fio com os componentes da presente invenção. De forma ilustrativa, o controlador 312 pode ser acoplado em termos de comunicação ao mecanismo de acionamento, às câmaras de fluido, o aparelho de sujeição 104, um desengate, um sistema de localização, um ou mais sensores e os outros componentes de sonda de perfuração. O controlador 312 geralmente pode ser configurado para operação e monitoração de cada um dos respectivos componentes de uma forma automatizada (por exemplo, de acordo com uma seqüência pré- programada armazenada na memória) ou de acordo com uma entrada explícita de usuário.

Embora não mostrado, o controlador 312 pode ser equipado com uma unidade de processamento central programável, uma memória, um dispositivo de armazenamento de massa e circuitos de suporte bem conhecidos, tais como suprimentos de potência, relógios, cache, circuitos de entrada / saída e similares. Uma vez habilitado, um operador pode controlar a operação do aparelho de sujeição 104 pela introdução de comandos no controlador 312. Para esta finalidade, uma outra modalidade do controlador 312 inclui um painel de controle, não mostrado. O painel de controle pode incluir um teclado, comutadores, botões, um touchpad, etc.

Com o controlador 312 monitorando e operando a sonda de perfuração, um sistema de segurança integrado pode facilmente ser adaptado à sonda de perfuração 100. Um sistema de segurança pode impedir uma queda de um elemento tubular 112 ou da coluna tubular 116. Em uma modalidade, o sistema de segurança é adaptado para prover uma indicação quanto a se o aparelho de sujeição 104 está apropriadamente conectado ao elemento tubular 112. Assim, o sistema de segurança permitiria que um operador ou o controlador 312 soubesse que o aparelho de sujeição 104 foi plenamente, encaixado no elemento tubular 112. Quando o encaixe do aparelho de sujeição 104 no elemento tubular 112, o qual agora faz parte da coluna tubular 116, é confirmado pelo sistema de segurança, o controlador 312 ou o operador pode liberar as cunhas ou um adaptador de cunha no piso de sonda 118. A catarina então abaixaria a coluna tubular 116, de modo que a extremidade de caixa do elemento tubular estivesse localizada próximo do piso de sonda 118. O controlador 312 ou o operador então pode reativar as cunhas ou o adaptador de cunha para sujeitar a coluna tubular 116. Com as cunhas se encaixando na coluna tubular 116, o controlador 312 permitiria que o aparelho de sujeição 104 liberasse a coluna tubular 116. O sistema de segurança também é capaz de monitorar a quantidade apropriada de torque nas roscas dos elementos tubulares 112 durante a montagem. Isto assegura que as roscas não sejam danificadas durante a feitura e que a conexão seja segura. Os exemplos de sistemas de segurança adequados são ilustrados na Patente U.S. N° 6.742.596 e nas Publicações de Pedido de Patente U.S. N° 2005/0096846, 2004/0173358 e 2004/0144547, as quais são incorporadas aqui como referência em sua totalidade.

Em uma modalidade alternativa, o atuador 106 do aparelho de sujeição 104 inclui um ou mais conjuntos de pistão e de cilindro 400, conforme mostrado na Figura 4. Os conjuntos de pistão e de cilindro 400 se acoplam ao mandril 212 através de um colar 402 e são acoplados de forma móvel à luva 214 através de um anel de cunha 404. O anel de cunha 404 se acopla a uma haste 406 de cada um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400. O anel de cunha 404 é operativamente acoplado à luva 214, de modo a atuar o aparelho de sujeição 104. Deve ser apreciado que qualquer método conhecido na técnica de fixação dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 ao mandril 212 e à luva 214 pode ser usado. Qualquer um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 é capaz de mover o anel de cunha 404, de modo a atuar o aparelho de sujeição 104, portanto, todos, menos um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 sendo redundantes para a provisão de um reserva, e um dos pistões é o atuador primário. Deve ser apreciado, ainda, que outras fontes de potência, além de fontes de fluido, também podem ser empregadas para acionamento do aparelho de sujeição 104, separadamente ou em conjunto com a potência de fluido. Estas fontes de potência alternativas incluem, mas não estão limitadas a sistemas elétricos, de bateria e de energia armazenada, tais como molas de potência e gás comprimido.

Em uma outra modalidade, o atuador 106 pode ser eletricamente acionado. 0 atuador eletricamente acionado pode ser equipado com um dispositivo de travamento mecânico, o qual atua como um conjunto de reserva, o qual impede a liberação do aparelho de sujeição 104. Ainda, o atuador eletricamente acionado pode incluir mais de um membro de atuação para redundância ou como um reserva. Mais ainda, o atuador eletricamente acionado pode enviar dados para um controlador 312 para comunicação de sua posição para um operador. Assim, se uma trava falhar, o controlador 312 poderá tomar as medidas para evitar a liberação acidental do elemento tubular 112.

Conforme descrito acima, de modo a se prover redundância ou um conjunto de segurança de reserva, um atuador redundante operável separadamente pode ser usado para se garantir a operação do aparelho de sujeição 104, no caso de uma falha do atuador primário. Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 3, o atuador 106 inclui quatro conjuntos de pistões anulares 300. O atuador primário pode ser um dos conjuntos de pistões anulares 3 00, enquanto qualquer um ou todos os conjuntos de pistões anulares remanescentes 3 00 podem atuar como o atuador redundante. O atuador redundante atua da mesma maneira que o atuador primário. Isto é, o atuador redundante aplica uma força de atuação ao aparelho de sujeição 104, quando um fluido for suprido para a câmara de atuação 3 04 do atuador redundante. Conforme discutido acima, a pressão de fluido na câmara de atuação 304 pode ser monitorada pelo controlador 312. O atuador redundante proverá a força de atuação sobre o aparelho de sujeição 104, mesmo no caso de uma falha de atuador primário. Ainda, atuadores redundantes adicionais podem ser providos, os quais são operados da mesma maneira ou de uma maneira similar ao atuador redundante.

Em uma outra modalidade, uma ou mais válvulas 314, mostradas esquematicamente na Figura 3, são dispostas entre a(s) linha (s) de controle 3 08 e a câmara de atuação 3 04, para a provisão do conjunto de segurança adicional e/ou de reserva alternativo. A válvula 314 permite que um fluido entre na câmara de atuação 304, mas não permite que um fluido saia da câmara de atuação 3 04. As válvulas 314 podem ser reguladas para liberarem a pressão quando as câmaras de liberação 306 forem atuadas. A válvula 314 tipicamente é uma válvula de uma via, tal como uma válvula de retenção; contudo, deve ser apreciado que qualquer válvula pode ser usada, incluindo, mas não limitando, uma válvula de contra- atuação. Em operação, o fluido entra na câmara de atuação 304 e atua o conjunto de pistão anular 300, desse modo encaixando o elemento tubular 112 com as cunhas 208 do aparelho de sujeição 104. O fluido também atua de forma redundante para impedir que as cunhas 2 08 do aparelho de sujeição 104 se desencaixem do elemento tubular 112, até uma pressão ser aplicada na extremidade oposta do pistão 302. Nesta modalidade, a válvula 314 atua para manter uma pressão substancialmente constante no pistão 302, mesmo se uma pressão de fluido for inadvertidamente perdida na(s) linha(s) de controle 308 ou seletivamente desativada. Isto por sua vez mantém uma força de travamento constante sobre as cunhas 208. As válvulas 314 podem ser construídas no atuador 106 ou adicionadas e/ou ligadas por tubulação como em uma adição ao atuador 106. Ainda, a válvula 314 pode estar localizada em qualquer lugar entre a fonte de fluido para operação do conjunto de pistão anular 300 e a câmara de atuação 304. A válvula 314 pode ser afixada a cada câmara de atuação 3 04 ou qualquer número de câmaras de fluido, dependendo das exigências do atuador 106. Assim, em operação, apenas uma das câmaras de atuação 3 04 é necessária para encaixe das cunhas 208. As câmaras de atuação adicionais 3 04 podem ser equipadas com a válvula 314 como uma câmara de segurança que, uma vez atuada, impede que o aparelho de sujeição 104 acidentalmente libere o elemento tubular 112. As válvulas 314 funcionarão em uma base de pistão único. Assim, se múltiplos pistões forem usados e se um pistão for perdido ou vazar pressão devido a um selo defeituoso, o atuador redundante continuará a manter a força de regulagem sobre as cunhas 2 08.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, o atuador redundante é de um ou mais conjuntos de pistão e de cilindro 4 00, e o atuador primário é um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400, conforme mostrado na Figura 4. Conforme descrito acima, o atuador primário e cada um dos atuadores redundantes são capazes de operarem independentemente o aparelho de sujeição 104. Ainda, o controlador 312, mostrado na Figura 3, é capaz de monitorar as condições no atuador primário e nos atuadores redundantes, de modo a se garantir que o aparelho de sujeição 104 permaneça encaixado com o elemento tubular 112, quando desejado.

Ainda em uma outra modalidade, pelo menos alguns dos conjuntos de pistão e de cilindro 4 00 são equipados com uma válvula 500, mostrada esquematicamente na Figura 5, de modo a se prover o conjunto de reserva como um recurso de segurança adicional para se prevenir uma liberação inadvertida do aparelho de sujeição 104. Conforme mostrado, cada um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 inclui um cilindro 502 e um pistão 504. Também pode haver duas linhas de controle de fluido conectadas a cada um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400. Uma linha de atuação 506 se conecta a cada cilindro 502. A linha de atuação 506 aplica uma pressão hidráulica ou pneumática a cada pistão 504, de modo a atuar o aparelho de sujeição 104 (mostrado nas Figuras 1 a 4) . Uma linha de liberação 512 se conecta a cada um dos cilindros 502 abaixo do pistão 504, de modo a liberar o aparelho de sujeição 104 Uma ou mais linhas de alimentação 508 podem se acoplar a cada uma das linhas de atuação 506. Ainda, linhas de alimentação em separado podem ser usadas de modo a se acionar cada um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 separadamente. Cada uma das linhas de atuação 506 pode ser equipada com a válvula 5 00; embora mostrado como cada uma das linhas de atuação 506 tendo a válvula 500, deve ser apreciado que tão pouco quanto uma válvula 500 pode ser usado.

Para a ativação do aparelho de sujeição 104, um fluido flui através de uma ou mais linhas de alimentação 508. 0 fluido entra em cada uma das linhas de atuação 506, então, flui diante das válvulas 500. As válvulas 500 operam de uma maneira que permite que um fluido flua em direção ao cilindro 502, mas não de volta para a linha de alimentação 508. Conforme o fluido continua a fluir diante das válvulas 500, ele preenche cada uma das linhas a jusante das válvulas 500. O fluido então pode começar a exercer uma força sobre os pistões 504. A força sobre os pistões 504 faz com que os pistões 504. A força sobre os pistões 504 faz com que os pistões 5 04 movam o anel de cunha 4 04 (mostrado na Figura 4) e atuam o aparelho de sujeição 104. As cunhas 208 se encaixarão no elemento tubular 112. Com as cunhas 208 plenamente encaixadas, o fluido não moverá mais os pistões 504 para baixo. A introdução de fluido pode ser parada a uma pressão predeterminada, a qual pode ser monitorada pelo controlador 312 ou por um operador, A Onlca força sobre os pistões 504 na posição atuada é a pressão de fluido acima dos pistões 504. O sistema permanecerá neste estado até a pressão ser liberada pelos comutadores 510 ou pelas válvulas 500 ou no caso de uma falha de sistema. Cada uma das válvulas 500 atua como um sistema de segurança para garantir que o aparelho de sujeição 104 não libere inadvertidamente o elemento tubular 112. Em operação, as cunhas 208 podem ser liberadas pela atuação dos comutadores 510 e permitindo-se que o fluido deixe o lado de topo dos pistões 504. Um fluido então é introduzido nas linhas de liberação 512, de modo a se pressurizar o lado de fundo dos pistões 504. Com o fluido liberado acima do pistão 504, não há uma força adicional requerida para liberação das cunhas 208 além do atrito entre as cunhas 2 08 e o elemento tubular 112. Embora as válvulas 500 sejam mostradas em conjunto com os conjuntos de pistão e de cilindro 400, deve ser apreciado que as válvulas 500 e um esquema hidráulico podem ser usados em conjunto com qualquer atuador mostrado aqui.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, um ou todos os conjuntos de pistão e de cilindro 400 podem ser equipados com um acumulador 514, opcional, mostrado na Figura 5. O acumulador 514 provê um recurso de segurança adicional para garantir que o aparelho de sujeição 104 não libere o elemento tubular 112 prematuramente. 0 acumulador 514, conforme mostrado, está entre a válvula 500 e o cilindro 502, dentro de cada uma das linhas de atuação 506. Uma linha de acumulador 516 acopla em termos de fluido o acumulador 514 às linhas de atuação 506. Cada acumulador 514 pode incluir uma câmara interna ou diafragma (não mestrado). A câmara é uma membrana elástica impermeável que separa o fluido do sistema de conjuntos de pistão e de cilindro 400 do fluido compressível no acumulador 514. Antes da operação do fluido de sistema de conjuntos de pistão e de cilindro 400, o acumulador 514 é preenchido com um fluido compressível para uma pressão predeterminada. Com a pressão de fluido compressível apenas no acumulador 514, a câmara se expandirá para cobrir a extremidade inferior em direção à linha de acumulador 516 do acumulador 514. Com a câmara naquela posição, a câmara de acumulador atingiu uma expansão máxima. Quando o fluido para operação dos conjuntos de pistão e de cilindro 400 entra nos acumuladores 514, a membrana da câmara começa a se mover para cima em relação às linhas de acumulador 516. A câmara comprime o fluido compressível mais, conforme a câmara se move para cima nos acumuladores 514. Com as cunhas 208 plenamente encaixadas, o fluido não mais moverá os pistões 504 para baixo. O fluido de sistema continuará a causar a contração da câmara enquanto comprime o fluido compressível nos acumuladores 514. A introdução de um fluido de sistema será parada a uma pressão predeterminada. Conforme discutido acima, o sistema permanecerá neste estado até a pressão ser liberada pelos comutadores 510, ou no caso de uma falha de sistema.

No caso de o sistema hidráulico vazar, o sistema lentamente começará a perder seu fluido de sistema. Contudo, o fluido compressível nos acumuladores 514 mantém a pressão do fluido do sistema pela adição de volume, conforme o fluido de sistema for perdido. Conforme o fluido compressível se expande, a câmara se expande, desse modo mantendo a pressão do fluido de sistema pels. a.dição de volume ao sistema. A expansão da câmara é em relação à quantidade de fluido de sistema perdido. Em outras palavras, a pressão do fluido de sistema e, por sua vez, a pressão sobre o pistão 504 permanecem constantes, conforme o fluido de sistema for perdido, devido à expansão da câmara. A câmara continua a se mover, conforme o fluido de sistema vazar, até a câmara estar plenamente expandida. Uma vez que a câmara tenha sido plenamente expandida, qualquer vazamento adicional de fluido de sistema causará uma perda de pressão no sistema. A pressão nos acumuladores 514 pode ser monitorada pelo controlador 312. Assim, mediante uma perda de pressão notificações de aspecto acumuladores 514, o controlador 312 ou o operador pode aumentar a pressão nos conjuntos de pistão e de cilindro 400, desse modo impedindo uma liberação inadvertida do aparelho de sujeição 104. Cada uma das válvulas 500 e dos acumuladores 514 pode atuar independentemente de cada um dos conjuntos de pistão e de cilindro 400. Portanto, pode haver um pistão primário tendo uma válvula 500 e um acumulador 514 e qualquer número de pistões redundantes tendo uma válvula 500 e um acumulador 514, desse modo se provendo um fator aumentado de segurança. Os acumuladores 514 podem ser usados com qualquer atuador descrito aqui.

Em uma modalidade alternativa ao destorcedor 2 00 discutido acima, um destorcedor 600 se acopla diretamente ao atuador 106, conforme mostrado na Figura 6A. Isto reduz o comprimento geral do aparelho de sujeição 104 por não requerer o sub 215. O destorcedor 600 tem um bocal de fluido 6 02 o qual se afixa a uma linha de controle 6 04 acoplada a uma fonte de fluido ou elétrica 606 (mostrada esquematicamente). O destorcedor 600 adicionalmente tem uma câmara de fluido 180 a qual está em comunicação com o atuador 106 através de uma janela 608, para liberação ou encaixe das cunhas 208. O destorcedor 600 contém um alojamento 610, o qual pode compreender o bocal de fluido 602, dois ou mais anéis de selo 612 e uma base 614, a qual é conectada diretamente ao membro rotativo. Ainda, o destorcedor 600 inclui anéis de cunha 616, os quais acoplam o alojamento 610 à base 614, enquanto se permite que o alojamento 610 permaneça estacionário, enquanto a base 614 rodar. A Figura 6B mostra o destorcedor 600 acoplado a um atuador 106A de acordo com uma modalidade alternativa. A Figura 6C mostra dois destorcedores 600 afixados a um atuador 106B. 0 atuador 106B tem um pistão 618, o qual se move para cima por um fluido introduzido a partir do destorcedor inferior 600 e se move para baixo por um fluido introduzido a partir do destorcedor superior 600. O pistão 618 opera o aparelho de sujeição 104. Deve ser apreciado que os destorcedores 600 podem ser usados com qualquer arranjo de atuador 106 mostrado aqui ou conhecido na técnica. Ainda, qualquer número de destorcedores 60 0 pode ser usado.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, a redundância de qualquer um dos atuadores descritos acima pode ser obtida por um fluido de sistema primário com um reserva acionado eletricamente. Ainda, o sistema primário pode ser eletricamente acionado e o sistema redundante pode ser operado por fluido.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, o destorcedor 200 e/ou 600 descrito acima pode ser na forma de uma união rotativa 620, conforme mostrado na Figura 6D. A união rotativa 620 inclui um membro rotativo interno 622 e um membro estacionário externo 624. 0 membro rotativo interno 622 pode ser acoplado aos componentes rotativos do sistema de manipulação de elemento tubular 102, tal como o mecanismo de acionamento 108 e o atuador 106. O membro estacionário externo 624 é adaptado para se acoplar a uma ou mais linhas de controle para operação dos componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102. Conforme mostrado, a união rotativa 620 inclui duas entradas de fluido hidráulico 626 e quatro entradas de fluido pneumático 628; contudo, deve ser apreciado que qualquer combinação de entrada de fluido pneumático, fluido hidráulico, elétrica e de fibra ótica pode ser usada, incluindo apenas uma entrada de fluido hidráulico 626 e/ou uma entrada de fluido pneumático 628. As entradas 616 e 628 podem incluir, opcionalmente, uma válvula para controle de fluxo. Um mancai 63 0 pode ser incluído entre o membro rotativo interno 622 e o membro estacionário externo 624, de modo a suportar forças radiais e axiais entre os dois membros. Conforme mostrado, o mancai 63 0 está localizado em cada extremidade do membro estacionário externo 624.

A entrada de fluido hidráulico 626 se acopla em termos de fluido a uma câmara anular 632. A câmara anular 632 engloba o diâmetro interno inteiro do membro estacionário externo 624. A câmara anular 632 se acopla em termos de fluido a uma janela de controle 636 localizada dentro do membro rotativo interno 622. A janela de controle 636 pode ser acoplada em termos de fluido a qualquer um dos componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102. Por exemplo, a janela de controle 636 pode ser acoplada ao atuador 106 de modo a operar o atuador primário e/ou o atuador redundante.

De modo a evitar um vazamento entre o membro rotativo interno 622 e o membro estacionário externo 624, um selo hidrodinâmico 638 pode ser provido em uma localização em um recesso 640 em cada lado da câmara anular 632. Conforme mostrado, o selo hidrodinâmico 638 é uma aleta de lubrificação de alta velocidade adaptada para selar as pressões aumentadas necessárias para o fluido hidráulico. O selo hidrodinâmico 63 8 pode ser feito de qualquer material incluindo, mas não limitando, borracha, um polímero, um elastômero. 0 selo hidrodinâmico 63 8 tem um formato irregular e/ou uma posição no recesso 640. O formato irregular e/ou a posição do selo hidrodinâmico 63 8 no recesso 64 0 é adaptada para a criação de uma cavidade 641 ou de um espaço entre as paredes do recesso 64 0 e o selo hidrodinâmico 638. Em operação, o fluido hidráulico entra na câmara anular 632 e continua para as cavidades 641 entre o selo hidrodinâmico 638 e o recesso 640. O fluido hidráulico se move nas cavidades conforme o membro rotativo interno 622 for rodado. Este movimento circula o fluido hidráulico dentro das cavidades 641 e aciona o fluido hidráulico entre as superfícies de contato de selo hidrodinâmico. A circulação e o acionamento do fluido hidráulico criam uma camada de fluido hidráulico entre as superfícies do selo hidrodinâmico 638, o recesso 640 e o membro rotativo interno 622. A camada de fluido hidráulico lubrifica o selo hidrodinâmico 638, de modo a se reduzir a geração de calor e aumentar a vida do selo hidrodinâmico.

Em uma modalidade alternativa, o selo hidrodinâmico 638 é mais estreito do que o recesso 640, enquanto tem uma altura que é substancialmente a mesma ou maior do que a do recesso 640. O selo hidrodinâmico 638 também pode ser circunferencialmente mais longo do que o recesso. Esta configuração força o selo hidrodinâmico 638 a se flexionar e comprimir no recesso, conforme mostrado na forma da linha oculta ondulada na Figura 6D. Quando rodado, o fluido hidráulico circula nas cavidades 641, conforme descrito acima. Cada uma das entradas pode incluir o selo hidrodinâmico 638. Cada uma das entradas pode ter uma janela de controle 636, de modo a operar ferramentas em separado de qualquer um dos componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102.

Um selo 642 pode estar localizado entre o membro rotativo interno 622 e o membro estacionário externo 624 em uma localização em um recesso 640 em cada lado da câmara anular 632 das entradas de fluido pneumático 628. O selo 642 pode incluir um selo padrão 644 em um lado do recesso e um calço de atrito baixo 64 6. O calço de atrito baixo pode compreender um polímero de atrito baixo, incluindo, mas não limitando, Teflon™ e PEEK™. O calço de atrito baixo 64 6 reduz o atrito no selo padrão 644, durante uma rotação. Qualquer um dos selos descritos aqui pode ser usado para qualquer uma das entradas 626 e/ou 628.

O sistema de manipulação de elemento tubular 102 pode incluir um compensador 700, conforme mostrado na Figura 7. O compensador 700 compensa uma perda de comprimento devido a uma constituição de rosca, sem se ter que abaixar o mecanismo de acionamento 108 e/ou o acionamento de topo durante a conexão do elemento tubular 112 à coluna tubular 116. Este sistema não apenas permite uma compensação de comprimento conforme a rosca é constituída, mas também controla a quantidade de peso aplicada à rosca sendo feita, de modo que um peso excessivo não seja aplicado à rosca durante a constituição. O compensador 700, conforme mostrado, consiste em um ou mais pistões de compensação 702, os quais são acoplados em uma extremidade a uma localização fixa 704. A localização fixa 704 pode se acoplar a qualquer parte do sistema de manipulação de elemento tubular 102 que seja longitudinalmente fixa em relação aos elementos tubulares 112. A localização fixa 704, conforme mostrado, é acoplada ao acionamento de topo. A outra extremidade dos pistões de compensação 702 é operativamente acoplada aos conjuntos de pistão e de cilindro 400 através de um anel de acoplamento 706. Os conjuntos de pistão e de cilindro 400 são acoplados ao aparelho de sujeição 104, conforme descrito acima. Os pistões de compensação 7 02 são adaptados para permanecerem estacionários, até que uma carga pré-regulada seja atingida. Ao se atingir a carga, os pistões de compensação permitirão que o anel de acoplamento 706 se mova com a carga, desse modo permitindo que o aparelho de sujeição 104 se mova.

Em operação, o aparelho de sujeição 104 sujeita o elemento tubular 112. Com apenas o elemento tubular 112 acoplado ao aparelho de sujeição 104, o pistão de compensação 702 permanecerá em sua posição original. O elemento tubular 112 então se encaixará na coluna tubular 116, mostrada na Figura 1. 0 mecanismo de acionamento 108 então rodará o elemento tubular 112, de modo a acoplar o elemento tubular 112 à coluna tubular 116. Conforme o acoplamento roscado é feito, uma carga adicional é aplicada ao aparelho de sujeição 104 e, desse modo, aos pistões de compensação 702. Os pistões de compensação 702 se moverão em resposta à carga adicional, desse modo se permitindo que o aparelho de sujeição 104 se mova longitudinalmente para baixo, conforme a conexão roscada for completada. Embora o compensador 700 seja mostrado com os conjuntos de pistão e de cilindro 400, deve ser apreciado que o compensador 700 pode ser usado em conjunto com qualquer atuador descrito aqui.

Os pistões de compensação 7 02 podem ser controlados e monitorados pelo controlador 312 através de uma linha(s) de controle 708. A(s) linha(s) de controle 7 08 permite(m) que a pressão nos pistões de compensação 702 seja controlada e monitorada, de acordo com a operação sendo realizada. O controlador 312 é capaz de ajustar a sensibilidade dos pistões de compensação 702 para permitir que os pistões de compensação se movam em resposta a cargas diferentes.

Em uma outra modalidade, o compensador 700 simplesmente é uma luva estriada ou um colar, não mostrado. A luva estriada permite um duplexação longitudinal ou movimento entre o mecanismo de acionamento 108 e o aparelho de sujeição 104. Ainda em uma outra modalidade, o compensador pode incluir uma combinação de pistões e da luva estriada.

O atuador 106 pode ser adaptado para um uso intercambiável e/ou modular, conforme mostrado nas Figuras 8A a 8E. Isto é, um atuador 106 pode ser adaptado para operar qualquer tamanho ou uma variedade de um aparelho de sujeição modular 804. A Figura 8A mostra o atuador 106 tendo os conjuntos de pistão e de cilindro 400, um ou mais pistões de compensação 702 e um adaptador 218 para acoplamento do atuador 106 ao mecanismo de acionamento 108 (mostrado na Figura 1) . 0 adaptador 218 pode incluir um sub de torque, de modo a se monitorar o torque aplicado ao elemento tubular 112. As Figuras 8B a 8E mostram vários aparelhos de sujeição modulares de exemplo 804 que podem ser usados com o atuador 106. A atuação do aparelho de sujeição selecionado 804 é efetuada usando-se um anel de cunha modular 802. O anel de cunha modular 802, o qual é similar ao anel de cunha 4 04 descrito acima, se acopla aos conjuntos de pistão e de cilindro 400 e é móvel com ele, conforme descrito acima. O anel de cunha modular 802 é adaptado para se acoplar a um anel de cunha de combinação 806 do aparelho de sujeição modular 804. Quando acoplado ao anel de cunha de combinação 806, o anel de cunha modular 802 pode atuar o aparelho de sujeição 104, conforme descrito acima. Neste sentido, os anéis de cunha 802 e 806 se movem em uníssono, em resposta a uma atuação dos conjuntos de pistão e de cilindro 400, o que, por sua vez, causa um encaixe ou um desencaixe do aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112. Um torque a partir do mecanismo de acionamento 108 pode ser transferido para o aparelho de sujeição modular 804, usando-se um acoplamento universal 808. Conforme mostrado, o acoplamento universal 808 é posicionado na extremidade de um eixo rotativo 810 para cada aparelho de sujeição modular 804. O acoplamento universal 8 08 é adaptado para acoplamento a um eixo dentro do atuador 106. Com o acoplamento universal 808 acoplado ao eixo do atuador 106, uma rotação pode ser transferida a partir do mecanismo de acionamento 108 para o eixo rotativo 810 e, por sua vez, para o elemento tubular através do aparelho de sujeição modular 804.

Em operação, o aspecto modular do sistema de manipulação de elemento tubular 102 permite uma acomodação rápida e fácil de um elemento tubular 112 de qualquer tamanho, sem a necessidade de remoção do atuador 106 e/ou do mecanismo de acionamento 108. Assim, o aparelho de sujeição modular externo 804, mostrado na Figura 8B, pode ser usado inicialmente para sujeição, acoplamento e perfuração com o elemento tubular. O aparelho de sujeição modular externo 804 pode ser removido, então, pelo desacoplamento do anel de cunha 806 do anel de cunha 802. O aparelho de sujeição interno 804, mostrado na Figura 8E, então, pode ser usado para se continuar a acoplar, manobrar e perfurar com os elementos tubulares 112. Ê contemplado que um aparelho de sujeição de qualquer tamanho adequado de qualquer tamanho adequado pode ser usado durante operações. Ainda, qualquer um dos atuadores 106 descritos aqui pode ser usado em conjunto com o aparelho de sujeição modular 804 .

As Figuras 9A e 9B mostram um sistema de localização 900 que pode ser usado com qualquer conjunto de sujeição de elemento tubular e qualquer um dos atuadores 106 mostrados aqui. 0 sistema de localização 900 pode ser incorporado no atuador 106 tendo o conjunto de pistão e de cilindro 400, conforme mostrado. O sistema de localização 900 é adaptado para acompanhar o movimento do anel de cunha 4 04 ou a haste de pistão 4 06, conforme for movido pelos conjuntos de pistão e de cilindro 400. 0 sistema de localização 900 pode estar em comunicação com o controlador 312, de modo a se monitorarem o encaixe e o desencaixe do aparelho de sujeição 104. O sistema de localização 900 acompanha a posição de pistões, desse modo acompanhando a posição do aparelho de sujeição 104. 0 sistema de localização 900 pode incluir uma roda 902 acoplada a um braço 904, que é acoplado à haste de pistão 406, ou, na alternativa, à luva 214, ou ao anel de cunha 404. Conforme a haste de pistão 406 move o anel de cunha 404 a partir da posição desencaixada para a encaixada, a roda rola sobre um trilho 906. O trilho 906 pode incluir uma porção elevada 907. Conforme a roda 902 atinge a porção elevada 907, ela move o braço 904 radialmente para longe do mandril 212 do aparelho de sujeição 104. 0 braço 904 é acoplado a um gatilho 908, o qual atua um indicador de localização 910. Assim, conforme o gatilho 908 se encaixa no indicador de localização 910, a altura e a posição do gatilho 908 dentro do indicador de localização 910 indicam a localização das hastes de pistão 406 e/ou do anel de cunha 404 e, assim, a localização das cunhas 208, não mostradas. Embora mostrado como o trilho 906 tendo uma porção elevada, deve ser apreciado que o trilho 906 pode ter qualquer configuração e indicar o espectro inteiro de localizações em que a haste de pistão 406 e/ou o anel de cunha 404 podem estar durante uma atuação e um desencaixe do aparelho de sujeição. O sistema de localização 900 pode enviar e/ou receber um sinal pneumático e/ou hidráulico para o controlador 312 e/ou uma fonte de fluido, e ainda pode enviar um sinal eletrônico, de forma sem fio ou com uma linha de comunicação com fio. Ainda, o sistema de localização 900 pode ser qualquer localizador de localização incluindo, mas não limitando, um sensor de efeito Hall, um medidor de deformação do tipo strain gage ou qualquer outro sensor de proximidade. Os sinais de comunicação de sensor podem ser enviados de volta através do destorcedor e/ou enviados via freqüência de rádio.

Ainda em uma outra modalidade, o aparelho de sujeição 104 inclui um sensor 1000 para indicar que um colar de batente 1002 do aparelho de sujeição 104 atingiu o topo de um elemento tubular 112, conforme mostrado nas Figuras 10A e 10B. O colar de batente 1002 é adaptado para evitar que o elemento tubular 112 se mova além do aparelho de sujeição 104, conforme o aparelho de sujeição 104 se encaixar no elemento tubular 112. O sensor 1000 pode detectar o elemento tubular 112, quando o elemento tubular 112 estiver próximo do colar de batente 1002. Em uso, o sistema de içamento 110 e/ou o mecanismo de acionamento 108 inicialmente abaixarão o aparelho de sujeição 104 em direção ao elemento tubular 112 para forçar a porção de encaixe do aparelho de sujeição 104 a entrar no elemento tubular 112, ou circundará o elemento tubular 112, se o aparelho de sujeição for uma garra externa. Conforme o sistema de içamento 110 e/ou o mecanismo de acionamento 108 continuam a mover o aparelho de sujeição 104 em relação ao elemento tubular 112, o sensor 1000 será atuado quando o elemento tubular 112 atingir uma distância predeterminada do colar de batente 1002. O sensor 1000 pode enviar um sinal para o controlador 312 ou um operador, de modo a indicar que a proximidade predeterminada do colar de batente 1002 até o elemento tubular 112 foi atingida. 0 controlador 312 e/ou o operador pode então parar o sistema de içamento 110 e/ou o mecanismo de acionamento 108 quanto à continuação do movimento do aparelho de sujeição 104 em relação ao elemento tubular 112. O aparelho de sujeição 104 então pode ser ativado para sujeitar o elemento tubular 112 para começar operações de perfuração e/ou manobra.

O sensor 1000, conforme mostrado nas Figuras 10A e 10B, é um sensor mecânico, o qual se apóia em um recesso 1004 do colar de batente 1002 e é orientado para se projetar abaixo da superfície de fundo do colar de batente 1002. A Figura 10B mostra o sensor 1000 acoplado a um ativador 1006, o qual opera uma válvula de controle 1008. O ativador 1006, conforme mostrado, é um haste a qual se projeta através do colar de batente 1002 e é acoplado à válvula de controle 1008 em uma extremidade e a um contato 1010, o qual é adaptado para se encaixar no elemento tubular 112, na outra extremidade. 0 sensor 1000 pode incluir uma mola 1007 para orientação do ativador 1006 em direção à posição desencaixada. Assim, conforme o aparelho de sujeição 104 é abaixado para o elemento tubular 112, o contato 1010 se aproxima da extremidade superior do elemento tubular 112. Uma vez que o contato 1010 se encaixe no elemento tubular 112, a válvula de controle 1008 é atuada e envia um sinal para o controlador 312 ou para o operador, indicando que o aparelho de sujeição 104 está no elemento tubular 112. Embora mostrado como um sensor mecânico, deve ser apreciado que o sensor 1000 pode ser qualquer sensor conhecido na técnica, tal como um conjunto de haste e de pistão, um medidor de deformação do tipo strain gage, um sensor de proximidade, um sensor ótico, infravermelho, um sensor a laser. O sensor 1000 ajuda a evitar a colocação do peso pleno do sistema de içamento 110, do atuador 106 e do mecanismo de acionamento 108 sobre o topo do elemento tubular 112, antes de o elemento tubular 112 ser conectado à coluna tubular 116. Em uma modalidade, o status do sensor 1000 pode ser enviado de volta através do destorcedor e/ou enviado através de freqüência de rádio.

Ainda em uma outra modalidade, o adaptador 218, o qual pode prover a conexão entre os componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102, contém uma trava 1100, conforme mostrado na Figura 11. O adaptador 218 está localizado entre o mecanismo de acionamento 108 e o atuador 106; contudo, deve ser apreciado que o adaptador 218 pode estar localizado entre qualquer um dos componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102. A trava 1100 impede a liberação inadvertida de uma conexão entre os componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102, como resultado de uma rotação dos componentes. Conforme mostrado, a conexão inclui um conector de pino 1102 do mecanismo de acionamento 108 adaptado para se acoplar à extremidade de caixa 1103 do atuador 106. Ambos o conector de pino 1102 e a extremidade de caixa 1103 têm uma superfície externa conformada 1104. A superfície externa conformada 1104 mostrada na Figura IlA é uma configuração octogonal; contudo, deve ser apreciado que o formato pode ser qualquer configuração capaz de transferir torque, tal como uma engrenagem ou uma estria, uma chaveta (pino) de travamento hexagonal, quadrado, etc. A superfície externa conformada 1104 é configurada para combinar com uma superfície interna conformada 1106 da trava 1100. A trava 1100 pode conter um parafuso de ajuste 1108 para acoplamento da trava 1100 ao conector de pino 1102. Embora o parafuso de ajuste 1108 seja mostrado como se conectando ao conector de pino 1102, deve ser apreciado que o parafuso de ajuste 1108 pode se acoplar a qualquer parte da conexão, desde que a trava 1100 se encaixe no conector de pino 1102 e na extremidade de caixa 1103. Assim, em operação, a trava 1100 é colocada sobre o conector de pino 1102 e a extremidade de caixa 1103 é acoplada ao conector de pino 1102. A trava 1100 então é movida de modo que a superfície interna conformada 1106 se encaixe na superfície externa conformada 1104 do conector de pino 1102 e da extremidade de caixa 1103. Os parafusos de ajuste 1108 então acoplam a trava 1100 ao conector de pino 1102. O mecanismo de acionamento 108 então pode ser atuado para rotação do elemento tubular 112. Conforme módulo mecanismo de acionamento 108 dá o torque à conexão, a carga é transferida através da trava 1100 além da conexão roscada.

O trava 1100 impede a sobrecarga ou o desenroscamento das conexões. Embora mostrado como o mecanismo de acionamento 108 tendo uma extremidade de pino e o atuador 106 tendo uma extremidade de caixa, qualquer configuração pode ser usada para se garantir a conexão. Ainda, a trava pode conter uma embreagem de freio para se encaixar em uma canilha de acionamento de topo, desse modo se eliminando a exigência de modificação do diâmetro externo da canilha de acionamento de topo, não mostrada.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, o adaptador 218 é uma ferramenta de travamento externa 1110, conforme mostrado nas Figuras IlC e IlB. A ferramenta de travamento externa 1110 pode compreender dois ou mais elementos de ligação 1112 conectados para englobarem a conexão entre os componentes de sistema de manipulação de elemento tubular 102. Conforme mostrado, os elementos de ligação 1112 são conectados de forma pivotante uns aos outros através de um pino 1114. Os pinos 1114 podem ser removidos, de modo a se abrir a ferramenta de travamento externa 1110 e colocar a ferramenta de travamento externa 1110 em torno da conexão. O pino 1114 então pode ser reinstalado para travar a ferramenta de travamento externa 1110 em torno da conexão.

Ainda, qualquer número de elementos de ligação 1112 pode ser removido ou adicionado, de modo a se acomodar o tamanho da conexão. Os elementos de ligação 1112, quando conectados, formam um diâmetro interno que tem dois ou mais mordentes 1116. Cada elemento de ligação 1112 pode ter um ou mais recessos 1117 adaptados para alojamento do mordente 1116. O diâmetro interno é adaptado para ser igual a ou maior do que o diâmetro externo da conexão entre os componentes de sistema de manipulação de elemento tubular 102. Os mordentes 1116 têm uma superfície de encaixe 1118 a qual é adaptada para se encaixar de forma sujeitadora no diâmetro externo da conexão entre os componentes do sistema de manipulação de elemento tubular 102. Em uma modalidade, os mordentes 1116 são grandes o bastante para atravessarem a conexão entre os componentes do sistema de manipulação de elemento tubular. Opcionalmente, os mordentes 1116 podem ser radialmente ajustáveis através de um ou mais parafusos de ajuste 1120. O parafuso de ajuste 1120, conforme mostrado, atravessa cada um dos elementos de ligação 1112., O parafuso de ajuste 1120 se encaixa no mordente 1116 no 15 interior do elemento de ligação 1112 e é acessível para ajuste no exterior do elemento de ligação 1112. Embora o parafuso de ajuste 1120 seja mostrado como um parafuso, deve ser apreciado que qualquer método de movimento das matrizes radialmente pode ser usado, incluindo, mas não limitando um pistão atuável por fluido, um atuador elétrico ou um pino. Desta maneira, os elementos de ligação 1112 com os mordentes 1116 podem ser acoplados em conjunto em torno de uma conexão entre dois componentes. Os mordentes 1116 então podem ser ajustados, se necessário, através dos parafusos de ajuste 1120, de modo a se encaixarem de forma sujeitadora na conexão. Cada mordente 1116 atravessará a conexão e desse modo sujeitará ambos os componentes. Os mordentes 1116 acoplados aos elementos de ligação 1112 impedirão os componentes de rodarem uns em relação aos outros, desse modo impedindo uma liberação inadvertida da conexão.

A Figura IlB mostra uma modalidade alternativa da ferramenta de travamento externa 1110. Conforme mostrado, cada elemento de ligação 1112 tem pelo menos dois mordentes 1116 separados. Os mordentes são ajustáveis independentemente através do parafuso de ajuste 1120. Isto permite que cada mordente 1116 se encaixe independentemente em cada componente da conexão. Portanto, os componentes podem ter diâmetros externos variáveis e ainda serem

encaixados pelos mordentes 1116 separados da ferramenta de travamento externa 1110. Com os mordentes 1116 encaixados de forma sujeitadora com componentes, rotações relativas entre os componentes são impedidas da mesma maneira que aquela descrita acima.

Em uma outra modalidade, o equipamento 114 é um lançador de bujão de cimentação 12 00 adaptado para uso com o aparelho de sujeição 104, conforme mostrado nas Figuras 12A a 12B. O lançador de bujão de cimentação 1200 pode ser adaptado para ser encaixado por qualquer sistema de manipulação de elemento tubular 102 descrito aqui além de qualquer dispositivo de manobra de elemento tubular de sonda de perfuração. Por exemplo, o lançador de bujão de cimentação 1200 pode ser adaptado para se acoplar a um aparelho de sujeição interno, a um aparelho de sujeição externo, ou a qualquer combinação de um aparelho de sujeição externo e/ou um interno. Usar o lançador de bujão de cimentação 12 00 em conjunto com o aparelho de sujeição 104 permite que um operador use uma ferramenta de cimentação sem a necessidade de desmontar o aparelho de sujeição 104 antes do uso. Isto poupa tempo de sonda e reduz a exposição da coluna tubular 116 ao furo de poço não cimentado. Ainda, o lançador de bujão de cimentação 1200 pode ser levado para o piso de sonda como um conjunto completo, o qual pode ser manipulado e acoplado à coluna tubular 116 com o aparelho de sujeição. Isto permite uma operação rápida, enquanto protege os bujões dentro do revestimento e o equipamento 114. Ainda, o lançador de bujão de cimentação 1200 precisa apenas ser afixado ao sistema de manipulação de elemento tubular 102, quando a operação de cimentação for para ocorrer. O lançador de bujão de cimentação 1200 pode permitir que a coluna tubular 116 seja cimentada no lugar, sem a necessidade de bombear cimento através do aparelho de sujeição 104, do atuador 106 e do mecanismo de acionamento 108.

O lançador de bujão de cimentação 1200 será descrito conforme usado com um aparelho de sujeição interno 104. Conforme mostrado na Figura 12A, o lançador 12 0 0 tem uma junta superior 1202 e um destorcedor de lançador opcional 1204, uma entrada de fluido 1205 e uma válvula 1206. O destorcedor 1204 pode funcionar da mesma maneira que os destorcedores mencionados acima. A válvula 1206 é mostrada como uma válvula de retenção; contudo, pode ser qualquer válvula incluindo, mas não limitando, uma válvula de esfera, uma válvula de gaveta, uma válvula de uma via, uma válvula de alívio e uma válvula TIW. A válvula 1206 é adaptada para impedir que cimento e/ou fluidos de perfuração fluam através do lançador de bujão de cimentação 1200 durante uma operação de cimentação. Ainda, a válvula 1206 pode impedir a pressão de bombeamento detecção afetar a capacidade de carga do aparelho de sujeição 104 durante uma circulação ou ciraentação. A junta superior 1202 do lançador 12 0 0 é adaptada para ser encaixada pelo aparelho de sujeição 104. Assim, após a coluna tubular 116 ter sido manobrada e/ou perfurada ou alargada até a profundidade desejada, o aparelho de sujeição 104 pode liberar a coluna tubular 116 e pegar o lançador 1200. Para sujeição do lançador 1200, o aparelho de sujeição 104 é inserido na junta superior 1202. 0 atuador 106 então ativa as cunhas 208 para encaixe de sujeição com a junta superior 1202. 0 aparelho de sujeição 104 e o lançador de bujão de cimentação 1200 então são elevados pelo sistema de içamento sobre a coluna tubular 116. O sistema de içamento então pode abaixar o lançador de bujão de cimentação 1200 em direção à coluna tubular 116 para encaixe com ela. 0 mecanismo de acionamento 108 então pode rodar o lançador de bujão de cimentação 1200 para acoplamento do lançador de bujão de cimentação 1200 à coluna tubular 116. Assim, uma operação de cimentação pode ser realizada com pouca ou nenhuma modificação no sistema de manipulação de elemento tubular 102. Em uma modalidade, o sistema de manipulação de elemento tubular 102 pode ter uma capacidade de vedação, para se permitir que um fluido seja bombeado para o diâmetro interno do lançador de bujão de cimentação 12 0 0 acima da válvula 1206.

O lançador de bujão de cimentação 1200, mostrado na Figura 12A, mostra um cabeçote de lançamento típico, conforme é descrito nas Patentes U.S. N0 5.787.979 e 5.813.457, as quais são incorporadas aqui como referência em sua totalidade, e os recursos adicionais do destorcedor de lançador 1204 e da junta superior 1202 adaptados para serem sujeitados pelo aparelho de sujeição 104. O lançador 1200(a), mostrado na Figura 12B, mostra o uso de um sistema de lançamento de bujão que usa bujões convencionais, bem como bujões não rotativos, tal como descrito na Patente U.S. N0 5.390.736, a qual é incorporada aqui como referência em sua totalidade. O lançador 1200(a) ainda inclui um destorcedor de lançador 12 04 que permite que um fluido seja bombeado para o poço, enquanto a válvula 1206 impede o fluido de fluir para o aparelho de sujeição 104. O fluido pode ser qualquer fluido conhecido na técnica, tal como cimento, fluido de produção, fluido espaçador, lama, fluido para conversão de lama em cimento, etc. Os conjuntos de lançamento de bujão 1200 e 1200A podem permitir que a coluna tubular 116 seja rodada durante a operação de cimentação. A Figura 12C mostra o lançador de bujão de cimentação 1200(b) adaptado para operação remota, conforme será descrito abaixo.

Deve ser apreciado que os lançadores de bujão de cimentação 12 00 e 1200A podem ser usados em conjunto com grampos, elevadores de revestimento ou mesmo com um outro aparelho de sujeição, tal como um arpão ou um dispositivo de sujeição externo para conexão a uma coluna tubular 116 previamente manobrada.

Os lançadores de bujão de cimentação 1200 e 1200(A) são mostrados tendo desengates de bujão manuais. Ainda em uma outra modalidade alternativa, os lançadores de bujão de cimentação 1200 e 1200 (A) são equipados com um sistema de atuação operado remotamente. Nesta modalidade, os desengates de bujão manuais são substituídos por ou equipados com ativadores de bujão. Os ativadores de bujão são controlados com fluido, eletricamente ou de forma sem fio a partir do controlador 312. Portanto, o controlador ou um operador em uma localização remota pode liberar cada bujão 1208 e 1210 no tempo desejado usando os ativadores de bujão. Os ativadores de bujão tipicamente removem um membro o qual impede o bujão 1208 / 1210 de viajar para baixo pelo lançador de bujão de cimentação 1200 / 1200 (a) e para o elemento tubular 112. Assim, com o membro removido após a atuação do ativador de bujão, o bujão 1208 / 1219 realiza a operação de. cimentação. As linhas de fluido ou elétricas usadas para operação dos ativadores de bujão podem incluir um destorcedor, de modo a se comunicar com os ativadores de bujão durante uma rotação dos lançadores de bujão de cimentação 1200 e 1200 (A) . Em uma alternativa, os ativadores de bujão podem liberar uma esfera ou um dardo adaptado para uso com os bujões 1208 e 1210.

Durante uma operação de cimentação, pode ser benéfico alternar e/ou rodar a coluna tubular 116, conforme o cimento entrar no espaço anular entre o furo de poço 115 e a coluna tubular 116. 0 movimento, a alternância e/ou rotação, pode ser realizado pelo sistema de içamento 110 e pelo mecanismo de acionamento 108, e ajuda a garantir que o cimento seja distribuído no espaço anular. O sistema de atuação operado remotamente para o lançador de bujão de cimentação pode ser benéfico durante o movimento da coluna tubular 116, de modo a se impedir que os operadores se machuquem, enquanto liberam os bujões 1208 e 1210 devido ao movimento do lançador de bujão de cimentação.

Embora o lançador de bujão de cimentação possa ser usado ou discutido com o mecanismo de segurança redundante para um aparelho de sujeição, será entendido que o lançador não precisa estar associado a qualquer outro aspecto ou assunto incluído aqui.

Em uma modalidade alternativa, o sistema de manipulação de elemento tubular 102 pode incluir um desengate 1300, mostrado na Figura 13. Durante a operação do sistema de manipulação de elemento tubular com um aparelho de sujeição interno do tipo de cunha, é possível que as cunhas 208, mostradas na Figura 2, possam se tornar agarradas no elemento tubular 112. Isto pode ocorrer quando as cunhas 208 do aparelho de sujeição 104 inadvertidamente se encaixarem no elemento tubular 112 em uma posição em que o aparelho de sujeição 104 é incapaz de se mover em relação ao elemento tubular 112. Por exemplo, o colar de batente 1002 do aparelho de sujeição 104 encontra o topo do elemento tubular 112 e as cunhas 208 se encaixam no elemento tubular 112. Neste ponto, puxar o aparelho de sujeição 104 para cima em relação ao elemento tubular 112 encaixa mais as cunhas 208 com o elemento tubular 112, adicionalmente um movimento para baixo em relação ao elemento tubular 112, para liberação das cunhas 208, é impedido, devido ao colar de batente 1002 e ao topo do elemento tubular 112 estarem em contato um com o outro. O desengate 1300 é adaptado para seletivamente liberar o aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112, no caso de o aparelho de sujeição ser agarrado e pode ser incorporado no colar de batente 1002 ou pode ser uma unidade em separado. O desengate 1300 pode ter um pistão de desengate 1302 e uma câmara de desengate 1304. A câmara de desengate 1304 pode ser acoplada ao pistão de desengate através de uma resistência a fluido 1306, tal como LEE AXIAL VISCO JET™ e uma válvula 1307. A válvula 1307, conforme mostrado, é uma válvula de uma via ou uma válvula de retenção. A resistência a fluido 13 06 impede uma pressão de fluido na câmara de desengate 13 04 de rapidamente atuar o pistão de desengate 1302. A válvula 1307 impede um fluido de fluir a partir da câmara de desengate 13 04 em direção ao pistão de desengate 1302, enquanto permite que um fluido flua na direção oposta. O desengate 1300 ainda pode incluir um membro de orientação 13 08 adaptado para ser orientado para o pistão de desengate 1302 em direção à posição não encaixada, conforme mostrado na Figura 13. O desengate 1300 opera quando o colar de batente 1002 se encaixar no elemento tubular 112 e um peso for aplicado sobre o mandril 212 do aparelho de sujeição 104 pelo sistema de içamento, mostrado na Figura 1. 0 mandril 212 pode ser acoplado ao pistão de desengate 13 02 por um dispositivo de acoplamento 1309. Uma força para baixo colocada no mandril 212 comprime o fluido na câmara de desengate 1304. A compressão inicial não moverá o pistão de desengate 13 02, devido à resistência a fluido 1306. Uma compressão continuada da câmara de desengate 13 04 flui o fluido lentamente através da resistência a fluido 1306 e atua sobre o pistão de desengate 1302. Conforme o pistão de desengate 1302 atua um cilindro de pistão 1310, o cilindro de pistão 1310 move o mandril 212 para cima em relação ao colar de batente 1002. Assim, o mandril 212 lentamente desencaixa as cunhas 208 do elemento tubular 112 com uma compressão continuada da câmara de desengate 1304. Ainda, a resistência a fluido 1306 impede uma liberação acidental das cunhas 208 causada pelo peso súbito sobre o mandril 212. A atuação continuada da câmara de desengate 13 04 até o curso máximo de pistão liberará as cunhas 208. O aparelho de sujeição 104 então pode ser removido do elemento tubular. Quando o peso é removido do colar de batente 1002, a pressão na câmara de desengate rapidamente desce. O membro de orientação 1308 empurra o pistão para trás em direção à posição desencaixada e a válvula 1307 permite que o fluido retorne para a câmara de desengate. Em uma outra modalidade, o desengate 1300 é equipado com um rebordo opcional 1312. O rebordo 1312 é adaptado para se apoiar no topo do elemento tubular 112.

A Figura 14 é uma vista esquemática de um sistema de segurança integrado 1400 e/ou um intertravamento. O sistema de segurança integrado 1400 pode ser adaptado para impedir danos ao elemento tubular 112 e/ou à coluna tubular 116 durante uma operação do sistema de manipulação de elemento tubular 102. Em uma modalidade, o sistema de segurança integrado 14 00 é eletricamente controlado pelo controlador 312. 0 sistema de segurança integrado 1400 é adaptado para impedir a liberação do aparelho de sujeição 104, antes de a garra 119 sujeitar o elemento tubular 112 e/ou a coluna tubular 116. Por exemplo, em uma operação de manobra de elemento tubular, o controlador 312 pode inicialmente ativar o atuador 106 do aparelho de sujeição 104 para sujeitar o elemento tubular 112. 0 controlador 312 então pode ativar a rotação do aparelho de sujeição 104 para acoplamento do elemento tubular 112 à coluna tubular 116. O controlador 312 então pode liberar a garra 119, enquanto ainda sujeita o elemento tubular 112 e a coluna tubular 116 com o aparelho de sujeição 104. O controlador 312 impedirá a liberação do elemento tubular 112, antes de a garra 119 sujeitar de novo o elemento tubular 112 e a coluna tubular 116. Uma vez que a garra 119 tenha sujeitado de novo o elemento tubular 112, o controlador 312 permitirá a liberação do elemento tubular 112 pelo aparelho de sujeição 104 .

O sistema de segurança integrado 14 00 também pode ser capaz de monitorar a quantidade apropriada de torque nas roscas dos elementos tubulares 112, durante uma constituição. Isto assegura que as roscas não sejam danificadas durante uma constituição e que a conexão seja segura. Os exemplos de sistemas de segurança adequados são ilustrados na Patente U.S. N0 6.742.596 e nas Publicações de Pedido de Patente U.S. N0 2005/0096846, 2004/0173358 e 2004/0144547, as quais são incorporadas aqui como referência em sua totalidade.

Em uma outra modalidade, o sistema de segurança integrado 14 0 O pode incorporar o sistema de localização 900. O sistema de localização 900 envia um sinal para o controlador 312, o qual dá o status do aparelho de sujeição 104 em relação ao elemento tubular 112. Em outras palavras, o sistema de localização 900 indica para o controlador 312 quando o elemento tubular 112 está sujeitado ou não sujeitado pelo aparelho de sujeição 104. Em operação, após o aparelho de sujeição 104 sujeitar o elemento tubular 112, o sistema de localização 900 envia um sinal para o controlador 312 indicando que o elemento tubular 112 está sujeitado e é seguro elevar o aparelho de sujeição 104. O aparelho de sujeição 104 é manipulado pelo mecanismo de acionamento 108 e/ou pelo sistema de içamento 110 para acoplamento do elemento tubular 112 à coluna tubular 116. O controlador 312 então pode abrir a garra 119 para liberação da coluna tubular 116. 0 elemento tubular 112 é abaixado e sujeitado de novo pela garra 119, conforme descrito acima. O controlador 312 então libera o aparelho de sujeição 104 do elemento tubular 112. O sistema de localização 900 informa o controlador 312, quando o aparelho de sujeição 104 estiver desencaixado com segurança do elemento tubular 112. 0 aparelho de sujeição 104 então pode ser removido do elemento tubular 112, sem se marcar ou danificar o elemento tubular 112.

O sistema de segurança integrado 1400 pode incorporar o sensor 1000 em uma outra modalidade. O sensor 1000 envia um sinal para o controlador 312, quando o colar de batente 1002 estiver próximo do elemento tubular 112. Portanto, conforme o aparelho de sujeição 104 se aproxima do elemento tubular 112 e/ou da coluna tubular 116, um sinal é enviado para o controlador 312, antes de o colar de batente 1002 atingir o elemento tubular 112. 0 controlador 312 pode parar, então, o movimento do aparelho de sujeição 104 e, em alguns casos, elevar o aparelho de sujeição 104, dependendo da operação. A parada do aparelho de sujeição impede a colocação de peso sobre o elemento tubular 112, quando fazê-lo não for desejado. Em uma outra modalidade, o sinal pode regular um alarme visual e/ou audível para desligado, de modo a se permitir que um operador tome uma decisão sobre quaisquer medidas necessárias a tomar.

Ainda em uma outra modalidade, o sistema de segurança integrado 1400 pode incorporar o desengate 1300. O desengate 13 00 pode enviar um sinal para o controlador 312, quando o desengate começar a ativar a liberação lenta do aparelho de sujeição 104. O controlador 312 então pode suprimir o desengate 13 00, elevar o aparelho de sujeição 104 e/ou iniciar o atuador 106, de modo a suprimir o desengate 1300, dependendo da situação. Por exemplo, se a liberação lenta do aparelho de sujeição 104 for iniciada pelo desengate 13 00 antes de a garra 119 sujeitar o elemento tubular 112, o controlador poderá suprimir o desengate 1300, desse modo impedindo o aparelho de sujeição 104 de liberar o elemento tubular 112.

Ainda em uma outra modalidade alternativa, o sistema de segurança integrado 14 00 é adaptado para controlar o compensador 700 através do controlador 312. Quando o compensador 700 é iniciado durante o acoplamento do elemento tubular 112 à coluna tubular 116, o compensador 700 pode enviar um sinal para o controlador 312. O compensador 700 pode medir a distância que o elemento tubular 112 se moveu para baixo durante um acoplamento. A distância percorrida pelo compensador 700 indicaria se a conexão foi feita entre o elemento tubular 112 e a coluna tubular 116. Com a conexão feita, o controlador 312 agora pode permitir que o aparelho de sujeição 104 se desencaixe do elemento tubular 112 e/ou do compensador para retornar para sua posição inicial.

Em uma modalidade alternativa, o sistema de segurança integrado pode ser uma ou mais travas mecânicas as quais impedem a operação de controladores individuais para um componente de sonda, antes do encaixe de um outro componente de sonda. Em operação, o aparelho de sujeição 104 se afixa ao mecanismo de acionamento 108 ou ao des torcedor 2 00, os quais são acoplados ao sistema de içamento 110 da sonda 100. O elemento tubular 112 é encaixado por um elevador (não mostrado). O elevador pode ser qualquer elevador conhecido na técnica, e pode ser acoplado ao sistema de manipulação de elemento tubular 102 por qualquer método adequado conhecido na técnica. O elevador então leva o elemento tubular 112 para próximo do aparelho de sujeição 104. Em uma alternativa, o aparelho de sujeição pode ser levado para o elemento tubular 112. O aparelho de sujeição 104 então é abaixado pelo sistema de içamento 110 ou o elevador eleva o elemento tubular 112 em relação ao aparelho de sujeição 104, até as cunhas 208 estarem dentro do elemento tubular 112. Quando o colar de batente 1002 do aparelho de sujeição 104 fica próximo do elemento tubular 112, o sensor 1000 pode enviar um sinal para o controlador 312. O controlador 312 então pode parar o movimento relativo entre o aparelho de sujeição 104 e o elemento tubular 112.

Com o aparelho de sujeição 104 na localização desejada, o controlador 312 automaticamente ou ao comando de um operador ativa o atuador 106. Pelo menos o atuador primário do atuador 106 é ativado para forçar as cunhas 2 08 para encaixe com o elemento tubular 112. Um ou mais atuadores redundantes podem ser atuados simultaneamente com ou após o atuador primário ser atuado. O atuador primário assegurará que o elemento tubular 112 não seja prematuramente liberado pelo aparelho de sujeição 104. A operação do atuador primário e dos atuadores redundantes é monitorada pelo controlador 312 e/ou pelo operador.

Conforme o atuador 106 ativa o aparelho de sujeição 104, o sistema de localização 900 pode enviar um sinal para o controlador 312 com referência à localização das cunhas 208 em relação ao elemento tubular 112. Após o elemento tubular 112 ser encaixado, o mecanismo de acionamento 108 e/ou O: sistema de içamento 110 podem portar o peso do elemento tubular 112 para conexão a uma coluna tubular 116. 0 sistema de manipulação de elemento tubular 102 então abaixa o elemento tubular 112 até o elemento tubular 112 ser encaixado com a coluna tubular 116. O mecanismo de acionamento 108 então pode rodar o elemento tubular 112, de modo a acoplar o elemento tubular 112 à coluna tubular 116. Durante o acoplamento do elemento tubular 112 à coluna tubular 116, os compensadores 700 podem compensar qualquer movimento axial do elemento tubular 112 em relação ao mecanismo de acionamento 108. A compensação impede danos às roscas do elemento tubular 112. O compensador 700 pode indicar para o controlador 312 a extensão da conexão entre o elemento tubular 112 e a coluna tubular 116. Conforme o mecanismo de acionamento 108 transfere a rotação para o elemento tubular 112 através do aparelho de sujeição 104 e das cunhas 208, o destorcedor permite uma comunicação entre os componentes de rotação e o controlador 312 ou quaisquer fontes de fluido / elétricas. Após a conexão do elemento tubular 112 à coluna tubular 116 ser feita, a garra 119 pode liberar a coluna tubular 116, enquanto o aparelho de sujeição 104 continua a suportar o peso do elemento tubular 112 e da coluna tubular 116. O sistema de içamento 110 então pode abaixar a coluna tubular 116 para a localização desejada. A garra 119 então sujeita a coluna tubular 116. O controlador 312 então pode desencaixar as cunhas 208 pelo uso do desengate 1300 e/ou desativando o atuador 106 para liberação da coluna tubular 116.

Durante esta seqüência, o sistema de segurança integrado 1400 pode impedir a coluna tubular 116 de ser inadvertidamente deixada cair no furo de poço 115. O processo pode ser repetido, então, até a coluna tubular 116 estar em um comprimento desejado.

Conforme a coluna tubular 116 é abaixada para o furo de poço 115, os fluidos de perfuração podem ser bombeados para a coluna tubular 116 através do aparelho de sujeição 104. Os fluidos de perfuração fluem através do percurso de fluxo 206 (mostrado na Figura 2) do aparelho de sujeição 104. O obturador 204 da vedação 202 impede os fluidos de perfuração de inadvertidamente escaparem a partir do topo da coluna tubular 116.

Após o abaixamento do elemento tubular 112 e da coluna tubular 116, o aparelho de sujeição 104 então pode ser usado para encaixe do equipamento 114, da maneira descrita acima. Em uma modalidade, o equipamento é um lançador de bujão de cimentação 1200/1200A, mostrado nas Figuras 12A a 12B. O aparelho de sujeição 104 primeiramente se encaixa na junta superior 1202, então, o lançador de bujão de cimentação 1200 se acopla à coluna tubular 116. Após isso, um primeiro bujão 1208 é deixado cair na coluna tubular 116, pelo controlador 312 ou manualmente por um operador. O cimento então pode ser bombeado para o lançador de bujão de cimentação 1200 através da entrada de fluido 1205 e fluir para baixo pela coluna tubular 116 atrás do primeiro bujão 1208. O destorcedor 1204 permite que o cimento seja bombeado para o lançador de bujão de cimentação 1200, enquanto o mecanismo de acionamento 108 roda e/ou alterna a coluna tubular 116, se necessário. Após o volume necessário de cimento ter sido bombeado para a coluna tubular 116, o controlador 312 e/ou o operador deixa cair um segundo bujão 1210. O segundo bujão 1210 pode ser empurrado para baixo pela coluna tubular 116 por qualquer fluido adequado, tal como um fluido de perfuração. O segundo bujão 1210 continua a se mover para baixo pela coluna tubular 116 até pousar sobre o primeiro bujão 1208. O cimento então é deixado secar em um espaço anular entre a coluna tubular 116 e o furo de poço 115. O lançador de bujão de cimentação 1200 então pode ser removido da coluna tubular 116 e, após isso, desconectado do aparelho de sujeição 104.

Com a coluna tubular 116 cimentada no lugar, o aparelho de sujeição 104 pode ser removido do atuador 106. Um dos aparelhos de sujeição modulares 804, mostrados na Figura 8, pode ser acoplado, então, ao atuador 106, de modo a acomodar um elemento tubular dimensionado diferente 112. Uma nova coluna tubular 116 pode ser feita e manobrada para a coluna tubular cimentada 116, da mesma maneira conforme descrito acima. A nova coluna tubular pode ser equipada com uma ferramenta de usinagem e/ou de perfuração em sua extremidade inferior, de modo a usar qualquer resíduo na coluna tubular 116 e/ou perfurar o furo de poço 115. O mesmo procedimento que o descrito acima é usado para a manobra e a fixação desta coluna tubular 116 no furo de poço. Este processo pode ser repetido até a manobra de elemento tubular estar completada. Este processo pode ser revertido de modo a se removerem os elementos tubulares do furo de poço 115.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso com um acionamento de topo é mostrado. O aparelho inclui uma conexão em uma extremidade para a fixação de forma rotativa do aparelho em relação ao acionamento de topo e um ou mais membros de sujeição em uma segunda extremidade para sujeição do elemento tubular. Ainda, o aparelho inclui um atuador primário configurado para mover e manter os membros de sujeição em contato com o elemento tubular, e um conjunto de reserva adaptado para manter o membro de sujeição em contato com o elemento tubular.

Ainda em uma outra modalidade, o atuador primário é operado por fluido.

Ainda em uma outra modalidade, o atuador primário é operado eletricamente.

Ainda em uma outra modalidade, o conjunto de reserva compreende um atuador redundante acionado seletivamente.

Ainda em uma outra modalidade, o conjunto de reserva é operado hidraulicamente.

Ainda em uma outra modalidade, um monitor é acoplado a um controlador para monitoração de uma condição no conjunto de reserva.

Ainda em uma outra modalidade, o monitor monitora uma condição no atuador primário.

Ainda em uma outra modalidade, o conjunto de reserva compreende uma válvula de retenção operável em conjunto com o atuador primário para se garantir que o atuador primário permaneça operável, no caso de uma falha hidráulica. Ainda em uma outra modalidade, o conjunto de reserva ainda inclui uma fonte adicional de fluidos para se garantir que o atuador primário permaneça operável no caso de uma falha hidráulica.

Ainda em uma outra modalidade, um primeiro destorcedor é configurado para acoplar de forma comunicativa o atuador primário a uma fonte de fluido. Adicionalmente, um segundo destorcedor pode se acoplar ao conjunto de reserva configurado para acoplamento de forma comunicativa do conjunto de reserva à fonte de fluido. Adicionalmente, uma segunda fonte de fluido pode ser provida.

Ainda em uma outra modalidade, a conexão compreende uma trava para prevenir que o aparelho e o acionamento de topo rodem independentemente um do outro. Ainda, a trava pode incluir uma luva conformada para encaixe com um diâmetro externo conformado do acionamento de topo e do aparelho. Alternativamente, a trava pode incluir dois ou mais elementos de ligação configurados para circundarem a conexão, e um ou mais mordentes de sujeição em uma superfície interna de cada elemento de ligação, um ou mais mordentes de sujeição configurados para se encaixarem no aparelho e no acionamento de topo.

Ainda em uma outra modalidade, um desengate pode ser atuado pela aplicação de peso ao aparelho para atuar um pistao operado por fluido. Ainda, o pistão operado por fluido pode ser acoplado a uma resistência a fluido para restrição do fluxo de fluido. Adicionalmente, a resistência a fluido pode atuar para liberação dos membros de sujeição do elemento tubular usando uma força substancialmente constante aplicada ao longo do tempo. Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso em um furo de poço é descrito. 0 aparelho pode incluir um membro de sujeição para sujeição do elemento tubular, onde o membro de sujeição é acoplado a um mandril rotativo. Ainda, o aparelho pode incluir um atuador para atuação do membro de sujeição e um membro de travamento para travamento do membro de sujeição em encaixe com um diâmetro interno do elemento tubular. Adicionalmente, o aparelho pode incluir um destorcedor para conexão do atuador ao membro de sujeição.

Ainda em uma outra modalidade, o atuador compreende uma ou mais câmaras controladas por uma pressão de fluido. Ainda, a pressão de fluido pode atuar um pistão.

Ainda em uma outra modalidade, o membro de travamento inclui uma ou mais câmaras de pressão conectadas a uma fonte de fluido.

Ainda em uma outra modalidade, o membro de travamento é de uma ou mais válvulas de retenção providas entre uma fonte de fluido e uma ou mais câmaras de pressão.

Ainda em uma outra modalidade, um controlador para monitoração da pressão de fluido em uma ou mais câmaras de pressão é fornecido.

Ainda em uma outra modalidade, um desengate atuado pela aplicação de peso ao aparelho de sujeição para atuação de um pistão operado por fluido é incluído. Ainda, o pistão operado por fluido pode ser acoplado a uma resistência a fluido para restrição do fluxo de fluido. Adicionalmente, a resistência a fluido pode atuar para liberação dos membros de sujeição usando uma força constante aplicada ao longo do tempo.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso em um furo de poço é descrito. 0 aparelho pode incluir um conjunto de cunhas conectáveis a um mandril rotativo para encaixe em um diâmetro interno do elemento tubular. Ainda, o aparelho pode incluir uma pluralidade de câmaras de fluido para atuação das cunhas ej ' um destorcedor para conexão em termos de fluido de uma ' fonte de fluido a uma pluralidade de câmaras de fluido.

Ainda em uma outra modalidade, as câmaras compreendem um ou mais atuadores primários e um ou mais atuadores redundantes.

Ainda em uma outra modalidade, o atuador redundante tem um membro de travamento.

Ainda em uma outra modalidade, o membro de travamento compreende uma válvula de retenção configurada para manter uma pressão no atuador redundante. Ainda, a válvula de retenção pode permitir um fluxo de uma via para pelo menos uma da pluralidade de câmaras de flúido.

Ainda em uma outra modalidade, a fonte de fluido supre um fluido hidráulico.

Ainda em uma outra modalidade, a fonte de fluido compreende um fluido pneumático.

Ainda em uma outra modalidade, um controlador para monitoração de pelo menos uma da pluralidade de câmaras de fluido é provido.

Ainda em uma outra modalidade, um sensor pode ser acoplado a um colar de batente, onde o sensor é configurado para comunicação com o controlador, quando o colar de batente se encaixar no elemento tubular.

Ainda em uma outra modalidade, uma linha de controle pode ser conectável ao destorcedor e à pluralidade de câmaras de fluido.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um método para conexão de um elemento tubular é descrito. O método inclui a provisão de uma pressão de fluido a partir de uma fonte de fluido e o transporte da pressão de fluido através de um destorcedor para uma pluralidade de câmaras. Ainda, o destorcedor pode ter um ou mais selos anulares localizados em um recesso em cada lado de uma entrada de fluido. O método adicionalmente inclui a atuação de um membro de sujeição para sujeição do elemento tubular, onde o membro de sujeição é atuado pela aplicação de uma pressão de fluido a um pistão dentro da pluralidade de câmaras. O método adicionalmente pode incluir a rotação do elemento tubular usando-se o membro de sujeição e o movimento de um fluido pressurizado para cavidades entre o elemento tubular, usando-se o membro de sujeição e movendo-se um fluido pressurizado para cavidades entre dois ou mais selos anulares e o recesso, em resposta a uma rotação do elemento tubular. Ainda, o método pode incluir a continuação do suprimento da fonte de fluido através do destorcedor e para as câmaras através do destorcedor, durante uma rotação.

Ainda em uma outra modalidade, o método ainda inclui o travamento de pelo menos uma câmara da pluralidade de câmaras mediante uma atuação, onde o travamento de pelo menos uma câmara pode incluir fluir um fluido através de uma válvula de retenção.

Ainda em uma outra modalidade, o método ainda inclui a monitoração de pelo menos uma da pluralidade de câmaras com um controlador. Adicionalmente, o membro de sujeição pode ser operativamente acoplado a um acionamento de topo. Ainda, o membro de sujeição pode ser rodado pelo acionamento de topo.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um sistema de manipulação de elemento tubular é descrito. O sistema de manipulação de elemento tubular inclui um dispositivo de torque de elemento tubular acoplado a um sistema de içamento e a um aparelho de sujeição. Adicionalmente, o sistema de manipulação de elemento tubular inclui um lançador de bujão de cimentação configurado para seletivamente ser acoplado ao aparelho de sujeição tendo um alojamento de elemento tubular para o recebimento do membro de sujeição, e um ou mais bujões localizados dentro do alojamento de elemento tubular configurados para realizarem uma operação de cimentação.

Ainda em uma outra modalidade, uma válvula de retenção pode ser disposta dentro do alojamento de elemento tubular configurada para impedir um fluxo de fluido a partir do lançador para o aparelho de sujeição.

Ainda em uma outra modalidade, um destorcedor que permite que um fluido seja bombeado para o lançador enquanto o dispositivo de torque rodar o lançador é provido.

Ainda em uma outra modalidade, o membro de sujeição compreende um arpão.

Ainda em uma outra modalidade, o membro de sujeição compreende uma garra de elemento tubular externa.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um método de completação de um furo de poço é descrito. O método inclui a provisão de um sistema de manipulação de elemento tubular acoplado a um sistema de içamento, onde o sistema de manipulação de elemento tubular compreende um aparelho de sujeição, um atuador e um aparelho de torque. 0 método ainda inclui a sujeição de um primeiro elemento tubular usando-se o aparelho de sujeição e acoplamento do primeiro elemento tubular a uma coluna tubular pela rotação do primeiro elemento tubular usando-se o aparelho de torque, onde a coluna tubular está parcialmente localizada no furo de poço. Adicionalmente, o método pode incluir o abaixamento do primeiro elemento tubular e da coluna tubular e a liberação do primeiro elemento tubular do aparelho de sujeição. 0 método ainda pode incluir uma sujeição de uma ferramenta de cimentação usando-se o aparelho de sujeição e o acoplamento da ferramenta de cimentação ao primeiro elemento tubular pela rotação da ferramenta de cimentação. Adicionalmente, o método pode incluir fluir cimento para a ferramenta de cimentação e a cimentação de pelo menos uma porção da coluna tubular no furo de poço.

Ainda em uma outra modalidade, o método inclui evitar que o cimento flua para contato com o aparelho de sujeição com uma válvula de retenção.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um desengate para liberação de um aparelho de sujeição de um elemento tubular é descrito. 0 desengate inclui um pistão e um cilindro de pistão operativamente acoplados a um mandril do aparelho de sujeição. 0 desengate ainda inclui uma resistência a fluido configurada para acoplar em termos de fluido uma câmara de desengate ao pistão pela provisão de um percurso de fluxo restrito. Adicionalmente, o desengate pode incluir um rebordo adaptado para se encaixar em um elemento tubular e aumentar a pressão na câmara de desengate, conforme peso for aplicado ao rebordo, e onde o peso continuado sobre o rebordo lentamente atua o pistão desse modo lentamente liberando o aparelho de sujeição do elemento tubular.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um sistema de segurança para uso com um sistema de manipulação de elemento tubular é descrito. O sistema de segurança inclui um sensor adaptado para acompanhar o movimento de um anel de cunha para atuação de um aparelho de sujeição, onde o sensor envia um sinal para um controlador, quando o aparelho de sujeição estiver em uma posição que corresponda ao aparelho de sujeição ser encaixado com o elemento tubular.

Ainda em uma outra modalidade, o sensor compreende um gatilho o qual é atuado por uma roda acoplada a um braço, onde a roda se move ao longo de um trilho acoplado a um atuador, conforme o atuador mover o anel de cunha. Adicionalmente, o trilho pode ter um ou mais ressaltos configurados para moverem a roda radialmente e atuar o gatilho, conforme a roda viajar.

Ainda em uma outra modalidade descrita aqui, um método para monitoração de um sistema de manipulação de elemento tubular é descrito. O método inclui mover um aparelho de sujeição em direção a um elemento tubular e encaixar um sensor localizado em um colar de batente do aparelho de sujeição em uma extremidade superior do elemento tubular. 0 método ainda inclui o envio de um sinal a partir do sensor para um controlador, indicando que o elemento tubular está em uma posição encaixada e a parada do movimento do aparelho de sujeição em relação ao elemento tubular, em resposta ao sinal. Adicionalmente, o método pode incluir a sujeição do elemento tubular com o aparelho de sujeição.

Ainda em uma outra modalidade, o método ainda inclui a monitoração de uma posição de um ou mais membros de encaixe do aparelho de sujeição em relação ao elemento tubular, usando-se um segundo sensor, e o envio de um segundo sinal para o controlador, indicando que o aparelho de sujeição está encaixado com o elemento tubular.

Ainda em uma outra modalidade, o método ainda inclui o acoplamento do elemento tubular a uma coluna tubular mantida por um adaptador de cunha no piso de sonda e verificar se a conexão de elemento tubular está segura.

Ainda em uma outra modalidade, o método ainda inclui, tendo verificado que a conexão de elemento tubular está segura e o aparelho de sujeição está seguro, o controlador permitir a liberação do adaptador de cunha.

Embora o precedente seja dirigido a modalidades da presente invenção, outras modalidades e adicionais da invenção podem ser divisadas, sem que se desvie do escopo básico da mesma, e o escopo da mesma é determinado pelas reivindicações que se seguem.

Claims (59)

1. Aparelho para a sujeição de um elemento tubular para uso com um acionamento de topo, caracterizado por compreender: uma conexão em uma extremidade para fixação de forma rotativa do aparelho em relação ao acionamento de topo; um ou mais membros de sujeição em uma segunda extremidade para sujeição do elemento tubular; um atuador primário configurado para mover e manter os membros de sujeição em contato com o elemento tubular, onde o atuador primário é operado de forma fluida; e um conjunto de reserva adaptado para manter o membro de sujeição em contato com o elemento tubular, onde o conjunto de reserva compreende uma válvula de retenção operável em conjunto com o atuador primário para garantir que o atuador primário permaneça operável no caso de uma falha de fluido.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do conjunto de reserva compreender um atuador redundante seletivamente ativado.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do conjunto de reserva ser operado por fluido.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda um monitor acoplado a um controlador para a monitoração de uma condição em pelo menos um dentre o atuador primário e o conjunto de reserva.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do monitor monitorar uma condição no atuador primário.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do conjunto de reserva incluir ainda uma fonte adicional de fluidos para garantir que o atuador primário permaneça operável no caso de uma falha de fluido.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um primeiro destorcedor configurado para acoplar de forma comunicativa o atuador primário a uma fonte de potência.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda um segundo destorcedor acoplado ao conjunto de reserva configurado para acoplar de forma comunicativa o conjunto de reserva à fonte de potência.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda um segundo destorcedor acoplado ao conjunto de reserva configurado para acoplar de forma comunicativa o conjunto de reserva a uma segunda fonte de potência.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda pelo menos um membro de vedação hidrodinâmico localizado em um recesso no primeiro destorcedor, onde uma pluralidade de cavidades é criada entre o membro de vedação hidrodinâmico e o recesso.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma trava para prevenir que o aparelho e o acionamento de topo rodem independentemente um do outro.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da trava compreender uma luva conformada para encaixe em um diâmetro externo conformado do acionamento de topo e do aparelho.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da trava compreender: dois ou mais elementos de ligação configurados para circundarem a conexão, e um ou mais mordentes de sujeição em uma superfície interna de cada elemento de ligação, um ou mais mordentes de sujeição configurados para se encaixarem no aparelho e no acionamento de topo.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um desengate atuado pela aplicação de peso ao aparelho para atuação de um pistão operado por fluido.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do pistão operado por fluido ser acoplado a uma resistência ao fluido para restrição do fluxo de fluido.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato da resistência ao fluido atuar para liberação dos membros de sujeição do elemento tubular usando uma força substancialmente constante aplicada ao longo do tempo.

17. Aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso em um furo de poço, caracterizado por compreender: um membro de sujeição para sujeição do elemento tubular, onde o membro de sujeição é acoplado a um mandril rotativo; um atuador para atuação do membro de sujeição; um membro de travamento para travamento do membro de sujeição em encaixe com um diâmetro interno do elemento tubular; e um destorcedor para conexão do atuador ao membro de suporte.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do atuador ser eletricamente operado.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do atuador compreender uma ou mais câmaras controladas por uma pressão de fluido.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato da pressão de fluido atuar um pistão.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do membro de travamento incluir uma ou mais câmaras de pressão conectadas a uma fonte de fluido configurada para prover.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do membro de travamento ser uma ou mais válvulas de retenção providas entre uma fonte de fluido e uma ou mais câmaras de pressão.

23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por compreender ainda um controlador para a monitoração da pressão de fluido em uma ou mais câmaras de pressão.

24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender ainda um desengate atuado pela aplicação de peso ao aparelho de sujeição para atuação de um pistão operado por fluido.

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato do pistão operado por fluido ser acoplado a uma resistência a fluido para restrição do fluxo de fluido.

26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato da resistência a fluido atuar para liberação dos membros de sujeição usando-se uma força constante aplicada ao longo do tempo.

27. Aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso em um furo de poço, caracterizado por compreender: um conjunto de cunhas conectável a um mandril rotativo para encaixe em um diâmetro externo do elemento tubúlar; uma pluralidade de câmaras de fluido para atuação das cunhas; e um destorcedor para conexão em termos de fluido de uma fonte de fluido a uma pluralidade de câmaras de fluido.

28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato das câmaras compreenderem um ou mais atuadores primários e um ou mais atuadores redundantes.

29. Aparelho, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato do atuador redundante ter um membro de travamento.

30. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato do membro de travamento compreender uma válvula de retenção configurada para manter uma pressão no atuador redundante.

31. Aparelho, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato da válvula de retenção permitir um fluxo de uma via do fluido para pelo menos uma da pluralidade de câmaras de fluido.

32. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato da fonte de fluido suprir um fluido hidráulico.

33. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato da fonte de fluido compreender um fluido pneumático.

34. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por compreender ainda um controlador para monitoração de pelo menos uma da pluralidade de câmaras de fluido.

35. Aparelho, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado por compreender ainda um sensor acoplado a um colar de batente, onde o sensor é configurado para comunicação com o controlador, quando o colar de batente se encaixar no elemento tubular.

36. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por compreender ainda uma linha de controle conectável ao destorcedor e à pluralidade de câmaras de fluido.

37. Método para conexão de um elemento tubular, caracterizado por compreender: a provisão de uma pressão de fluido a partir de uma fonte de fluido; o transporte da pressão de fluido através de um destorcedor para uma pluralidade de câmaras, onde o destorcedor tem dois ou mais selos anulares localizados em um recesso em cada lado de uma entrada de fluido; a atuação de um membro de sujeição para sujeição do elemento tubular, onde o membro de sujeição ê atuado pela aplicação de uma pressão de fluido a um pistão na pluralidade de câmaras; a rotação do elemento tubular usando-se o membro de sujeição; o movimento de um fluido pressurizado para caixa elétrica entre os dois ou mais selos anulares e o recesso, em resposta a uma rotação do elemento tubular; e a continuação do suprimento da fonte de fluido através do destorcedor e para as câmaras através do destorcedor, durante uma rotação.

38. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado por compreender ainda o travamento de pelo menos uma câmara da pluralidade de câmaras mediante uma atuação.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato do travamento de pelo menos uma câmara compreender um fluido fluindo através de uma válvula de retenção.

40. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado por compreender ainda a monitoração de pelo menos uma da pluralidade de câmaras com um controlador.

41. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato do membro de sujeição ser operativãmente acoplado a um acionamento de topo.

42. Método, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato do membro de sujeição ser rodado pelo acionamento de topo.

43. Sistema de manipulação de elemento tubular, caracterizado por compreender: um dispositivo de torque de elemento tubular acoplado a um sistema de içamento e a um aparelho de sujeição; e um lançador de bujão de cimentação que tem um alojamento de elemento tubular para o encaixe seletivo do aparelho de sujeição; e um ou mais bujões localizados dentro do alojamento de elemento tubular configurado para a realização de uma operação de cimentação.

44. Lançador de bujão de cimentação, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado por compreender ainda uma válvula de retenção disposta dentro do alojamento de elemento tubular, configurada para evitar um fluxo de fluido a partir do lançador para o aparelho de sujeição.

45. Lançador de bujão de cimentação, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado por compreender ainda um controlador e um ou mais ativadores de bujão de cimento para a liberação de forma remota de um ou mais bujões.

46. Lançador de bujão de cimentação, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado por compreender ainda um destorcedor que permite que um fluido seja bombeado para o lançador enquanto o dispositivo de torque rodar o lançador.

47. Lançador de bujão de cimentação, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato do membro de sujeição compreender um arpão.

48. Lançador de bujão de cimentação, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato do membro de sujeição compreender uma garra tubular externa.

49. Método de completação de um furo de poço, o método caracterizado por compreender: a provisão de um sistema de manipulação de elemento tubular acoplado a um sistema de içamento, onde o sistema de manipulação de elemento tubular compreende um aparelho de sujeição, um atuador e um acionamento de topo; a sujeição de um primeiro elemento tubular usando-se o aparelho de sujeição; o acoplamento do primeiro elemento tubular a uma coluna tubular pela rotação do primeiro elemento tubular usando-se o acionamento de topo, onde a coluna tubular está parcialmente localizada dentro do furo de poço; o abaixamento do primeiro elemento tubular e da coluna tubular; a liberação do primeiro elemento tubular do aparelho de sujeição; a sujeição de uma ferramenta de cimentação usando-se o aparelho de sujeição; o acoplamento da ferramenta de cimentação ao primeiro elemento tubular pela rotação da ferramenta de cimentação; o fluxo de cimento para a ferramenta de cimentação; e a cimentação de pelo menos uma porção da coluna tubular no furo de poço.

50. Método, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado por compreender ainda evitar que o cimento flua para contato com o aparelho de sujeição com uma válvula de retenção.

51. Desengate para liberação de um aparelho de sujeição de um elemento tubular, o desengate caracterizado por compreender: um pistão e um cilindro de pistão operativãmente acoplado a um mandril do aparelho de sujeição; uma resistência a fluido configurada para acoplar em termos de fluido uma câmara de liberação ao pistão pela provisão de um percurso de fluido restrito; e um rebordo adaptado para se encaixar no elemento tubular e aumentar a pressão na câmara de liberação conforme um peso for aplicado ao rebordo, e onde um peso continuado sobre o rebordo lentamente atua o pistão, desse modo lentamente liberando o aparelho de sujeição do elemento tubular.

52. Sistema de segurança para uso com um sistema de manipulação de elemento tubular, o sistema de segurança caracterizado por compreender: um sensor adaptado para acompanhar o movimento de um mecanismo de sujeição de um aparelho de sujeição, onde o sensor envia um sinal para um controlador, quando o aparelho de sujeição estiver em uma posição que corresponde ao aparelho de sujeição ser encaixado com o elemento tubular.

53. Sistema de segurança, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato do sensor compreender um gatilho o qual é atuado por uma roda acoplada a um braço, onde a roda se move ao longo de um trilho acoplado a um atuador, conforme o atuador mover o mecanismo de sujeição.

54. Sistema de segurança, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato do trilho ter um ou mais ressaltos configurados para moverem radialmente a roda e atuarem o gatilho, conforme a roda correr.

55. Método para a monitoração de um sistema de manipulação de elemento tubular, o método caracterizado por compreender: o movimento de um aparelho de sujeição em direção a um elemento tubular; a detecção da presença de uma extremidade superior do elemento tubular com um sensor localizado no aparelho de suj eição; o envio de um sinal a partir do sensor para um controlador indicando que o elemento tubular está em uma posição encaixada; a parada do movimento do aparelho de sujeição em relação ao elemento tubular, em resposta ao sinal; e a sujeição do elemento tubular com o aparelho de sujeição.

56. Método, de acordo com a reivindicação 55, caracterizado por compreender ainda a monitoração de uma posição de um ou mais membros de encaixe do aparelho de sujeição em relação ao elemento tubular, usando-se um segundo sensor, e o envio de um segundo sinal para o controlador indicando que o aparelho de sujeição está encaixado com o elemento tubular.

57. Método, de acordo com a reivindicação 56, caracterizado por compreender ainda o acoplamento do elemento tubular a uma coluna tubular mantida por um adaptador de cunha no piso de sonda e verificar que a conexão de elemento tubular esteja segura.

58. Método, de acordo com a reivindicação 57, caracterizado por compreender ainda tendo verificado que a conexão de elemento tubular está segura e que o aparelho de sujeição está seguro o controlador permitir a liberação do adaptador de cunha.

59. Aparelho para sujeição de um elemento tubular para uso com um acionamento de topo, caracterizado por compreender: uma conexão em uma extremidade para fixação de forma rotativa do aparelho em relação ao acionamento de topo; um ou mais membros de sujeição em uma segunda extremidade para sujeição do elemento tubular; um atuador primário configurado para mover e manter os membros de sujeição em contato com o elemento tubular, onde o atuador primário é operado em termos de fluido; um conjunto de reserva adaptado para manter o membro de sujeição em contato com o elemento tubular, onde o conjunto de reserva compreender um atuador redundante seletivamente ativado separado.