BRPI0621747A2

BRPI0621747A2 - compensador de movimento de arfagem, compensador para coluna de perfuraÇço flutuante, sistemas de compensaÇço de arfagem, de movimentaÇço de carga a bordo de navio, de perfuraÇço flutuante e de diagrafia a cabo, navio e mÉtodo para compensaÇço de movimento de arfagem

Info

Publication number: BRPI0621747A2
Application number: BRPI0621747-8A
Authority: BR
Inventors: Joop Roodenburg; Duivendijk Pieter Dirk Melis Van
Original assignee: Itrec Bv
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2012-07-24
Also published as: ATE452819T1; US20090133881A1; WO2007145503A1; EP2029423B1; CN101466591B; EP2029423A1; DE602006011373D1; CN101466591A

Abstract

COMPENSADOR DE MOVIMENTO DE ARFAGEM, COMPENSADOR PARA COLUNA DE PERFURAÇçO FLUTUANTE, SISTEMAS DE COMPENSAÇçO DE ARFAGEM, DE MOVIMENTAÇçO DE CARGA A BORDO DE NAVIO, DE PERFURAÇçO FLUTUANTE E DE DIAGRAFIA A CABO, NAVIO E MÉTODO PARA COMPENSAÇçO DE MOVIMENTO DE ARFAGEM. Compensador de movimento de arfagem (30, 40, 70, 100, 140, 300) para compensar movimentos de arfagem compreendendo um cilindro (41) e um êmbolo (44) delimitando uma câmara de fluido de volume variável (49) no dito cilindro (41), no qual o êmbolo (44) pode oscilar no interior do cilindro (41), o êmbolo (44) sendo munido de uma vedação (48) se engatando friccionalmente com o cilindro. A compensação adicionalmente inclui um motor (65) que causa a vedação (48) a girar em relação ao cilindro (41) de modo a obter um regime de fricção dinâmico entre a vedação (48) e o cilindro (41). Em uma possível modalidade o motor (65) é previsto para girar o êmbolo (44) e a vedação (48) é montada sobre o êmbolo (44) de modo a girar juntamente com o êmbolo (44).

Description

"COMPENSADOR DE MOVIMENTO DE ARFAGEM, COMPENSADOR PARA COLUNA DE PERFURAÇÃO FLUTUANTE, SISTEMAS DE COMPENSAÇÃO DE ARFAGEM, DE MOVIMENTAÇÃO DE CARGA A BORDO DE NAVIO, DE PERFURAÇÃO FLUTUANTE E DE DIAGRAFIA A CABO, NAVIO E MÉTODO PARA COMPENSAÇÃO DE MOVIMENTO DE ARFAGEM"

A presente invenção trata do campo de compensação de movimentos de arfagem. Mais especificamente, a invenção refere-se a mecanismos de compensação para movimentos de arfagem.

A compensação de movimento de arfagem é usada em muitas atividades em que o movimento de arfar do navio - principalmente induzido pelo movimento das ondas - é de ocorrência provável a colocar em risco as ditas atividades. Por exemplo, ao efetuar uma operação de perfuração a partir de uma plataforma de perfuração flutuante, o arfar da plataforma é compensado de maneira a obter uma variação reduzida do peso sobre o trépano (a força descendente sobre o trépano).

Sistemas de compensação de arfar são empregados com freqüência em sistemas de manipulação de cargas montados em navios, tais como sistemas de manipulação de cargas suspensos por cabos (e.g. em guindastes). Em um sistema de manipulação de carga suspenso por cabos, uma carga é genericamente suspensa por um cabo e comumente um guincho é previsto para estender ou recolher o cabo.

Os sistemas de manipulação de carga suspensos por cabos são, por exemplo, empregados para baixar uma carga no interior da água (e.g., equipamento de mergulho, recuperar uma carga da água (e.g. em operações de salvamento), assentamento de uma carga sobre o fundo do mar (e.g., um gabarito) ou sobre uma instalação submarina (BOP, equipamento de cabeça de poço), ou aplicação/baixamento de uma carga no interior de uma perfuração (equipamento de intervenção em poço, instrumentos de diagrafia, etc.).

A compensação de movimentos de arfagem é também empregada, por exemplo, em sistemas de movimentação de carga a bordo de navios empregados para a construção e/ou demolição de estruturas ao largo (assentamento de superestrutura sobre equipamento de perfuração fixo).

Exemplos adicionais de sistemas de movimentação de carga com compensação de movimento de arfagem são os sistemas de lançamento de oleodutos submarinos e sistemas para coleta de testemunhos ou operações submarinas cientificas.

Na patente US n- 6 595 494 (Equipamento de Levantamento Especial de Huisman) são apresentados equipamentos de compensação para movimentos de arfagem. Aqui dois compensadores são previstos em um sistema de compensação para movimento de arfagem passivo. Cada compensador é incorporado como um conjunto de êmbolo e cilindro tendo uma câmara hidráulica de volume variável no cilindro. Neste documento da técnica precedentemente existente a câmara hidráulica de volume variável é conectada com uma câmara hidráulica de um acumulador, as câmaras interligadas sendo carregadas com fluido hidráulico. O acumulador tem um êmbolo separador livremente deslizante posicionado entre a câmara hidráulica e uma câmara de gás que é por sua vez conectada com um grupo de reservatórios de gás pressurizado. Conforme é conhecida da técnica a pressão do gás pode ser regulada, e.g. ajustada a um nível desejado, por uma válvula reguladora de pressão e da dita maneira a pressão no interior da câmara hidráulica de volume variável dos compensadores pode ser controlada.

Neste documento da técnica precedentemente existente a compensação do movimento de arfagem pela agitação do mar é incluída em um sistema de manobra de carga suspensa por cabo e o êmbolo dos compensadores suporta uma polia móvel ou 'volante' guiando o cabo de tal maneira que o movimento de arfar do navio então causa o êmbolo a oscilar no interior do cilindro do compensador. Desse modo o trajeto do cabo pelo qual uma carga é suspensa é alongado e encurtado assim anulando uma parte do movimento de arfada.

Outro sistema de movimentação de carga conhecido usado na indústria offshore (ou em mar aberto) é o sistema de lança de nutação, no qual uma polia de cabo é montada sobre uma lança, cuja lança é pivotavelmente montada sobre uma base. A lança é prevista para se mover para cima e para baixo acompanhando o arfar do navio. Um compensador é montado entre a base e a lança de maneira a manter uma tensão de cabo substancialmente constante.

Em muitas aplicações conhecidas a compensação do movimento de arfar é (também) obtida com um sistema de compensação de arfar ativo, no qual as oscilações do êmbolo em relação ao cilindro do compensador ativo são governadas por uma unidade alimentando fluido pressurizado (gás ou líquido hidráulico) de uma maneira controlada a uma ou mais câmaras de volume variável no interior do compensador baseada sobre um ou mais sinais de entrada obtidos por um ou mais sensores apropriados (e.g.: sensor de movimento de navio vertical (e.g. sensor de aceleração), sensor de força (de cabo), sensor de posição de êmbolo compensador, etc.).

E também bem conhecido combinar-se sistemas de compensação de movimento de arfagem passivos e ativos.

Por exemplo, em operações de perfuração ao largo verificou-se eu os sistemas de compensação de arfagem presentemente disponíveis são insatisfatórios. Por exemplo, o movimento de arfar na extremidade inferior de uma coluna de perfuração ainda torna impossível o uso de ferramentas de perfuração sofisticadas, por exemplo, ferramentas de perfuração direcional, levando em conta a janela meteorológica em que à dita perfuração deve ser economicamente viável.

Em geral os sistemas de compensação de arfagem disponíveis não oferecem um "comportamento" satisfatório quanto à compensação de arfagem finalmente obtida. Isto por exemplo limita a velocidade de operações, a janela meteorológica permissível para conduzir as operações ao largo, a dimensão e o peso de carga que pode ser manejada, impõe limitações indesejáveis sobre o equipamento submarino, etc.

Constitui o objetivo de a presente invenção apresentar um sistema de compensação de movimento de arfar aperfeiçoado, particularmente um compensador de movimento de arfar aperfeiçoado para um sistema dessa natureza.

A presente invenção apresenta um compensador de movimento de arfar compreendendo um cilindro e um êmbolo delimitando uma câmara de fluido de volume variável no dito cilindro, na qual o êmbolo pode oscilar no interior do cilindro, o êmbolo sendo munido de uma vedação se engatando friccionalmente com o dito cilindro. A compensação é caracterizada pelo fato de que o compensador adicionalmente inclui um motor que causa o elemento de vedação a girar em relação ao cilindro.

A presente invenção contempla girar a vedação com respeito ao cilindro durante a operação do compensador.

O efeito obtido por esse giro recíproco ou movimento rotativo é que a fricção entre a vedação e o cilindro é na região dinâmica, mesmo quando o êmbolo está temporariamente estacionário na direção longitudinal do cilindro. Além disso, a força friccional é essencialmente tangencialmente dirigida, mesmo quando o êmbolo está oscilando.

Na ausência do movimento de rotação proposto, conforme em todos os compensadores conhecidos, uma posição estacionária do êmbolo no interior do cilindro causa a fricção entre a vedação e o cilindro a ser no regime estático. Quando o movimento de arfar compele o dito compensador a reagir - pela ação longitudinal do êmbolo em relação ao cilindro - a vedação se "afasta" de sua posição no cilindro. Em termos técnicos uma transição de "fricção estática" para "fricção dinâmica" ocorre que é conhecida como aderir/deslizar (stick-slip). A requerente verificou ser esta transição prejudicial ao comportamento do sistema de compensação de arfagem.

Pelo efetuar o giro ou rotação da vedação em relação ao cilindro, a invenção obtém que a "transição" explanada acima não ocorra pois a fricção já está dentro do regime dinâmico. Também a força friccional é principalmente na região tangencial, assim tendo efeito limitado sobre o movimento longitudinal do êmbolo com respeito ao cilindro.

O motor empregado para estabelecer o movimento de giro pode ser de qualquer construção apropriada, e.g. inclusive um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor magnético, etc. Um conjunto de transmissão apropriado pode previsto com o motor para acionar a parte giratória do compensador.

O movimento giratório pode incluir um movimento de giro oscilante, porém um movimento de giro contínuo tem preferência por razões de construção.

O conceito inventivo é vantajoso para compensadores de arfagem passivos. Particularmente é contemplado que o comportamento e eficiência dos mesmos em relação às condições de vagas principais são significativamente aperfeiçoados em relação aos compensadores de arfagem passivos da técnica anterior.

O conceito inventivo pode igualmente ser aplicado aos compensadores de arfagem ativos de maneira a aperfeiçoar o seu comportamento. Particularmente permitirá uma compensação mais exata dos movimentos de arfagem.

Quando aplicado sobre uma plataforma de perfuração flutuante ao largo é possível obter uma compensação de arfagem significativamente aperfeiçoada, e.g. resultando em menor variação do peso sobre o trépano.

A presente invenção também pode ser descrita como proporcionando um compensador de movimento de arfagem compreendendo um aríete tendo um cilindro e um conjunto de êmbolo e haste de êmbolo que é extensível e retrátil em relação ao cilindro, o conjunto de êmbolo e haste de êmbolo se engatando friccionalmente com o cilindro, caracterizado pelo fato de que o dito compensador adicionalmente incluir um motor apropriado para causar pelo menos o dito êmbolo, de preferência o conjunto de êmbolo - haste de êmbolo, a girar em relação ao cilindro.

A presente invenção também pode ser descrita como proporcionando um compensador de movimento de arfagem compreendendo um conjunto de êmbolo e cilindro, no qual uma câmara de fluido de volume variável é delimitada pelo êmbolo no dito cilindro, a câmara de volume variável sendo conectada com um acumulador, o êmbolo se engatando friccionalmente com o cilindro, caracterizado pelo fato de que o compensador adicionalmente compreender um conjunto acionador apropriado para conferir um movimento de rotação do êmbolo em relação ao cilindro quando o compensador está em uso.

Em uma modalidade preferencial o motor é disposto para girar o êmbolo no interior do cilindro durante a operação do compensador de arfagem, e a vedação é montada sobre o êmbolo de modo a girar juntamente com o êmbolo.

Em outra modalidade o motor é disposto para girar o cilindro, e o êmbolo é adaptado para ser montado de forma não girante. Poder-se-ia, por exemplo, contemplar uma modalidade na qual um conduto de fluido se estende através do êmbolo, que é ligado com um conjunto de fluido pressurizado no exterior do compensador, e.g. em um sítio afastado.

Em uma modalidade adicional a vedação é realizada por um portador de vedação que é montado de forma girante sobre o êmbolo, e o motor é disposto e adaptado para acionar o portador de vedação de modo a efetuar sua rotação em torno do êmbolo. Também pode ser contemplado que o cilindro no qual o embolo oscila seja um cilindro interno que é giravelmente montado no interior de um cilindro externo, e no qual o cilindro externo é adaptado para ser montado de forma não girante.

A presente invenção também trata de um sistema de compensação de arfagem incluindo um compensador, conforme exposto aqui.

Conforme conhecido da técnica, e exemplos são mencionados na introdução, um sistema de compensação de arfagem pode incluir um cabo do qual uma carga (coluna perfuradora ou outro elemento tubular de perfuração, objeto, etc.) é suspensa. O compensador de arfagem pode se engatar sobre uma polia (ou conjunto de polia) guiando o cabo de maneira a variar o trajeto do cabo de maneira a obter compensação de arfagem.

E também contemplado que o compensador seja colocado diretamente ente uma parte do navio sujeita a arfagem e a carga propriamente dita, por exemplo, entre uma talha em uma torre de perfuração, mastro ou outra estrutura e perfuração por um lado e a unidade motriz superior ou oura unidade de suspensão pela qual uma coluna perfuradora é suspensa por outro lado.

A presente invenção também trata de um navio incluindo um sistema de compensação de arfagem conforme exposto aqui.

A presente invenção refere-se também a um sistema de manejo de carga de navio incluindo um sistema de compensação de arfagem conforme aqui exposto.

A presente invenção também trata de um sistema de plataforma de perfuração flutuante incluindo um sistema de compensação de arfagem como exposto aqui. Como mencionado, o sistema de compensação de arfagem pode ser disposto entre uma estrutura de perfuração sujeita a arfagem a bordo de um navio por um lado e a coluna de perfuração (ou comando de topo suportando a coluna de perfuração) por outro lado. O compensador de arfagem também poderia ser disposto no interior da coluna de perfuração, e.g. na sua extremidade superior.

A presente invenção refere-se também a um compensador de coluna de perfuração de plataforma flutuante adaptado para ser interposto entre uma coluna de perfuração ou outra estrutura tubular de perfuração e um dispositivo de içamento de coluna perfuradora, por exemplo, entre uma unidade motriz superior que permite suportar e girar a coluna perfuradora e um dispositivo de içamento suportando a unidade motriz superior.

A presente invenção também trata de um sistema de diagrafia suspenso a cabo incluindo um cabo de suspensão, um guincho de cabo de suspensão, e um ou mais instrumentos integrados em ou fixados sobre o cabo. O cabo com instrumentos deve ser conduzido para o interior de um furo de sondagem, o sistema incluindo ainda um sistema de compensação de arfagem conforme exposto aqui. A diagrafia suspensa a cabo genericamente é o processo pelo qual poços de petróleo ou gás são objeto de prospecção para determinar suas propriedades geológicas, petrofísicas ou geofísicas usando instrumentos de medição eletrônicos conduzidos para o interior do furo de sondagem por intermédio de um cabo (de aço blindado) conhecido como cabo metálico.

A presente invenção refere-se também a um navio de perfuração flutuante incluindo uma plataforma de perfuração de arfagem compensada, no qual a plataforma de perfuração é móvel em relação ao navio para compensar o movimento de arfagem do navio, no qual um sistema de compensação de arfagem conforme exposto aqui é interposto entre o navio e a plataforma da torre de perfuração.

A presente invenção trata também de um processo para compensação de movimento de arfagem, particularmente de movimentação de carga de movimento de arfagem compensado, no qual é feito uso de um compensador de movimento de arfagem conforme exposto aqui, e no qual a dita vedação é levada a girar em relação a girar em relação ao cilindro do compensador de arfagem de tal forma que a fricção entre a vedação e o cilindro é no regime de fricção dinâmica.

Uma abordagem alternativa para obter comportamento aperfeiçoado do compensador de movimento de arfagem, particularmente superar a ação de bloqueio/deslizamento dos compensadores da técnica anterior, é assegurar a construção da vedação do êmbolo como um mancai hidrostático; no qual um estreito intervalo é mantido entre a vedação de êmbolo e o cilindro e no qual um fluido pressurizado é administrado através do êmbolo ao intervalo de modo a criar um mancai hidrostático. O êmbolo pode então ser munido de uma ou mais cavidades anulares, reentrantes com respeito ao perímetro externo do êmbolo, e um ou mais canais de fluido no interior do êmbolo (possivelmente se estendendo através da haste de êmbolo) conectados com uma fonte de fluido pressurizado para que um fluxo contínuo de fluido possa ser previsto para manter o espaçamento entre o êmbolo e o cilindro. Dessa maneira um compensador essencialmente "isento de fricção" é obtido, em particular quando um mancai hidrostático adicional é previsto entre a haste de êmbolo e um tampo sobre o cilindro.

Será apreciado que esta construção de mancai hidrostático em um compensador não exige o movimento de giro aqui exposto. Uma deficiência da construção de mancai hidrostático reside na necessidade de compensar a perda de fluido pressurizado no mancai. Na prática, um conjunto de um ou mais reservatórios de gás, preferivelmente de ar, e um compressor será previsto para alimentar o mancal.

Os compensadores de acordo com a invenção passam a ser explanados a seguir em maior detalhe reportando-se aos exemplos ilustrados nos desenhos. De acordo com os desenhos:

A fig. 1 mostra esquematicamente uma parte de um vaso flutuante munido de um compensador de acordo com a invenção; A fig. 2 mostra esquematicamente em seção transversal um primeiro exemplo de um compensador de arfagem e sistema de compensação de acordo com a invenção;

A fig. 3 mostra esquematicamente em seção transversal um segundo exemplo de um compensador de arfagem de acordo com a invenção;

A fig. 4 mostra esquematicamente em seção transversal um terceiro exemplo de um compensador de arfagem de acordo com a invenção;

A fig. 5 mostra esquematicamente uma parte de um vaso flutuante munido de um compensador de acordo com a invenção;

A fig. 6 mostra esquematicamente uma parte de um sistema perfuratriz flutuante munido de compensadores de acordo com a invenção;

A fig. 7 mostra esquematicamente um sistema de manejo de carga suspensa a cabo de um navio flutuante, munido de um compensador de acordo com a invenção;

A fig. 8 mostra esquematicamente um sistema de manejo de carga suspensa por cabo de um navio flutuante munido de um compensador de acordo com a invenção; e

A fig. 9 mostra esquematicamente em seção transversal um outro exemplo de um sistema de compensação e compensador de arfagem de acordo com a invenção.

A figura 1 mostra um navio 1, aqui para fins ilustrativos um navio de perfuração ao largo ou navio de intervenção em poço; munido de uma estrutura de perfuração 2 sobre o mesmo, a partir da qual uma coluna de perfuração 3 ou outra estrutura de perfuração tubular (e.g. uma coluna montante) é suspensa no interior do mar. No presente exemplo o navio 1 é munido de uma passagem de acesso 4 para a coluna de perfuração e a estrutura de perfuração é incorporada como um mastro que é disposto adjacente a passagem de acesso 4.

O navio é equipado com um aparelho de içar. No presente exemplo um guincho 6 é previsto para estender e recolher um cabo 7. Este cabo 7 é guiado através de um conjuntos de roldanas 8, 8a, 8b, 9 na estrutura 2 e um conjunto de roldanas 10 em um poleame de laborar ll. O poleame de laborar 11 é deslocável para cima e para baixo com respeito à estrutura 2, aqui guiada ao longo de um ou mais trilhos guias verticais 12 montados sobre o mastro 2.

Para efetuar operações de perfuração aqui uma unidade motriz superior 20 é prevista que pode suportar a coluna de perfuração suspensa da mesma assim como imprimir movimento de rotação à coluna de perfuração de maneira a girar o trépano na extremidade inferior da coluna de perfuração (não mostrada).

No presente exemplo a unidade motriz superior 20 é também guiada verticalmente com respeito à estrutura 2, principalmente de maneira a contrariar o momento de torção exercido pela unidade motriz superior. Aqui a unidade motriz superior 20 é recebida em um trole 21 que é guiado ao longo de um ou mais trilhos guias verticais 12 sobre o mastro 2,

A unidade motriz superior 20 pode incluir um motor hidráulico para imprimir momento de torção à coluna de perfuração e um dispositivo de sujeição da coluna de perfuração para sujeitar suportar a coluna de perfuração suspensa.

Entre a unidade motriz superior 20 e o poleame de laborar 11 um compensador de coluna de perfuração flutuante é interposto que permite compensar o arfar do navio 1. O compensador 30 aqui é constituído por um compensador de arfagem passivo.

Basicamente o compensador 30 permite o poleame de laborar 30 a se deslocar para cima e para baixo como um resultado das ondas (possivelmente incluindo o balanço transversal e/ou o arfar do navio), enquanto a coluna de perfuração 3 deve permanecer inafetada pela ação de arfar. Isto de maneira a obter um peso controlado sobre o trépano com uma variação que seja o mais baixa possível.

Na figura 1, que meramente é um exemplo, também um outro compensador de arfar 22 é mostrado, portador de um conjunto de poleame volante 9. E observado que nesta figura 1 o compensador 22 é previsto quando o dispositivo de içamento é usado para outras finalidades além de perfuração, e.g. quando o dispositivo é usado para levantar ou baixar outras cargas através da passagem de acesso que não seja uma coluna de perfuração. Será apreciado que o compensador de arfar pode ser um compensador de arfagem ativo.

Reportando-se às figuras 2-4 um número de exemplos de um compensador de movimento de arfar será exposto em maior detalhe. Cada um deles poderia ser disposto na locação do compensador 30 na figura 1.

Na figura 2 um sistema de compensação de arfagem é ilustrado (sem estar em escala) incluindo um compensador de arfagem 40. O compensador 40 inclui um cilindro 41 munido de tampos extremos 42, 43. Um êmbolo 44 disposto sobre uma haste de êmbolo 45 é colocado no interior do cilindro 41 e pode oscilar no sentido longitudinal no interior do cilindro 41. A haste de êmbolo 45 se estende através de uma abertura com vedação circundante 46 no tampo extremo 42.

O êmbolo 44 é munido de uma vedação 48 se estendendo em torno do perímetro externo do êmbolo 44, cuja vedação cerra o intervalo entre o êmbolo 44 e o cilindro 41. A vedação 48 se engata friccionalmente com a superfície de parede interna do cilindro 41.

Entre o êmbolo 44 e o tampo extremo 42 uma câmara de volume variável 49 é delimitada no cilindro 41, o volume dependendo da posição axial do êmbolo 44.

No outro lado do êmbolo 44 uma câmara de pressão ambiente é formada no interior do cilindro 41, a câmara 50 estando em comunicação com a atmosfera, e.g. através da abertura 51. A figura 2 mostra que a câmara 49 é conectada através de um duto 52 com um conjunto de fluido pressurizado aqui incluindo um acumulador 53 tendo uma câmara hidráulica de volume variável 54 e uma câmara de gás de volume variável 55 e uma separação intermediária (aqui um êmbolo livre deslizante 56). As câmaras 49, 54 e o duto 52 são carregados com fluido hidráulico, ao passo que a câmara 55 é carregada com gás.

A câmara 55 é por sua vez conectada com um banco de um ou mais reservatórios de gás 57, que de preferência tem um grande volume de gás no seu interior. O gás na prática pode ser o ar ou nitrogênio.

Um controlador de pressão de gás 58 é previsto para estabelecer e ajustar se desejado a pressão de gás no interior da câmara 55 e desta maneira definir a pressão no interior da câmara 49. Esta pressão cria uma força para dentro sobre o conjunto de êmbolo/haste de êmbolo.

Observa-se que o conjunto de fluido pressurizado (ou partes do mesmo) pode ser localizado afastado do compensador 40, porém poderia também ser disposto sobre um suporte comum, e.g. montado sobre o poleame de laborar 11 ou suspenso do mesmo.

A figura 1 mostra ainda que o compensador 40 é munido na sua extremidade inferior de um conector 60 para conectar o compensador com a unidade motriz superior 20. O conector 60 é aqui construído de tal maneira que durante a operação do sistema de perfuração o cilindro 41 não gira em torno de seu eixo geométrico.

A haste de êmbolo 45 é afixada a um conector giravelmente montado 61, cujo conector 61 conecta o compensador com o poleame de laborar 11. O conector 61 inclui um conjunto de mancai rotativo 62 entre a parte de conector 63 a ser afixada ao poleame de laborar 11 e a haste de êmbolo 45. O conjunto de mancai rotativo 62 permite que a haste de êmbolo (e o êmbolo sobre ela disposto) gire em torno de seu eixo geométrico longitudinal enquanto a parte de conector 63 permanece sem girar. Montado sobre a parte de conector não rotativa 63 existe um motor 65, aqui um motor elétrico ou hidráulico dotado de um eixo de saída giratório 66. Uma transmissão 67 entre o motor 65 e a haste de êmbolo 45 permite conferir à haste de êmbolo um movimento rotativo. Aqui a transmissão é construída como uma engrenagem 68 sobre o eixo se entrosando com uma engrenagem 69 fixada sobre a haste de êmbolo 45. Será apreciado que muitos outros conjuntos de motor e transmissão podem ser construídos para realizar o movimento de rotação da haste de êmbolo 45.

Pela rotação da haste de êmbolo 45 também o êmbolo 44 é girado e assim a vedação 48 montada sobre o êmbolo 45. É proposto que durante a operação do sistema de compensação de arfagem o êmbolo 44 e assim a vedação 48 sejam mantidos continuamente em rotação.

O efeito causado pelo movimento de rotação é que a fricção entre a vedação 48 e o cilindro 41 (e também entre a vedação de cobertura extrema 46 e a haste de êmbolo 45) é uma fricção dinâmica, mesmo quando o êmbolo permanece estacionário na direção longitudinal do cilindro 41. Isto previne uma transição "espasmódica" de fricção estática para fricção dinâmica como é comumente experimentada nos sistemas de compensação de arfagem passivos da técnica anteriormente conhecida.

Além disso, a força friccional entre as vedações 46, 48 e o cilindro 41 com tampo extremo 42 é principalmente na direção tangencial. Isto significa que o vetor de força friccional na direção longitudinal efetivamente anulando o movimento do êmbolo, é muito pequeno.

Ambos os aspectos mencionados acima (fricção dinâmica, principalmente na direção tangencial) resultam em aperfeiçoar significativamente o comportamento do compensador 40, particularmente ao compensar movimentos de arfagem de certo modo pequenos. Os ditos pequenos movimentos de arfagem podem agora ser precisamente compensados quando o êmbolo 44 parece deslizar "isento de fricção" no interior do cilindro 41.

Observa-se que o motor 65 aqui confere um movimento rotativo contínuo do êmbolo 44. Também pode ser contemplado que o motor 65 proporciona um movimento rotativo oscilante do êmbolo 44, e.g. um movimento de vai-vem através de um ângulo de menos de 360 graus, possivelmente permitindo que o ângulo varie periodicamente para evitar desgaste irregular ou local da vedação e/ou cilindro.

A figura 3 mostra um compensador de arfagem 70 tendo um cilindro 71, um êmbolo 72 e haste dé êmbolo 73 com uma conexão extrema 73a saliente através de uma cobertura extrema 74 do cilindro 71. Uma câmara de fluido de volume variável 76 é delimitada no cilindro 71 entre o êmbolo 72 e a cobertura extrema 74. Um duto de fluido 75 conecta a câmara 76 com um conjunto de fluido pressurizado, e.g. através de um acumulador 54, 55 com um conjunto de um ou mais reservatórios de gás 57 contendo gás pressurizado similar à figura 2.

O compensador 70 inclui uma vedação 78 entre o êmbolo 72 e a superfície de parede interior do cilindro 71. Aqui a vedação 78 é realizada por um suporte de vedação 79 que é montado de forma girante sobre o êmbolo 72. Um conjunto de mancai 80 (e uma vedação não mostrada) é previsto aqui entre o êmbolo 72 e o suporte de vedação 79. Este conjunto permite a rotação do suporte de vedação 79 enquanto o êmbolo e o conjunto de haste de êmbolo propriamente dito não são girantes.

Um motor 81 é montado aqui no lado do conjunto de êmbolo - haste de êmbolo afastado da câmara 76. O motor 81 aciona o suporte de vedação 79, aqui como um eixo do motor porta um pinhão 82 se entrosando com uma engrenagem anular 83 sobre o suporte de vedação 79. Aqueles versados na técnica apreciarão que outros conjuntos de motor e transmissão podem ser empregados para causar o movimento rotativo do suporte de vedação 79. No exemplo ilustrado o motor 81 é um motor hidráulico, condutos hidráulicos flexíveis 84 sendo conectados com o motor 81.

Será apreciado que mais uma vez o efeito é obtido é a vedação 78 que pode ser mantida em rotação ou em movimento de oscilação rotativa de forma contínua enquanto o sistema está em operação.

A figura 4 mostra um compensador de movimento de arfar 100 tendo um cilindro interno 101 que é montado para girar no interior de um cilindro externo 102, aqui suportado por mancais 103, 104. O cilindro externo 102 é adaptado para ser montado de uma maneira não girante, e.g. conectado através do conector 106 com um elemento não-rotativo (tal como o corpo de uma unidade motriz superior).

O compensador 100 inclui um êmbolo 107 e haste de êmbolo 108 com conexão extrema 108a, que sobressai através de uma cobertura extrema 110 do compensador. Uma vedação 109 é montada sobre o êmbolo 107. Existe uma câmara de fluido de volume variável 111 conectável com uma fonte de fluido pressurizado através do duto 112. O duto 112 é previsto em uma parte não girante do compensador, e.g. o cilindro 102 ou o tampo extremo 110 para facilitar a dita conexão.

Um motor 115 é de tal maneira disposto que imprime movimento de giro ao cilindro interno 101. Aqui o motor 115 é fixado sobre o cilindro externo 102, aqui sobre o tampo extremo 116, em uma posição estacionária. O motor 115 aqui é munido de um pinhão girante 117 se entrosando com uma engrenagem anular 118 sobre o cilindro interno 101.

Conforme será compreendido o compensador 100 pode ser operado de tal maneira que o motor 115 acione o cilindro interno IOle assim imprima um movimento rotativo recíproco entre a vedação 109 e o cilindro interno 101.

Uma vedação 120 é prevista entre o cilindro interno 101 e o cilindro externo 102 em uma posição apropriada. A figura 5 mostra uma alternativa do sistema de içamento de carga da figura 1, na qual o compensador 40 é posicionado entre a estrutura de içamento, aqui o mastro 2, e um conjunto de poleame volante 9. No presente exemplo é contemplado que o cabo 7 suporte a unidade motriz superior 20 diretamente, sem um compensador interposto como na figura 1.

A figura 6 mostra uma parte de um sistema de perfuração flutuante, tendo um moutão corrediço 130, que pode ser suspenso por um cabo ou outro dispositivo de levantar/baixar, e uma unidade motriz superior 135 suspensa pelo mesmo. Entre o moutão corrediço 130 e a unidade motriz superior 135 existem dois compensadores 140, dispostos em um V invertido, suas extremidades inferiores conectadas com o moutão corrediço 110 e suas extremidades superiores ambas com um conector comum 130 pelo qual a unidade motriz superior 120 é suspensa. Esta disposição de dois compensadores 140 de acordo com a invenção em conjunto em V, basicamente simétrica com o trajeto do membro suportado pelos compensadores, oferece uma solução praticamente atraente. O compensadores 140 cada um têm um êmbolo 141 mantido não girante, ao passo que o cilindro 142 é girado por um motor associado 143. Um mancai é disposto entre o cilindro 142 e o conector 144, que é conectado com o moutão corrediço 130.

Em geral pode ser considerado vantajoso quando um compensador inventivo é disposto inclinado com respeito ao trajeto de membro desse modo suportado.

A figura 7 mostra a aplicação de um compensador 140 em um guindaste 150 montado em um navio. O guindaste 150 tem uma lança 151, um cabo de içamento 152 e guincho 153 e um cabo de sustentação de carga associado 154. O compensador 140 aqui é previsto para suportar de maneira móvel um conjunto de polia 156, aqui disposto sobre a lança 151, ao longo da qual o cabo 154 é guiado, o cabo suportando um gancho de guindaste 157.

A figura 8 ilustra a alternativa de lança de cabeceio. Uma parte de um navio 200 é mostrada tendo um braço de guindaste 210, e.g. incorporado como uma armação em forma de Ά', pivotável com relação ao navio em torno de um eixo geométrico horizontal 211. Um guincho 212, um cabo 214 guiado sobre um conjunto de poleame 213 sobre a extremidade do braço 210 suporta uma carga 215 a ser levantada e/ou baixada pelo guindaste (e.g. para assentamento da carga sobre o leito do mar 216). Para obter compensação de arfagem um compensador 40 é disposto entre o navio e o braço 210.

A figura 9 mostra um compensador de arfagem aperfeiçoado alternativo 300 no qual o efeito de aderir/deslizar (stick/slip) é evitado de uma maneira diferente. O compensador 300 tem um cilindro 301 com tampos extremos 302, 303. Um êmbolo 304 disposto sobre uma haste de êmbolo 305 é inserido no interior do cilindro 301 e pode oscilar na direção longitudinal no interior do cilindro 301. A haste de êmbolo 305 se estende através de uma abertura com vedação circundante 306 no tampo extremo 302.

Entre o êmbolo 304 e o tampo extremo 302 uma câmara de fluido de volume variável 309 é delimitada no cilindro 301, o volume dependendo da posição axial do êmbolo 304.

No outro lado do êmbolo 304 uma câmara 310 (possivelmente à pressão atmosférica) é neste exemplo formada no interior do cilindro 301.

A figura 9 mostra que a câmara 309 é conectada através de um duto 315 com um conjunto de fluido pressurizado aqui incluindo um acumulador 316 tendo uma câmara hidráulica de volume variável 317 e uma câmara de gás de volume variável 318 e uma separação entre elas interposta (aqui um êmbolo livremente deslizante 319). As câmaras 309, 317 e o duto 315 são carregados com líquido hidráulico, ao passo que a câmara 318 é carregada de gás.

A câmara 318 por sua vez é conectada com um banco de reservatórios de gás 320, que de preferência contém um grande volume de gás no seu interior. O gás pode na prática ser nitrogênio ou ar.

Um controlador de pressão de gás 322 é previsto para estabelecer e ajustar se desejado a pressão de gás no interior da câmara 318 e desta maneira ajustar a pressão dentro da câmara 309. Esta pressão gera uma força para dentro sobre o conjunto de êmbolo/haste de êmbolo.

O êmbolo 304 tem um mancai hidrostático que suporta (basicamente centra) o êmbolo com relação ao cilindro, no qual um estreito intervalo anular é mantido entre o êmbolo 304 e o cilindro 301. Um fluido pressurizado, aqui líquido hidráulico, é fornecido por uma fonte apropriada 340 através do êmbolo (via o conduto 325) ao mancai hidrostático sobre o êmbolo. O êmbolo 304 aqui a título de exemplo é munido de uma ou mais cavidades anulares, aqui uma cavidade coniforme 330, que é reentrante com respeito ao perímetro externo do êmbolo. O conduto 325 se estende no interior do êmbolo e através da haste de êmbolo. Um fluxo contínuo de líquido é fornecido ao mancai hidrostático de maneira a manter o espaçamento entre o êmbolo e o cilindro. Como tal um compensador essencialmente sem atrito é obtido.

A fonte 340 de fluido pressurizado para o mancai hidrostático pode incluir uma fonte de gás (ar) ou uma fonte de líquido hidráulico. Pode ser contemplado que líquido hidráulico vazando do mancai hidrostático seja recolhido no compensador 300 (de preferência no interior da câmara 310) e retornado à fonte 340, de maneira a criar um "circuito de circulação" para o dito líquido. Um controlador de pressão pode ser previsto para controlar a pressão o fluido administrado ao mancai hidrostático sobre o êmbolo.

Em uma modalidade de realização não mostrada nos desenhos, genericamente como uma versão alternativa da modalidade da figura 3, é contemplado que o suporte de vedação seja montado sobre o êmbolo de modo a permitir uma oscilação longitudinal do suporte de vedação com relação ao êmbolo independente das oscilações longitudinais do êmbolo propriamente dito. Isto também permite um regime de fricção dinâmica entre a vedação e o cilindro e assim evita a transição entre fricção estática e fricção dinâmica quando o êmbolo principia a se deslocar longitudinalmente. Será apreciado que a mesma pode ser realizada com uma oscilação de cilindro interno no sentido longitudinal no interior de um cilindro externo, genericamente como uma alternativa à modalidade da figura 4.

Com relação ao exposto acima a invenção também pode ser entendida de modo a proporcionar um compensador de arfagem compreendendo um cilindro e um êmbolo delimitando uma câmara de fluido de volume variável no dito cilindro, na qual o êmbolo pode oscilar no interior do cilindro, o êmbolo sendo munido de uma vedação se engatando friccionalmente com o cilindro, caracterizado pelo fato de que o compensador adicionalmente incluir um motor que imprime um deslocamento recíproco entre a vedação e o cilindro independente da oscilação do êmbolo.

Reportando-se à título de exemplo à modalidade do compensador da figura 2 será apreciado que o mesmo sistema de acionamento rotativo para o êmbolo e haste de êmbolo pode ser integrado em um compensador que tem duas câmaras de fluido de volume variável no interior do dito cilindro e separadas pelo êmbolo. Os ditos compensadores são comumente usados em sistemas de compensação de arfagem ativos, nos quais previsão adicional é feita para um conjunto de fluido pressurizado que permite a seletiva administração e descarga de fluido para e das ditas câmaras de fluido de volume variável de modo a causar oscilação controlada do êmbolo no interior do cilindro para obter compensação de arfagem. Como mencionado na introdução os ditos sistemas ativos comumente incluem um ou mais sensores fornecendo sinais de entrada para uma unidade de controle, que governa a administração de fluido e assim a posição do êmbolo. Aqui também o deslocamento da vedação em relação ao cilindro independente das oscilações de êmbolo é vantajoso para o comportamento do sistema de compensação.

Claims

1. Compensador de movimento de arfagem compreendendo um cilindro e um êmbolo delimitando uma câmara de fluido de volume variável no dito cilindro, no qual o êmbolo pode oscilar no interior do cilindro, o êmbolo sendo munido de uma vedação se engatando friccionalmente com o cilindro, o compensador adicionalmente caracterizado pelo fato de que compreende um motor que faz a vedação girar em relação ao cilindro.

2. Compensador de movimento de arfagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor ser previsto para girar o êmbolo, e da vedação ser montada sobre o êmbolo de modo a girar juntamente com o êmbolo.

3. Compensador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor ser previsto para girar o cilindro, e do êmbolo ser adaptado para ser montado de forma antigiratória.

4. Compensador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vedação é realizada por um portador de vedação que é montado de forma girável sobre o êmbolo, e no qual o motor aciona o portador de vedação de modo a girar em torno do êmbolo.

5. Compensador de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o cilindro é um cilindro interno que é giravelmente montado no interior de um cilindro externo, e no qual o cilindro externo é adaptado para ser montado de forma antigiratória.

6. Sistema de compensação de arfagem caracterizado pelo fato de que compreende um compensador de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes.

7. Sistema de compensação de arfagem de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto de fluido pressurizado interligado com a câmara de fluido de volume variável e adaptado para proporcionar uma pressão de fluido controlada no seu interior, possivelmente uma pressão de fluido constante independente da oscilação do êmbolo.

8. Sistema de compensação de arfagem de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o conjunto de fluido pressurizado inclui um ou mais reservatórios de gás armazenando gás pressurizado no seu interior.

9. Sistema de compensação de arfagem de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido de volume variável do compensador é uma câmara de gás de volume variável interligada com o dito um ou mais reservatórios de gás.

10. Sistema de compensação de arfagem de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o conjunto de fluido pressurizado inclui um acumulador tendo uma câmara hidráulica de volume variável e uma câmara de gás de volume variável e uma separação intermediária, a câmara de fluido de volume variável sendo interligada com a câmara hidráulica de volume variável e carregada com líquido hidráulico, a câmara de gás de volume variável sendo carregada com gás pressurizado.

11. Sistema de compensação de arfagem de acordo com as reivindicações 7 e 10, caracterizado pelo fato de que a câmara de gás de volume variável do acumulador é conectada com o dito um ou mais reservatórios de gás.

12. Sistema de compensação de arfagem de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o compensador tem duas câmaras de fluido de volume variável no interior do dito cilindro e separadas pelo êmbolo, um conjunto de fluido pressurizado sendo fornecido permitindo a seletiva administração e descarga de fluido para e das câmaras de fluido de volume variável de modo a causar a oscilação controlada do êmbolo no interior do dito cilindro para obter compensação de arfagem.

13. Navio caracterizado pelo fato de que inclui um sistema de compensação de arfagem de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes.

14. Sistema de movimentação de carga a bordo de navio caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de compensação de arfagem de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes.

15. Sistema de perfuração flutuante caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de compensação de arfagem de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes.

16. Compensador para coluna de perfuração flutuante de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que é apropriado para ser interposto entre uma coluna de perfuração ou outro elemento tubular de perfuração e o aparelho de içamento de coluna de perfuração.

17. Sistema de diagrafia a cabo caracterizado pelo fato de que compreende cabo de manobra, um guincho de cabo de manobra associado, e um ou mais instrumentos a serem conduzidos para o interior de um furo de sondagem, o sistema adicionalmente incluindo um sistema de compensação de arfagem de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes.

18. Navio de perfuração flutuante incluindo uma plataforma de perfuração de compensação de arfagem, caracterizado pelo fato de que a plataforma de perfuração é móvel em relação ao navio para compensar o movimento de arfagem do navio, no qual um sistema de compensação de arfagem de acordo com uma ou mais das reivindicações precedente é disposto entre o navio e a plataforma de perfuração.

19. Método para compensação de movimento de arfagem, mais especificamente manejo de carga com compensação de movimento de arfagem a bordo de um navio, caracterizado pelo fato de que se faz uso de um compensador de movimento de acordo com uma ou mais das reivindicações precedentes e no qual a dita vedação é levada a girar em relação ao cilindro do compensador de arfagem de tal maneia que a fricção entre a vedação e o cilindro se enquadra no regime de fricção dinâmica.

20. Compensador de movimento de arfagem compreendendo um cilindro e um êmbolo delimitando uma câmara de fluido de volume variável no cilindro, o embolo sendo munido de uma vedação se engatando friccionalmente com o cilindro, o compensador caracterizado pelo fato de que inclui ainda um motor que imprime um movimento recíproco entre a vedação e o cilindro independente da oscilação do êmbolo.

21. Compensador de movimento de arfagem de acordo com a reivindicação 20, o compensador caracterizado pelo fato de que é adaptado para que uma oscilação longitudinal recíproca da vedação com respeito ao cilindro seja causada pelo motor independente da oscilação longitudinal do êmbolo no interior do cilindro.

22. Compensador de movimento de arfagem de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a vedação é montada em um suporte de vedação, cujo suporte de vedação é montado sobre o êmbolo de modo a permitir uma oscilação longitudinal do suporte de vedação com respeito ao êmbolo, independente das oscilações longitudinais do êmbolo propriamente dito.

23. Compensador de movimento de arfagem compreendendo um cilindro e um êmbolo delimitando uma câmara de fluido de volume variável no dito cilindro, no qual o êmbolo pode oscilar no interior do cilindro, caracterizado pelo fato de que o êmbolo é munido de um mancai hidrostático suportando o êmbolo cm respeito ao cilindro.