BRPI0711069A2 - processo e dispositivo para instalação sem valas de tubulações - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E DISPOSITIVO PARA INSTALAçãO SEM VALAS DE TUBULAçOES. A presente invenção refere-se a um processo para instalação sem vala de tubos. Uma tubulação (8) é instalada de um ponto de partida (1), por baixo de um obstáculo (9), para um ponto de destino (3), sendo que a produção do furo (12) e a instalação da tubulação (8), pré-fabricada em uma peça na superfície do solo, são realizadas em um passo de trabalho, sendo que na extremidade anterior da tubulação encontra-se um dispositivo d perfuração (6) controlável (6) e um dispositivo de empuxo (5), montado próximo ao ponto de partida, que exerce forças de empuxo sobre a tubulação (8), de modo que a tubulação (8) é empurrada do ponto de partida (1) ao ponto de destino (3), sendo que, simultaneamente, são exercidas forças de pressão, que são necessárias para o processo de perfuração. O solo que é desprendido durante o processo de perfuração pelo dispositivo de perfura- çáo (6) é extraído hidraulicamente'do furo (12) por meio de uma linha de transporte no interior da tubulação (8), e o espaço anular, que é formado durante o processo de instalação entre tubulação (8) e parede do furo (11) é continuamente preenchido com fluido de perfuração.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE DISPOSITIVO PARA INSTALAÇÃO SEM VALAS DE TUBULAÇÕES".
Área da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo, bem como a dis-positivos a ser usados nesse caso, para a instalação sem valas de tubula-ções no solo.
Estado da Técnica
No passado, foram desenvolvidos diversos processos e disposi-tivos, para instalar tubulações sem vala, no solo, e, desse modo, passar porbaixo dé regiões sensíveis na superfície do terreno, para as quais uma insta-lação em vala de tubo aberta não parecia ser possível ou recomendável porrazões técnicas, ecológicas, legais ou econômicas. Esse pode ser o caso,por exemplo, onde a superfície na região de instalação não pode ser transi-tada por máquinas de construção pesadas (por exemplo, pântanos, águas)ou onde, por considerações ecológicas, não pode ser concedida uma autori-zação de construção (por exemplo, em áreas de proteção ambiental), ouonde o uso das técnicas de instalação convencionais seria caro demais (porexemplo, em profundidades de instalação grandes e nível de águas subter-râneas alto).
Na literatura são encontradas obras abrangentes sobre os pro-cessos de instalação já usados e comprovados (por exemplo, Stein, D., Gra-benloser Leitungsbau, 2003 Ernst & Sohn Vrlag fur Architektur uand technis-che Wissenschaften GmbH & Co., KG, Berlim, ISN 3-433-01778-6). Nessecaso, mostrou-se adequada uma divisão dos processos por meio da contro-labilidade (processos controlados/não controlados), do tratamento do solo(deslocamento do solo/retirada do solo), do transporte de perfurador de pe-queno porte (mecânico, hidráulico), bem como do número dos passos detrabalho (furo piloto, furo de alargamento, processo de alimentação ou deintrodução). Outras características de diferenciação são a formação geomé-trica principal do eixo da broca (reta, curva), bem como os materiais de tuboa ser instalados por meio do respectivo processo (por exemplo, concreto,PE, fundidos, aço etc.). Além disso, também as dimensões do furo (compri-mento, diâmetro, volume), às vezes já são apropriadas para associar deter-minados processos ao mesmo ou a um outro grupo de processos.
Um processo conhecido do estado da técnica é a técnica de per-furação horizontal (processo de perfuração por* bombeamento, HorizontalDirectional Drilling, HDD). Com esse processo de três fases (furo piloto, furode alargamento, processo de alimentação), podem ser instaladas exclusiva-mente tubulações resistentes à tração (por exemplo, de aço, PE ou fundi-dos). As capacidades de instalação geométricas situam-se acima de 2.000m e os diâmetros de tubo obteníveis em, no máximo, cerca de 1.400 mm.
Embora a técnica de perfuração horizontal controlável tenha semostrado universalmente como método de instalação confiável em forma-ções de solo apropriadas, ainda assim, podem ser verificadas algumas des-vantagens ecológicas, técnicas e econômicas.
Desse modo, para a execução dos trabalhos, são necessáriasáreas de trabalho apropriadamente grandes (alguns milhares de metrosquadrados) nos dois lados do obstáculo a ser passado por baixo (cs chama-dos rigsite e pipesite). Essas áreas nem sempre estão disponíveis, particu-larmente, em áreas ecologicamente sensíveis ou, no uso, implicam em umainfluência correspondentemente negativa sobre o meio ambiente.
Um outro processo conhecido é o microtunneling (MT). Nessecaso, em geral, a partir de um poço de partida ou uma escavação de partidaé produzido um furo controlado, às vezes curvada, em direção a um poço dedestino ou uma escavação de destino. Característica para esse processo éque o furo piloto, furo de alargamento e processo de introdução dos tubossão realizados em um único passo de trabalho. Esse passo de trabalhocombinado é executado, em princípio,por impulso ou compressão a partir dopoço de partida ou da escavação de partida e os tubos de avanço, não uni-dos à prova de tração um com o outro correspondem, em geral, simultanea-mente, aos tubos de produto a ser instalados. Com o processo de MT po-dem ser obtidos comprimentos de furo acima de 500 m e diâmetro de furo demais de 2.000 mm.
Uma desvantagem desse processo deve ser vista, por exemplo,no fato de que os tubos de avanço, que normalmente são produzidos deconcreto, permanecem no furo, o que causa altos custos para a produção dofuro. O uso de tubos de aço ou PE, embora, em princípio, seja possível noMT, mas, devido às dificuldades técnicas associadas ao mesmo, não é usu-al. Os tubos de PE, por exemplo, apresentam uma resistência à pressãomuito pequena e, com isso, limitam diretamente o alcance de instalaçãopossível. Tubos de aço podem, na verdade, suportar alta carga axial, mastambém precisam ser montados tubo por tubo na região de partida e, nessecaso, ser soldados um ao outro. Desse modo, um uso para tubulações dealta pressão como oleoduto ou gasoduto não é possível.
Descrição da Invenção
A presente invenção tem por base a tarefa de criar um processoe um dispositivo, com os quais é possível uma instalação sem valas de tubu-lações de pressão, particularmente sob condições ecológicas e econômicas,e com os quais as desvantagens citadas acima são substancialmente supe-radas.
A tarefa é solucionada no que se refere ao processo por um pro-cesso para instalação de tubos com as características da reivindicação 1. Noque se refere ao dispositivo, a tarefa é solucionada pelas características dareivindicação 4. Configurações vantajosas da invenção evidenciam-se dasreivindicações dependentes.
Pela instalação em uma peça da tubulação, na qual se trata dafutura tubulação de produção, pode ser realizado um teste de qualidade an-tecipadamente, uma vez que a tubulação está acabada em sua totalidade,antes de ser iniciada a instalação. Pode ser realizado um teste de pressão e,particularmente um teste dos impactos, tanto do envoltório como tambémuma vedação dos impactos. Pelo processo de acordo com a invenção épossível, agora, introduzir uma tubulação de produto certificada e testada demaneira econômica e rápida.
Pelo fato de que o diâmetro externo do dispositivo de perfuraçãode acordo com a reivindicação 2 é maior do que a tubulação, adicionalmenteestá garantido que o envoltório da tubulação sofra a menor carga possível.O processo de acordo com a reivindicação 3 possibilita uma instala-ção rápida e, desse modo, econômica, uma vez que tempos de montagem,tal como, por exemplo, no microtunneling, podem perfazer 50% do tempo deserviço de uma instalação de perfuração e instalação, são praticamente evi-tados por completo.
A vantagem do dispositivo de perfuração de acordo com a reivindica-ção 4 é que pelo anel de corte é possível, no caso de uma necessidade derecuo do ramal de tubulação durante a perfuração, por exemplo, devido adificuldades com pedras, desmoronamento ou reduções do diâmetro do furo,evitar danificações da tubulação. Além disso, os acionamentos externos,preferivelmente previstos separadamente, da ferramenta de córte e do anelde corte, possibilitam uma adaptação ótima dos respectivos parâmetros deavanço em qualquer direção.
Uma modalidade de acordo com a reivindicação 5 possibilita uma dis-posição ótima do anel de corte no dispositivo de perfuração e um uso ótimodo anel de corte para a utilização em um uso para realização do processo deacordo com a invenção. A reivindicação 6 mostra uma modalidade vantajosapara obter a controlabilidade da porta-broca. O britador vantajosamente inte-grado de acordo com a reivindicação possibilita uma remoção melhor dosdesperdícios de perfuração, uma vez que os desperdícios de perfuração a-presentam-se homogeneizados em tamanho depois da trituração, para re-moção. O uso de injetores de alta pressão de acordo com a reivindicação 8possibilita uma remoção de pedras particularmente eficiente e econômico,no que se refere a custos de material e desgaste, durante a perfuração. Opreenchimento do espaço anular entre parede do furo e tubulação , além dafunção de manter aberto o furo, também produz uma lubrificação entre furo eenvoltório da tubulação, com o que a tubulação pode ser instalada com es-forço menor e, desse modo, de modo mais econômico, no furo em avanço.
Em uma modalidade preferida do processo de acordo com a in-venção, uma tubulação é instalada de um ponto de partida, por baixo de umobstáculo, até um ponto de destino, sendo que a produção do furo e a insta-lação da tubulação, pré-fabricada em uma peça na superfície do terreno,podem ser realizadas em um passo de trabalho, na extremidade anterior datubulação encontra-se um dispositivo de perfuração controlável, um disposi-tivo de empuxo montado próximo ao ponto de partida, que exerce forças deempuxo do exterior sobre a tubulação e, desse modo, a tubulação é empur-rada do ponto de partida para o ponto de destino, sendo que, simultanea-mente, são exercidas as forças de compressão necessárias para o processode perfuração, o solo desprendido pelo dispositivo de perfuração durante oprocesso de perfuração é retirado e através de um tubo de transporte nointerior da tubulação é transportado hidraulicamente do furo e o espaço anu-lar entre tubulação e parede do furo é continuamente preenchido com umfluido de perfuração apropriado.
A combinação dessas características não é atendida por nenhum dosprocessos existentes.
No uso do processo de acordo com a invenção podem, dessemodo, ser instaladas no solo tubulações (de pressão) pré-fabricadas emuma peça, a condições ecológicas e econômicas otimizadas.Descrição Resumida dos Desenhos
A seguir, a invenção é descrita mais detalhadamente por meiode exemplos de modalidades. Os desenhos mostram na
figura 1 uma representação esquemática de possibilidades deuso, em princípio, do processo de acordo com a invenção, mais precisamen-te, na parte
a) uma linha de perfuração de uma escavação, por baixo de umobstáculo, para uma escavação
b) uma linha de perfuração de uma escavação, por baixo de umobstáculo, para um poço
c) uma linha de perfuração de uma escavação, por baixo de umaorla, para um ponto de destino no fundo da água
figura 2 uma representação, em princípio, do processo de acor-do com a invenção, em uma linha de perfuração de uma escavação, por bai-xo de um obstáculo, para uma escavação, mais precisamente, na parte
a) representação, em princípio, da montagem do dispositivo deperfuração na tubulação preparada
b) representação, em princípio, da instalação da tubulação
c) representação, em princípio, da chegada ao ponto de destinocom o dispositivo de perfuração
d) representação, em princípio, do recuo da desmontagem dodispositivo de perfuração bem como, opcionalmente, encurtamento da tubu-lação no ponto de partidafigura 3 uma representação, em princípio, do processo de acor-do com a invenção em uma linha de perfuração de uma escavação, por bai-xo de uma linha de orla, para um ponto de destino no fundo da água, maisprecisamente,
a) representa, em princípio, da montagem do dispositivo de per-furação na tubulação preparada,
b) representa, em princípio, da chegada ao ponto de destinocom o dispositivo de perfuração
d) representação," em princípio, do recuo da desmontagem dodispositivo de perfuração, bem como, opcionalmente, encurtamento da tubu-lação no ponto de partida
figura 4 uma representação, em princípio, dos componentes téc-nico-mecânicos essenciais do processo de acordo com a invençãoMelhor Modo Para Executar A Invenção
A seguir, são descritos exemplificadamente e detalhadamente oproòesso de acordo com a invenção, bem como os dispositivos usados nes-se caso, para casos de aplicação típicos.Exemplo 1
No primeiro exemplo (veja figura 2a-2d), o ponto de partida 1encontra-se em uma escavação de partida 2 e o ponto de destino 3, em umaescavação de destino 4.
Primeiramente, é preparado um dispositivo de perfuração 6 naescavação de partida 1 e unido com a tubulação. Simultaneamente, o dispo-sitivo de empuxo 5 é posicionado e fixado. No caso do dispositivo de perfu-ração 6, trata-se, substancialmente, de um dispositivo de perfuração de mi-crotunnel ou dispositivo de avanço de tubo (figura 2a).
Por tubulação é entendida em todo esse pedido uma linha detubos, que como linha total conduz u produto, tal como gás ou óleo, tambémsob condições de alta pressão, contrariamente a uma linha que sustenta ofuro, tal como no microtunneling ou tubos de avanço ou hastes de sondagem(figura 2b).
O processo de perfuração ao longo da linha de perfuração 7 éprosseguido até que o dispositivo de perfuração 6 tenha atingido o ponto dedestino 3 na escavação de destino 4 (figura 2c).
Agora, em um passo de trabalho final, o dispositivo de perfura-ção 6 é afastado da tubulação e o dispositivo de empuxo 5 é desmontado eremovido. Caso necessário, a tubulação 8 é encurtada na região da escava-ção de partida 2 (figura 2d).
Exemplo 2 ,
No segundo exemplo (veja figura 3a - 3d) encontra-se o pontode partida 1 em uma escavaçãa de partida 2 e o ponto de destino 3, em umaescavação de destino 4.
Primeiramente, um dispositivo de perfuração 6 é preparado naescavação de partida 1 e unido com a tubulação 8. Simultaneamente, o dis-positivo de empuxo é posicionado e fixado. No caso do dispositivo de perfu-ração 6, trata-se, substancialmente, de um dispositivo de perfuração demi-crotunnel usual ou dispositivo de avanço de tubo (figura 3a).
Com ajuda do dispositivo de perfuração 6, um furo é produzidoao longo de uma linha de perfuração 7 predeterminada, por baixo de umobstáculo, sendo que o dispositivo de perfuração 6 é solicitado pelo disposi-tivo de empuxo 5, através da tubulação 8, com a força de compressão ne-cessária para o processo de perfuração. A sondagem da posição do disposi-tivo de perfuração 6 e o controle do mesmo ao longo da linha de perfuração7 predeterminada também ocorrem de acordo com técnicas usuais do avan-ço de tubo controlado (figura 3b).
O processo de perfuração ao longo da linha de perfuração 7 éprosseguido até que o dispositivo de perfuração 6 tenha atingido o ponto dedestino 3 no fundo da água 10 (figura 3c).
Agora, em um passo de trabalho final, o dispositivo de perfura-ção 6 é afastado da tubulação e o dispositivo de empuxo 5 é desmontado eremovido. Caso necessário, a tubulação 8 é encurtada na região da escava-ção de partida 2 (figura 3d).
Exemplo 3
No terceiro exemplo (veja figura 4), estão representados oscomponentes técnico-mecânicos essenciais do processo de acordo com ainvenção, sendo que em uma escavação de partida 2 primeiramente é mon-tado o dispositivo de perfuração 6, que consiste em módulos individuais 13,sobre uma armação de guia 22. No módulo anterior encontra-se uma rodade corte 14 como ferramenta de corte, com injetores de alta pressão, e nomódulo posterior, um anel de corte 16, que está disposto centralmente emtorno de um módulo de união 15.
Na extremidade livre do módulo de união 15, a tubulação pré-fabricada e apoiada sob?s suportes rolantes 21 é subseqüentemente monta-da à prova de tração e pressão. Próximo à escavação de partida 2 encontra-se o dispositivo de empuxo 5, que absorve as forças necessárias para o pro-cesso de perfuração e instalação e desvia as mesmas para a terra.
O abastecimento e controle do dispositivo de perfuração dá-seatravés dos cabos de energia e controle 19, da linha de alimentação 18 (pa-ra a alimentação de fluido de perfuração fresco à roda de corte), bem comoda linha de transporte 17 (para transporte o fluido de perfuração carregadocom desperdícios de perfuração, para fora do furo). Todas essas linhas oucabos de controle e abastecimento estendem-se dentro da tubulação 8 e sãoremovidas da tubulação 8, depois de ser atingido o ponto de destino 3.
Fora da tubulação 8, os cabos de energia e controle são guiadospara o posto de controle com abastecimento de energia 23. A linha de ali-mentação 18 liga a instalação de fluido de perfuração com bomba 24 com odispositivo de perfuração 6 e alimenta fluido de perfuração fresco, enquantoa linha de transporte termina na instalação de tratamento de fluido de perfu-ração 26. Ali, o fluido de perfuração é purificado dos desperdícios de perfu-ração e através de uma linha de ligação 25, o fluido de perfuração, agorafresco, pode ser novamente conduzido à mistura de fluido de perfuraçãocom bomba 24 (circulação de fluido de perfuração). Através de aberturas,que estão previstas no módulo de ligação 15, fluido de perfuração fresco épreenchido no espaço anular entre tubulação e furo. Alternativamente, fluidode perfuração com desperdícios de perfuração no espaço anular tambémpode ser guiado de volta para a instalação de tratamento de fluido de perfu-ração.
Listagem de Referência
1 ponto de partida
2 escavação de partida
3 ponto de destino
4 escavação de destino
5 dispositivo de empuxo
6 dispositivo de perfuração
7 linha de perfuração
8 tubulação
9 obstáculo
10 fundo da água
11 parede do furo
12 furo
13 módulo
14 roda de corte
15 módulo de ligação
16 anel de corte
17 Iinhadetransporte
18 linha de alimentação
19 cabo de energia e controle
20 apoio
21 suportes rolantes
22 armação de guia
23 posto de controle com abastecimento de energia24 instalação de mistura de fluido de perfuração com bomba
25 linha de ligação
26 instalação de tratamento de fluido de perfuração
Claims (9)
1. Processo para a instalação sem vala de tubos, que apresentaos seguintes passos:Execução de trabalhos para produção de um furo ao longo deuma linha de perfuração (7) predeterminada e uma instalação de uma tubu-lação (8) preparada em uma peça, em um passo de trabalho, sendo que asforças necessárias para a perfuração e instalação são transmitidas atravésda tubulação (8) ao dispositivo de perfuração (6).Ligação da extremidade anterior da tubulação (8) com um dispo-sitivo de perfuração (6) controlável, que é ligado, de preferência, através deum módulo de ligação (15) com a tubulação (8).Solicitação de forças do exterior sobre a tubulação (8) por uniãopositiva (fricção) por um dispositivo de empuxo (5), com o qual a tubulação(8) é empurrada do ponto de partida (1) para o ponto de destino (3).Remoção dos desperdícios de perfuração, desprendidos pelodispositivo de perfuração durante o processo de perfuração e transporte hi-dráulico para fora do furo.Preenchimento contínuo do espaço anular formado durante oprocesso de instalação entre a tubulação (8) e a parede do furo (11) com um fluido.
2. Processo de acordo pom a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a tubulação apresenta um diâmetro externo de pelo menos 400mm e/ou que o diâmetro externo do dispositivo de perfuração (6) é maior doque o da tubulação (8).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o processo de perfuração e o de instalação da tubulação (8)são realizados simultaneamente e, substancialmente, continuamente.
4. Dispositivo de perfuração para uma instalação sem vala detubos, particularmente, para uso em um processo de acordo com uma dasreivindicações 1 a 3, sendo que o dispositivo de perfuração (6) é controlável,está dotado em sua superfície frontal anterior de uma broca com uma ferra-menta de corte (14), em sua superfície frontal posterior apresenta um módu-Io de ligação (15), para ligação com uma tubulação (8), e a superfície frontalposterior está dotada de um anel de corte (16), sendo que o acionamento daferramenta de corte (14) e/ou do anel de corte (16) dá-se por pelo menos umacionamento externo, sendo que, de modo particularmente preferido, a fer-ramenta de corte (14) e o anel de corte (15) são acionáveis separadamente.
5. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o diâmetro externo do anel de corte (16) éligeiramente menor do que o da broca e o diâmetro interno do mesmo é ligei-ramente maior do que o do módulo de ligação (15).
6. Dispositivo de perfuração de acordo com a reivindicação 4 ou-5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de perfuração controlável estáformado por pelo menos dois módulos (13) unidos um ao outro articulada-mente através de pelo menos, em cada caso, três cilindros de controle.
7. Dispositivo de perfuração de acordo com uma das reivindica-ções 4 a 6, caracterizado pelo fato de que no primeiro módulo (13) do dispo-sitivo de perfuração (6) está integrado um britador.
8. Dispositivo de perfuração de acordo com uma das reivindica-ções 4 a 7, caracterizado pelo fato de que na ferramenta de corte (14) e/ouno anel de corte (16) do dispositivo de perfuração (6) estão montados injeto-res de alta pressão, dos quais o fluido de perfuração é bombeado sob altapressão, para o anel de corte (16), de preferência, no recuo.
9. Dispositivo de perfuração de acordo com uma das reivindica-ções 4 a 8, caracterizado pelo fato de que no módulo de ligação (15) estãoinseridas aberturas, das quais o espaço anular formado no processo de per-furação, entre parede de furo (11) e tubulação (8) é preenchido com fluido deperfuração.
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