MÓDULO CORTADOR PARA SECCIONAR UM DUTO EM UM POÇO, MÉTODO PARA SECCIONAR UM DUTO EM UM POÇO, SISTEMA, MÉTODO, E APARELHO
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A invenção se refere, de um modo geral, a um
conjunto cortador.
Sistemas marítimos, que empregados em águas relativamente profundas para operações de poços, incluem geralmente um condutor submarino que conecta um equipamento da embarcação na superfície a um conjunto de válvulas de segurança em uma cabeça de poço submarino. 0 condutor submarino possui um conduto, através do qual, ferramentas e fluidos podem ser comunicados entre a embarcação na superfície e o poço submarino. Sistemas marítimos, que são empregados para
operações de teste em poços, também incluem tipicamente um sistema de fechamento de segurança, que impede automaticamente a comunicação de fluido entre o poço e a embarcação na superfície, no caso de uma emergência, tal como perda da capacidade de posicionamento da embarcação. De modo característico, o sistema de fechamento de segurança inclui uma árvore de teste submarino, que é assentada no interior do conjunto de válvulas de segurança sobre uma coluna tubular. A árvore de teste submarino inclui, de um modo geral, uma porção de válvulas que possui uma ou mais válvulas normalmente fechadas, que podem fechar automaticamente o poço. A árvore de teste submarino também inclui uma porção de engate, que permite à porção da coluna tubular acima da árvore de teste submarino ser desconectada da árvore de teste submarino.
Se uma condição de emergência surgir durante a distribuição das ferramentas no tubo flexível, p. ex. , o sistema de fechamento de segurança é inicialmente usado para seccionar o tubo flexível. Em um sistema de fechamento de segurança típico, uma válvula de esfera executa a função de seccionar o tubo flexível e a função de interromper o fluxo.
Embora até certo ponto eficaz, o uso de válvulas de esfera para seccionar o tubo flexível comprovou ser difícil com tamanhos maiores de tubo flexível. Além disso, o uso das válvulas de esfera para realizar operações de corte pode ter efeitos prejudiciais de vedação nas superfícies de vedação da válvula. De modo caracter!stico, as superfícies de vedação podem ficar marcadas, reduzindo a eficiência de vedação.
Assim, existe a necessidade de um cortador de tubos eficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Em uma modalidade da invenção, o módulo cortador
inclui um pistão e uma lâmina cisalhante. 0 pistão inclui pelo menos dois elementos telescópicos móveis, que são adaptados para expandir o pistão de um comprimento retraído para um comprimento expandido. A lâmina cisalhante é conectada ao pistão para seccionar um tubo em resposta à expansão do pistão, a partir do comprimento retraído para o comprimento expandido. A lâmina cisalhante possui um fio de corte, que possui um raio superior a 0,01 pol.
Em outra modalidade da invenção, um aparelho inclui espaçadores com diferentes dimensões e um conjunto de módulo cortador, que inclui lâminas cisalhantes opostas que são adaptadas para seccionar um duto. Os espaçadores são adaptados para estabelecer diferentes afastamentos de corte entre as lâminas cisalhantes.
Vantagens e outros aspectos da invenção tornar-se- ão claras a partir da descrição, desenho e das reivindicações a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO
A fig. 1 ilustra um sistema marítimo com uma árvore submarina tendo uma modalidade do módulo cortador da presente invenção.
A fig. 2 ilustra um sistema submarino com uma árvore submarina tendo uma modalidade do módulo cortador da presente invenção.
A fig. 3 mostra uma modalidade do módulo cortador da presente invenção, com suas lâminas na sua posição aberta. A fig. 4 ilustra uma modalidade do módulo cortador alojado no interior de uma árvore submarina, com suas lâminas de corte retraídas.
A fig. 5 apresenta uma vista de topo da geometria em forma de V de uma modalidade das lâminas de corte.
A fig. 6 apresenta uma vista de topo da geometria de raios curvos de uma modalidade das lâminas de corte.
A fig. 7 apresenta uma vista de topo de uma modalidade do módulo cortador tendo pistões telescópicos.
A fig. 8 apresenta uma vista lateral de uma
modalidade do módulo cortador tendo pistões telescópicos.
A fig. 9 ilustra uma modalidade do módulo cortador, onde o módulo cortador está localizado abaixo da válvula de esfera.
A fig. 10 é um diagrama esquemático de um conjunto
de módulo cortador com suas lâminas retraídas, de acordo com uma modalidade da invenção.
A fig. 11 é uma vista mais detalhada de uma lâmina cisalhante de um módulo cortador da fig. 10, de acordo com
2 0 uma modalidade da invenção.
A fig. 12 é uma vista mais detalhada de um pequeno elemento de pistão e componentes associados do módulo cortador da fig. 10, de acordo com uma modalidade da invenção.
A fig. 13 é uma vista em perspectiva da lâmina
cisalhante, de acordo com uma modalidade da invenção. A fig. 14 é uma vista em corte tomada ao longo da linha 14 - 14 da fig. 13, de acordo com uma modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Deve ficar claro que a presente invenção não é
limitada ao uso com as modalidades especificas dos sistemas submarinos mostrados, mas é igualmente usada com vantagens em qualquer outro sistema de poço, no qual o seccionamento do tubo flexível, cabo elétrico, corda de piano, ou outras linhas de produção ou comunicação, possa se tornar necessário.
Além disso, embora a invenção seja essencialmente descrita com referência às ferramentas de intervenção distribuídas em tubos flexíveis, deve ficar claro que a presente invenção pode ser usada com vantagens para seccionar cabo de aço, corda de piano, ou outra linha de produção ou comunicação, caso necessário.
Com referência aos desenhos, onde caracteres similares são usados para peças similares ao longo das diferentes vistas, a fig. 1 ilustra um poço 10, que atravessa um reservatório de fluido 12 e um sistema marítimo 14 adequado para testar a produtividade do poço 10. O sistema marítimo 14 compreende um sistema de superfície 16, que inclui uma embarcação de produção 18, e um sistema submarino 20 que inclui um conjunto de válvulas de segurança 22 e uma cabeça de poço submarino 24. A cabeça de poço submarino 24 é fixada ao leito do oceano 26, e o conjunto de válvulas de segurança 22 é montado sobre a cabeça de poço submarino 24. 0 conjunto de válvulas de segurança 22 inclui preventores de gaveta 28 e preventores anulares 30, que podem ser operados para vedar e conter a pressão no poço 10. Um condutor submarino 32 conecta o conjunto de válvulas de segurança 22 à embarcação 18 e oferece uma passagem 34, através de qual, ferramentas e fluido podem ser comunicados entre a embarcação 18 e o poço 10. Na modalidade mostrada, a coluna tubular 36 está localizada dentro do condutor submarino 32, para facilitar o fluxo dos fluidos da formação, a partir do reservatório de fluido 12 até a embarcação 18.
O sistema submarino 20 inclui um sistema de fechamento de segurança 38, que fornece fechamento automático do poço 10, quando as condições na embarcação 18 ou no poço 10 se afastarem dos limites predeterminados. 0 sistema de fechamento de segurança 38 inclui uma árvore submarina 10, que é assentada no conjunto de válvulas de segurança 22 sobre a coluna tubular 36. Uma porção inferior 42 da coluna tubular 36 pode ser sustentada por um suspensor estriado 44, ou pode ser de modo alternativo presa na cabeça de poço 24 com uma ferramenta de assentamento do suspensor de duto. A árvore submarina 40 possui um conjunto de
válvulas 46 e um engate 48. 0 conjunto de válvulas 46 atua como uma válvula de controle mestra durante o teste do poço 10. O conjunto de válvulas 46 inclui uma válvula de chapeleta normalmente fechada 50 e uma válvula de esfera normalmente fechada 52. A válvula de chapeleta 50 e a válvula de esfera 52 podem ser operadas em série. 0 engate 48 permite que uma porção superior 54 da coluna tubular 36 seja desconectada da árvore submarina 40, caso desejado.
Em uma modalidade da presente invenção, a árvore submarina 40 ainda compreende um módulo cortador 56 tendo lâminas cisalhantes opostas 58. 0 módulo cortador 56 está localizado abaixo do conjunto de válvulas 46. Se uma condição de emergência surgir durante a distribuição das ferramentas de intervenção abaixadas através da coluna de duto 36 sobre o tubo flexível, as lâminas 58 do módulo cortador 56 são ativadas para seccionar o tubo flexível, antes do poço ser fechado.
A fig. 2 ilustra um sistema submarino 20 tendo uma modalidade do módulo cortador 56 da presente invenção. 0 sistema submarino 20 é adaptado para facilitar a produção de um poço 10 para uma embarcação marítima (não mostrada). O sistema submarino inclui um conjunto de válvulas de segurança 22, uma cabeça de poço submarino 24, e um sistema de fechamento de segurança 38. A cabeça de poço submarino 24 é fixada ao leito do oceano 26, e o conjunto de válvulas de segurança 22 é montado sobre a cabeça de poço submarino 24. O conjunto de válvulas de segurança 22 inclui preventores de gaveta 28 e preventores anulares 30 que podem ser operados para vedar e conter a pressão no poço 10. Um condutor submarino 32 conecta o conjunto de válvulas de segurança 22 a uma embarcação marítima e oferece uma passagem, através da qual, ferramentas e fluido podem ser comunicados entre a embarcação e o poço 10. Na modalidade mostrada, a coluna tubular 36 está localizada dentro do condutor submarino 32, para facilitar o fluxo dos fluidos da formação, a partir do reservatório de fluido até a embarcação.
O sistema de fechamento de segurança 38 do sistema submarino 20 fornece fechamento automático do poço 10, quando as condições na embarcação se afastarem dos limites predeterminados. 0 sistema de fechamento de segurança 38 inclui uma árvore submarina 40, que é assentada no conjunto de válvulas de segurança 22 sobre a coluna tubular 36. Uma porção inferior 42 da coluna tubular 36 pode ser sustentada por um suspensor estriado 44, ou pode ser presa na cabeça de poço 24 com uma ferramenta de assentamento do suspensor de duto. A árvore submarina 40 possui um conjunto de válvulas 46 e um engate 48. O conjunto de válvulas 46 atua como uma válvula de controle mestra durante o teste do poço 10. O conjunto de válvulas 46 inclui uma válvula de chapeleta normalmente fechada 50 e uma válvula de esfera normalmente fechada 52. A válvula de chapeleta 50 e a válvula de esfera 52 podem ser operadas em série. O engate 48 permite que uma porção superior 54 da coluna tubular 36 seja desconectada da árvore submarina 40, caso desejado.
Alojada dentro da árvore submarina 40 existe uma modalidade do módulo cortador 56 da presente invenção. O módulo cortador 56 está localizado abaixo do conjunto de válvulas 46 e é mostrado na fig. 2 com suas lâminas 58 na sua posição aberta. Se uma condição de emergência surgir durante a distribuição das ferramentas de intervenção abaixadas através da coluna tubular 36 sobre o tubo flexível, as lâminas 58 do módulo cortador 56 são acionadas para seccionar o tubo flexível, antes do poço ser fechado.
A fig. 3 mostra uma modalidade do módulo cortador 56 da presente invenção com suas lâminas 58 na sua posição aberta. Uma ferramenta de intervenção 60 é abaixada através do módulo cortador 56 sobre o tubo flexível 62.
As lâminas 58 são mostradas na sua posição aberta e são afixadas a um pistão 64 localizado dentro de um alojamento de pistão 66. Uma câmara de pressão 68 é definida pelo alojamento de pistão 66 e a parede externa 70 do módulo cortador 56. Um ou mais orifícios de pressão 72 são localizados na parede externa 70 do módulo cortador 56 e permitem comunicação de pressão de fluido (p. ex. gasoso, hidráulico etc.) através das linhas de controle (não mostradas) para dentro da câmara de pressão 68. 0(s) orifício(s) de pressão 72 é(são) ilustrado(s)
na fig. 3, como sendo localizado (s) no lado do módulo cortador 56. Porém, em outras modalidades da invenção, o(s) orifício (s) de pressão 72 pode(m) ser localizado(s) na superfície de topo do módulo cortador 56, pouco ou nenhum espaço podendo estar disponível no lado do módulo cortador 56 para o(s) orifício(s) de pressão 72. De modo particular, nessas modalidades da invenção, onde o(s) orifício (s) de pressão 72 está (ao) localizados na superfície de topo do módulo cortador 56, o(s) orifício(s) de pressão 72 está(ão) em comunicação com a câmara de pressão 62 através de passagens, que são formadas na parede externa 70.
Para acionar, ou estender, as lâminas 58, pressão fluida é alimentada pelas linhas de controle a um ou mais orifícios de pressão 72. A pressão fluida atua para impelir os pistões 64 na direção do tubo flexível 62, até que a lâminas 58 cisalhem o tubo flexível 62 se estendendo no seu interior. Após o tubo flexível 62 ter sido cortado pelas lâminas 58, a pressão fluida alimentada pelas linhas de controle é interrompida, e os pistões pressurizados 64 e lâminas 58 retornam a seu estado aberto, em decorrência da pressão muito maior de furo existente dentro da coluna tubular 36. Durante os testes na superfície sem pressão de furo, os pistões 64 e as lâminas 58 podem ser retornados a seu estado aberto, pela pressurização alternada das linhas de controle.
Em algumas modalidades, para acomodar a retração
das lâminas 58, material foi removido do alojamento de pistão 66 ou do grande pistão no lado de sustentação. Esse material foi removido do diâmetro completo, de forma que a rotação do alojamento de pistão 66 ou do grande pistão não afete a lâmina do cortador.
A fig. 4 ilustra uma modalidade do módulo cortador
56 com as lâminas de corte 58 retraídas. O módulo cortador 56 é alojado dentro de uma árvore submarina 40, que inclui um conjunto de válvulas 46 tendo uma válvula de esfera 52. 0 módulo cortador 65 está localizado abaixo da válvula de esfera 52.
Através da ativação por aplicação de pressão ao pistão 64, as lâminas de corte 58 atuam para seccionar qualquer tubo flexível localizado dentro do módulo cortador 56. Após o tubo flexível ter sido seccionado e removido da árvore submarina 40, a válvula de esfera 52 é fechada para vedar o poço.
As lâminas 58 utilizadas pelo módulo cortador 56 são projetadas, de modo particular, para corte e assim propiciam um corte mais eficiente do que os equipamentos tradicionais, tais como válvulas de esfera usadas para cortar tubo flexível. Nos testes conduzidos dentro dos laboratórios da Schlumberger, a eficiência de uma válvula de esfera para corte é de cerca de 20% com relação a uma aproximação de cisalhamento básico. Em contraste, as lâminas de corte 58 do módulo cortador 56 demonstraram uma eficiência superior a 100%. Além disso, o corte de tubo flexível de grande diâmetro com válvulas de esfera pode demandar que o tubo flexível seja submetido a uma grande quantidade de tensão. Em contraste, o módulo cortador 56 da presente invenção pode cortar tubo flexível de maior diâmetro na ausência de tensão.
As lâminas 58 do módulo cortador 56 são projetadas para evitar o colapso do tubo flexível sendo cortado. Em decorrência disso, o tubo flexível cortado é muito mais fácil de ser resgatado após o processo de seccionamento. Embora qualquer número de geometrias de lâmina possa ser usado de maneira vantajosa pela presente invenção, para fins de ilustração, duas geometrias exemplificantes são mostradas nas figs. 5 e 6. Na ilustração de vista de topo da fig. 5, a
superfície de corte 74 possui uma geometria em forma de V, que age para evitar o colapso do tubo flexível sendo cortado. Da mesma forma, na ilustração da vista de topo da fig. 6, a superfície de corte 74 da lâmina de corte 58 possui um raio curvo que corresponde estreitamente ao diâmetro de tubo flexível estendido entre eles. Ambas as geometrias agem para evitar o colapso do tubo flexível, para permitir operações mais simples de recuperação.
Como acima citado, qualquer número de geometria de lâmina pode ser usado de modo vantajoso para seccionar sem desmoronar o tubo flexível. Na verdade, a maioria dos formatos, além daqueles com extremidades de lâmina plana, irão realizar isso.
Em outras modalidades, o módulo cortador 56 utiliza pistões telescópicos. Devido ao tamanho limitado na coluna tubular 36, em cujo interior deve ser preso o equipamento de corte, o uso de pistões telescópicos permite um maior curso dos pistões, e assim das lâminas afixadas, do que aquele atingível com pistões tradicionais.
Uma modalidade dos pistões telescópicos 76 é ilustrada nas figs. 7 e 8. Δ fig. 7 mostra uma vista de topo do pistão telescópico 76, e a fig. 8 apresenta uma vista lateral.
Os pistões telescópicos 76 utilizam camadas múltiplas de pistão e uma lâmina de corte 58. Na modalidade mostrada, a superfície de corte 74 da lâmina de corte 58 possui uma geometria em forma de V. Porém, deve ficar claro que um raio curvo ou outra geometria aplicada pode ser usada, de maneira vantajosa.
0 módulo cortador 56 utiliza dois pistões telescópicos 76, que se estendem opostamente entre si. Através de pressurização, as camadas de pistão iniciam seu curso e se expandem até um comprimento superior àquele alcançável com um pistão tradicional. Os pistões telescópicos 76 se expandem até que eles se sobreponham, e as lâminas 58 cortam qualquer material disposto entre eles. Para possibilitar a sobreposição, as lâminas 58 possuem seu material removível de áreas especificas para acomodar a geometria da lâmina oposta. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, fendas ocas 78 são previstas na face dos pistões 76 acima de uma das lâminas 58 e abaixo da lâmina correspondente 58.
Após o procedimento de corte, a pressão alimentada é interrompida e as camadas de pistão não-pressurizadas dos pistões telescópicos 76 retornam às suas posições não- estendidas, em decorrência da pressão muito maior do furo dentro da coluna tubular. Durante os testes nas superfícies sem pressão do furo, os pistões 76 e as lâminas 58 podem ser retraídos a seus estados abertos, através da pressurização alternada das linhas de controle.
Em operação, e com referência à fig. 1, a árvore submarina 40 é assentada no conjunto de válvulas de segurança 22, compreendendo os preventores de gaveta 28 e os preventores anulares 30, sobre a coluna tubular 36. A válvula de chapeleta 50 e a válvula de esfera 52 na árvore submarina 40 são abertas para permitir fluxo de fluido da porção inferior 42 da coluna tubular 36 para a porção superior 54 da coluna tubular 36. Além disso, as válvulas abertas 50, 52 permitem que ferramentas sejam abaixadas através do tubo flexível (ou cabo elétrico, corda de piano, linhas de comunicação etc.) através da coluna tubular 36 para realizar operações de intervenção.
No caso de uma emergência durante uma operação de intervenção, o módulo cortador 56 é acionado para seccionar o tubo flexível. Após ser seccionado, o tubo flexível restante na porção superior 54 da coluna tubular 36 é levantado, até que sua extremidade seccionada se separe da válvula de esfera 52 e da válvula de chapeleta 50 do conjunto de válvulas 46. Nesse ponto, as válvulas 50, 52 podem ser automaticamente fechadas para impedir que fluido escoe da porção inferior 42 da coluna tubular 36 para a porção superior 54 da coluna tubular 36. Após as válvulas 50, 52 serem fechadas, o engate 48 é liberado, permitindo que a porção superior 54 da coluna tubular 36 seja desconectada da árvore submarina 40 e retornada à embarcação 18, ou erguida até um nível que permita à embarcação 18 extraí-la, caso necessário. Após a situação de emergência, a embarcação 18 pode
retornar ao local do poço e o condutor submarino 32 pode ser conectado novamente ao conjunto de válvulas de segurança 22. O sistema de fechamento de segurança 38 pode ser distribuído novamente e o tubo flexível que permanece na porção inferior 42 da coluna tubular 36 pode ser recuperado através de várias operações de pescaria.
É importante observar que a modalidade acima é usada em poços verticais e horizontais. Devido ao fato do módulo cortador 56 seccionar o tubo flexível abaixo das válvulas 50, 52, a porção seccionada do tubo flexível não irá interferir com o fechamento das válvulas 50, 52. Outra modalidade da presente invenção é mostrada na fig. 9. Nessa modalidade, o módulo cortador 56 está localizado acima da válvula de chapeleta 50 e da válvula de esfera 52. Assim sendo, essa modalidade é útil em poços verticais.
Em operação, a árvore submarina 40 é assentada no conjunto de válvulas de segurança 22, compreendendo os preventores de gaveta 28 e os preventores anulares 30, sobre a coluna tubular 36. A válvula de chapeleta 50 e a válvula de esfera 52 na árvore submarina 40 são abertas para permitir fluxo de fluido da porção inferior 42 da coluna tubular 36 para a porção superior 54 da coluna tubular 36. Além disso, as válvulas abertas 50, 52 permitem que ferramentas sejam abaixadas através do tubo flexível (ou cabo elétrico, corda de piano, linhas de comunicação etc.) através da coluna tubular 36 para realizar operações de intervenção.
No caso de uma emergência durante uma operação de intervenção, o módulo cortador 56 é acionado para seccionar o tubo flexível. Após ser seccionado, o tubo flexível restante na porção inferior 42 da coluna tubular 36 cai no interior do poço vertical, até que ele tenha se separado da válvula de esfera 52 e da válvula de chapeleta 50 do conjunto de válvulas 46. Nesse ponto, as válvulas 50, 52 podem ser automaticamente fechadas para impedir que fluido escoe da porção inferior 42 da coluna tubular 36 para a porção superior 54 da coluna tubular 36. Após as válvulas 50, 52 serem fechadas, o engate 48 é liberado, permitindo que a porção superior 54 da coluna tubular 36 seja desconectada da árvore submarina 40 e retornada à embarcação (não mostrada), ou elevada até um nivel que permita à embarcação extrai-la, caso necessário.
Após a situação de emergência, a embarcação pode retornar ao local do poço e o condutor submarino 32 pode ser conectado novamente ao conjunto de válvulas de segurança 22. 0 sistema de fechamento de segurança 38 pode ser distribuído novamente e o tubo flexível, que permanece na porção inferior 42 da coluna tubular 36, pode ser recuperado através de várias operações de pescaria.
Com referência à fig. 10, de acordo com algumas modalidades da invenção, um conjunto de módulo cortador 100 pode ser instalado no lugar dos módulos cortadores acima descritos 56 ou 76, em uma árvore ou coluna submarina, tal como a árvore submarina 40. Em outras modalidades da invenção, o conjunto de módulo cortador 100 pode ser usado em um poço subterrâneo. Um eixo longitudinal 110 do módulo cortador 100 é geralmente alinhado com o eixo longitudinal da árvore submarina 40, onde o conjunto de módulo cortador 100 é instalado. O conjunto de módulo cortador 100 inclui dois módulos cortadores opostos 115A e 115B, cada qual possuindo um desenho similar e incluindo um pistão telescópico. Quando uma pressão de ativação é aplicada ao mesmo tempo a ambos os módulos cortadores 115A e 115B, cada um dos pistões telescópicos se estende (cada qual a partir de um comprimento de cerca de 5 pol. até o comprimento de cerca de 9 pol., por exemplo), para estender de modo correspondente duas lâminas cortadoras opostas, ou lâminas cisalhantes 160, a fim de cisalhar um tubo que se estende através de uma passagem central 102 do conjunto de módulo cortador 100. As lâminas cisalhantes 160 podem ser curvadas em torno de um eixo longitudinal 110, a fim de guiar o tubo a ser cortado dentro das lâminas cisalhantes 160.
Conforme abaixo descrito, o conjunto de módulo cortador 100 possui certos aspectos para impedir ruptura e/ou danos que podem, de outro modo, ocorrer às lâminas de corte na ocasião do corte de um tubo. De modo particular, de acordo com algumas
modalidades da invenção, cada lâmina cisalhante 160 é feita de aço inoxidável S53, que é um aço inoxidável de alta resistência e alta dureza, e é bastante dúctil. O uso do aço inoxidável S53 permite que a lâmina cisalhante 160 realize cortes múltiplos, com desgaste ou deformação bastante pequenos.
Com referência à fig. 11 em conjunto com a fig. 10, de acordo com algumas modalidades da invenção, a lâmina cisalhante 160 pode ter um perfil de seção transversal geralmente em forma de V, que afasta os pedaços de tubo cortados. A lâmina cisalhante 160 pode ter ainda um fio de corte 210, que é intencionalmente arredondado. De modo particular, de acordo com algumas modalidades da invenção, um raio R do fio de corte 210 pode ser de pelo menos 0,01 pol. , e pode ser de 0,06 pol. (como um exemplo mais especifico). Outros raios são possíveis e estão dentro do escopo das reivindicações apensas.
0 raio R é pequeno o suficiente, a fim de que o tubo seja cortado, ao invés de sofrer desmoronamento. Porém, o raio R é mantido de modo grande o suficiente, para evitar que lascas da lâmina cisalhante 160 se soltem durante um corte, o que pode de outro modo ocorrer para um fio de corte mais afiado. Além disso, o formato arredondado do fio de corte 210 melhora a distribuição de tensões dentro da lâmina cisalhante 160. De modo particular, o perfil arredondado do fio de corte 210 impede altas tensões ao longo do fio de corte 210, que podem ocorrer em conexão com um perfil de corte mais afiado.
Com referência novamente à fig. 10, o conjunto de módulo cortador 100 possui aspectos adicionais direcionados para impedir a ruptura das lâminas cisalhantes 160. Com relação aos detalhes mais específicos, os módulos cortadores 115A e 115B são dispostos em um alojamento de pressão 120 do conjunto de módulo cortador 100. A passagem central 102 se estende através do alojamento 120 para formar um segmento da passagem central global da árvore submarina 40. O alojamento 120 inclui aberturas ou cavidades radialmente dispostas 122, que acolhem os módulos cortadores 115A e 115B. De acordo com algumas modalidades da invenção, o alojamento 120 pode ser feito de material de liga 718.
O módulo cortador 115A é abaixo descrito, devendo
ficar claro que o módulo cortador 115B possui um desenho similar, de acordo com algumas modalidades da invenção. O pistão telescópico do módulo cortador 115A é formado por duas camadas de pistão, de acordo com algumas modalidades da invenção, embora o pistão telescópico possa ser formado por mais de duas camadas de pistão, de acordo com outras modalidades da invenção. No exemplo especifico, que é descrito na fig. 10, as camadas de pistão incluem um pequeno elemento de pistão 140 (formando uma camada de pistão), que é disposto dentro de um cilindro interno 132 de um grande elemento de pistão 130 (formando outra camada de pistão). 0-rings podem ser usados para formar um selo entre os pequeno 140 e grande 130 elementos de pistão.
Com referência à fig. 12 em conjunto com a fig. 10, o pequeno elemento de pistão 140 inclui uma cabeça de pistão 230, que possui uma superfície superior 231 e desenvolve uma força para acionar o elemento 140, quando pressão fluida é aplicada para ativar o módulo cortador 140A. A cabeça de pistão 230 é concêntrica com o cilindro interno 132 do grande elemento de pistão 130, é estreitamente dimensionada com o diâmetro do cilindro interno 132, e é geralmente configurada para operar com o cilindro interno 132. 0 pequeno elemento de pistão 140 ainda inclui uma haste 236, que se estende radialmente a partir da cabeça do pistão 230, através de uma abertura 131 (ver a fig. 10) do maior elemento de pistão 130. Conforme ilustrado na fig. 10, O-rings podem formar selos entre a superfície externa da haste de pistão 236 e a abertura 131.
Δ ponta da haste 236 mais afastada da cabeça de pistão 230 inclui uma abertura 238, que é concêntrica com a haste 236, a fim de conectar o pequeno elemento de pistão 140 na lâmina cisalhante 160. De modo particular, de acordo com algumas modalidades da invenção, a lâmina cisalhante 160 pode ter um eixo 142 (ver a fig. 11), e o eixo 142 pode conter roscas externas que se encaixam nas roscas correspondentes que revestem a abertura 238.
Dentre outros aspectos do pequeno elemento de pistão 140, o pequeno elemento de pistão 140 pode ser feito de material de liga 718, de acordo com algumas modalidades da invenção, e sua cabeça de pistão 230 pode incluir um perfil 232 (ver a fig. 12), que facilite a remoção do pequeno elemento de pistão 140 (e conectado à lâmina cisalhante 160) durante a desmontagem do módulo cortador 115A, conforme abaixo discutido a seguir.
Conforme pode ser observado da descrição precedente, o pequeno elemento de pistão 140 converte e transfere a força hidráulica para a lâmina cisalhante 160 durante uma operação de corte.
Com referência à fig. 10, o grande elemento de pistão 130, de acordo com algumas modalidades da invenção, é também configurado para se mover em resposta à pressão que é aplicada para ativar o módulo cortador 115A. Como mostrado na fig. 10, o grande elemento de pistão 130 é geralmente disposto na cavidade 122 do alojamento 120 e, de um modo geral, circunscreve o pequeno elemento de pistão 140. Uma tampa de pistão 124 fecha a abertura de outro modo exposta da cavidade 122. Assim, a cavidade 122 e a tampa 124 formam uma câmara de pistão, na qual os grande 130 e pequeno 140 elementos de pistão operam.
De acordo com algumas modalidades da invenção, a tampa de pistão 124 se estende radialmente para dentro da cavidade 122, assim que uma parede cilíndrica 125 da tampa de pistão 124 se estende entre uma cabeça de pistão 131 do grande elemento de pistão 130 e a parede interna (do alojamento 120) que define a cavidade 122. Um ou mais 0- rings podem formar selos entre a cabeça de pistão 131 e a parede 125 da tampa de pistão 124. Além disso, O-rings podem formar selos entre a tampa de pistão 124 e a parede interna da cavidade 122. A tampa de pistão 124 pode ser formada por material de liga 718, de acordo com algumas modalidades da invenção. Conforme ilustrado na fig. 10, o alojamento do
cortador 120 inclui uma abertura 123 entre a cavidade 122 e a passagem central 120, através de qual o grande elemento de pistão 130 se estende, quando o módulo cortador 115A é ativado. O-rings podem formar um selo entre o alojamento 122 e a superfície externa do grande elemento de pistão 130 na abertura 123. Assim, o grande elemento de pistão 130 pode se mover radialmente para dentro, em resposta à pressão; e o movimento do grande elemento de pistão 130 também conduz o pequeno elemento de pistão 140, que também se estende (devido ao arranjo telescópico) com lâmina cisalhante 160 conectada. O grande elemento de pistão 130 pode ser formado por material de liga 718, de acordo com algumas modalidades da invenção.
A fim de atuar o pistão telescópico, o módulo cortador 115A, de acordo com algumas modalidades da invenção, inclui pelo menos uma passagem 125, a fim de comunicar pressão fluida para os grande 130 e pequeno 140 elementos de pistão. De modo particular, de acordo com algumas modalidades da invenção, a(s) passagem(ns) 126 são orientada(s) através da tampa de pistão 124, e O-rings podem guarnecer a(s) passagem(ns) 126, a fim de fechar a(s) passagem(ns). A(s) passagem(ns) 126 fornecem pressão para a superfície externa das cabeças de pistão do grande elemento de pistão 130.
Dentre seus outros aspectos, o grande elemento de pistão 130 pode ainda incluir uma ou mais passagens 133, a fim de restabelecer a posição do pistão telescópico, quando a pressão de acionamento for aliviada. De modo particular, de acordo com algumas modalidades da invenção, a(s) passagem(ns) 133 se estende(m) a partir de uma região abaixo da cabeça de pistão do grande elemento de pistão 130 até uma região 132 (no cilindro interno) abaixo da cabeça de pistão do pequeno elemento de pistão 140. Assim, após a pressão acionadora sobre o pistão telescópico ser aliviada, a(s) passagem(ns) 133 comunica(m) pressão para retornar o pequeno elemento de pistão 140 para sua posição recuada. O conjunto de módulo cortador 100 pode ter um ou
mais aspectos adicionais para limitar ou evitar a ruptura das lâminas cisalhantes 160, de acordo com modalidades da invenção. Por exemplo, conforme ilustrado na fig. 10, de acordo com algumas modalidades da invenção, o módulo cortador 115A inclui um espaçador de pistão 150 que pode ser geralmente, p. ex., um anel que circunscreve a haste 236 (ver também a fig. 12) do pequeno elemento de pistão 140.
O espaçador de pistão 150, em geral, limita a extensão da lâmina cisalhante 160 durante a operação do módulo cortador 115A. De modo particular, o espaçador 150 limita o curso do pequeno elemento de pistão 140, com relação ao grande elemento de pistão 130, durante uma operação de corte, quando o espaçador 150 estabelece um afastamento fixo entre a base 233 (ver a fig. 12) da cabeça de pistão 230 do pequeno elemento de pistão 140 e a outra superfície de contato 161 (ver a fig. 10) do grande elemento de pistão 130. Devido a essa limitação de curso, um afastamento mínimo, ou folga, entre as lâminas cisalhantes opostas 160 pode ser controlado, com base no tamanho do tubo a ser cortado.
De modo particular, foi descoberto que, quando as lâminas cisalhantes 160 ultrapassam o ponto, no qual o tubo é cortado, as lâminas e o tubo podem colidir entre si, o que causa excessivas tensões transversais (não presentes durante a operação efetiva de corte) nas lâminas 160. Essas tensões transversais, por sua vez, podem provocar a ruptura das lâminas 160. Assim, através da limitação do curso das lâminas cisalhantes 160, um tubo bem sucedido pode ser obtido, enquanto que evitando a ruptura das lâminas cisalhantes 160.
Assim, de acordo com algumas modalidades da invenção, um jogo ou kit de espaçadores de pistão 150 com diferentes tamanhos (isto é, diferentes espessuras) pode ser fornecido com o conjunto de módulo cortador 100, assim que o espaçador apropriado 150 (isto é, o espaçador de pistão 150 tendo a espessura apropriada) pode ser selecionado e instalado nos módulos cortadores 115A e 115B, baseado em uma ou mais característica(s) (tamanho e/ou ductilidade do tubo, como exemplos) do tubo a ser cortado. De acordo com algumas modalidades da invenção, o mesmo espaçador de espessura 150 pode ser instalado em cada módulo cortador 115A e 115B para uma aplicação específica de corte.
As espessuras apropriadas para os espaçadores de pistão 150 podem ser determinadas por cortes de teste, usando-se amostras de tubo para tarefas específicas, p. ex. Nesse particular, através da coleta de medidas de um tubo cortado com sucesso, as medidas podem ser usadas para selecionar a correta espessura do espaçador, de modo que o jogo de espaçadores 150 adequadamente dimensionado (isto é, um para cada módulo cortador 115A, 115B) possa ser selecionado para o tubo, que pode precisar ser cortado no fundo do poço. Os espaçadores de pistão 150 podem ser constituídos de aço inoxidável 316, de acordo com algumas modalidades da invenção. Com referência à fig. 12 em conjunto com a fig. 10,
dentre outros aspectos do módulo cortador 115A, de acordo com algumas modalidades da invenção, o módulo cortador 115A pode incluir um anel retentor 138 (ver a fig. 12), a fim de limitar do movimento do pequeno elemento de pistão 140 (e de sua lâmina cisalhante 160 afixada) durante a desmontagem do módulo cortador 115A. Nesse particular, quando o módulo cortador 115A for desmontado e a tampa de pistão 124 for removida, o pequeno elemento de pistão 140 precisa ser extraído com força significativa, para remover todo o pequeno elemento de pistão 140, grande elemento de pistão 130 e subconjunto de lâmina cisalhante (a lâmina cisalhante 160, eixo 140) . 0 anel retentor 138 impede que a lâmina cisalhante 160 faça contato com o grande elemento de pistão 130 durante essa operação, protegendo assim a lâmina cisalhante 160 contra danos ou ruptura.
Para evitar o desengate prematuro do pequeno
elemento de pistão 140 do módulo cortador 115A, o anel retentor 138 forma um encosto para reter o pequeno elemento de pistão 140 dentro do grande elemento de pistão 130. De modo particular, de acordo com algumas modalidades da invenção, o pequeno elemento de pistão 140 inclui um ressalto anular 250 (ver a fig. 12), que é configurado para fazer contato com uma porção anular interna do anel retentor 138. Uma porção anular externa 260 do anel retentor 138 se estende para dentro de uma canaleta anular correspondente, que é formada na parede interna do cilindro interno 132 do grande elemento de pistão.
Assim, quando o módulo cortador 115A for inteiramente montado, o anel retentor 138 é fixado ao grande elemento de pistão 130 para estabelecer o mais afastado ponto de retração para o pequeno elemento de pistão 140. Quando o módulo cortador 115A é desmontado, uma ferramenta pode ser usada para encaixar o perfil 232 do pequeno elemento de pistão 140, antes do anel retentor 138 ser removido para permitir a extração do pequeno elemento de pistão 140 e da lâmina cisalhante 160 afixada. 0 anel retentor 138 pode ser constituído de aço inoxidável da série 300, de acordo com algumas modalidades da invenção.
Com referência novamente à fig. 10, dentre outros aspectos do conjunto de módulo cortador 100, de acordo com algumas modalidades da invenção, fendas guias 171 (uma fenda guia 171 sendo ilustrada na fig. 10) podem ser usinadas dentro do alojamento do cortador 122, a fim de guiar e sustentar as lâminas cisalhantes 160, conforme as lâminas cisalhantes 160 se estendem e se retraem. As fendas guias 171 mantêm as lâminas cisalhantes 160 corretamente alinhadas para corte, normal ao furo. Em algumas modalidades da invenção, uma chaveta de lâmina 170 (constituída do material de liga 718, p. ex.) pode ser montada dentro da fenda guia 171, a fim de proporcionar suporte adicional para as lâminas cisalhantes 160 durante seu ciclo completo de abertura/ fechamento.
De acordo com algumas modalidades da invenção, o conjunto de módulo cortador 100 pode ainda incluir um sub de vedação do furo 190, que forma uma conexão selada (através de O-rings, p. ex.) com uma extremidade do conjunto de módulo cortador 122. Além disso, o conjunto de
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módulo cortador 100 pode incluir um acoplamento esticador 180 (constituído de aço de alta resistência, p. ex.), que é usado a fim de conectar o conjunto de módulo cortador 100 na coluna submersa. 0 acoplamento esticador 180 fornece suporte estrutural para o conjunto de módulo cortador 100, sustenta qualquer carga que fique suspensa abaixo do conjunto de módulo cortador 100, e pode servir como um centralizador, quando o conjunto 100 for introduzido e extraído do furo. A montagem do conjunto de módulo cortador 100 pode ser ainda auxiliada por um ou mais pinos de alinhamento 181, que guiam o conjunto 100 para ficar alinhado com o restante da coluna ou árvore.
A fig. 13 ilustra uma vista em perspectiva de uma lâmina cisalhante 400, de acordo com algumas modalidades da invenção. A fig. 14 ilustra uma vista em corte correspondente tomada ao longo da linha 14 - 14 da fig. 13. Como pode ser observado, a lâmina cisalhante 400 possui uma superfície de corte 414 que possui um perfil geralmente curvo 410, que se estende parcialmente em volta do eixo longitudinal do conjunto de módulo cortador. Com referência à fig. 14, a superfície de corte 414 é ainda inclinada com relação ao eixo longitudinal do conjunto de módulo cortador, para formar uma seção transversal em forma de V correspondente. Embora não ilustrado nas figs. 13 e 14, um fio de corte 418 da lâmina cisalhante 400 possui um raio arredondado, tal como um raio de pelo menos 0,01 pol. (0,06 pol., p. ex.), conforme ilustrado na fig. 11. Dentre outros aspectos, a lâmina cisalhante 400 pode incluir um eixo 402, que inclui um receptáculo roscado 420, a fim de fixar a lâmina cisalhante 400 ao pequeno elemento de pistão 40. Observa-se que a lâmina cisalhante 400 é uma dentre muitas modalidades possíveis, que podem incidir no escopo das reivindicações apensas.
Outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações apensas. Por exemplo, de acordo com algumas modalidades da invenção, o alojamento do cortador 120 (ver a fig. 10, p. ex.) pode incluir uma canaleta anular na sua superfície externa, a fim de elevar e manipular o conjunto de módulo cortador 100, para montar o conjunto 100 numa árvore. A canaleta anular permite grampos, que possuem ressaltos correspondentes, para travar no conjunto de módulo cortador 100, a fim de que o conjunto 100 não deslize durante a operação. Assim, o conjunto de módulo cortador 100 pode ser transportado na horizontal e usado na vertical. A ferramenta de manipulação gira a árvore de teste da horizontal para a vertical, o que pode ser uma operação significativa, devido ao tamanho e peso da árvore de teste (um tamanho de cerca de 20.000 libras e 20 + pés, ρ. ex.).
Embora a invenção tenha sido divulgada com respeito a um número limitado de modalidades, as pessoas versadas na técnica, tendo o benefício dessa divulgação, deverão avaliar numerosas modificações e variações com relação à mesma. Pretende-se que as reivindicações apensas cubram todas essas modificações e variações, conforme incidentes no verdadeiro espírito e escopo da invenção.