BRPI0808959B1 - Conector para conectar componentes de um sistema submarino, sistema submarino e método para conectar mutuamente componentes de um sistema submarino - Google Patents

Description

(54) Título: CONECTOR PARA CONECTAR COMPONENTES DE UM SISTEMA SUBMARINO, SISTEMA SUBMARINO E MÉTODO PARA CONECTAR MUTUAMENTE COMPONENTES DE UM SISTEMA SUBMARINO (51) Int.CI.: E21B 17/02; E21B 17/08; E21B 33/038 (30) Prioridade Unionista: 16/03/2007 GB 0705093.3 (73) Titular(es): LEWIS LIMITED (72) Inventor(es): DAVID ERNEST MCKAY; DRUMMOND LAWSON; MALCOLM GEORGE CAMERON MILNE “CONECTOR PARA CONECTAR COMPONENTES DE UM SISTEMA SUBMARINO, SISTEMA SUBMARINO E MÉTODO PARA CONECTAR MUTUAMENTE COMPONENTES DE UM SISTEMA SUBMARINO”

A presente invenção diz respeito a um conector para conectar mutuamente equipamento de manutenção de poço e similar, ou conectar este equipamento de manutenção de poço às cabeças de poço, ou similares. A invenção diz respeito, particularmente, a um conector submarino para uso em sistemas de intervenção sobre cabeças de poço submarinas e, mais particularmente, a um conector para unir componentes individuais destes sistemas, remotamente, por meio de pressão hidráulica aplicada.

Produção fora da costa pode ser realizada a partir de uma cabeça de poço submarino que é completada sobre o leito do mar. Um tubo ascendente pode ser instalado para prover um meio para transportar ferramentas da superfície até a cabeça de poço, ou árvore submarina e, subsequentemente, até o poço abaixo. O tubo ascendente pode ser formado de uma ou mais seções tubulares mutuamente conectadas. Seções individuais do tubo ascendente podem prover funções diferentes em relação ao transporte das ferramentas da superfície ao leito do mar, e vice-versa. Na explicação a seguir, serão descritas seções de lubrificador, mas outros componentes de tubo ascendente são similarmente cobertos pelo escopo da presente invenção.

Quando são necessárias numerosas seções individuais de tubo ascendente para alcançar a superfície, seções adjacentes são mutuamente unidas através de conectores.

Durante a perfuração, teste, e operação de um poço de óleo, é frequentemente necessário inserir e retirar aparelhos, tais como aparelhos de perfilagem de poço, e posicionar ferramentas para substituir equipamentos, tais como válvulas, tampões de pressão, etc. Estas operações são realizadas frequentemente por meio de uma técnica conhecida como cabeamento, onde o componente a ser inserido no poço é descido ao poço suspenso por um cabo.

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O aparelho pode ser descido para a cabeça de poço através de um conector unindo mutuamente duas seções de tubo ascendente adjacentes. Uma metade do conector é provida sobre a extremidade superior da instalação existente, e a outra metade de conector, que se casa com a primeira e o aparelho a ser inserido na cabeça de poço, pode ser suportada independentemente a partir da superfície. Alternativamente, a metade de conector que se casa pode ser suportada sobre o próprio aparelho.

Com válvulas abaixo do componente conector fêmea inferior fechadas contra a pressão de fluido do poço, o componente macho é descido até que o aparelho seja inserido no componente fêmea do conector, com o componente macho, consequentemente, obstruindo a parte superior do tubo ascendente. Uma vez estabelecida uma vedação por pressão impermeável a fluido, a válvula inferior pode ser aberta e o aparelho descido para a cabeça de poço.

Conectores conhecidos atuados remotamente são formados de componentes macho e fêmea, e o conector pode estabelecer tanto uma conexão física entre as duas peças de equipamento, quanto, também, uma conexão hidráulica ou elétrica entre os componentes, para prover o controle e a atuação dos equipamentos recém instalados. Os conectores atuados remotamente eliminam operações de conexão manuais e exigências de uso repetido de mergulhadores, dispendiosas, e permitem operações em profundidades que os mergulhadores não podem alcançar, ao conectar o equipamento de manutenção de poço e ao desconectá-lo de cabeças de poço submarinas.

O conector deve realizar numerosas funções durante a operação:

a) prover direcionamento suficiente da parte macho do conector para a parte fêmea;

b) permitir encaixe remoto desassistido sem dano aos de 21/02/2018, pág. 12/118 componentes de conector e linhas de controle associadas;

c) prover uma vedação primária contra a pressão interna do furo de poço;

d) travar com resistência estrutural suficiente para resistir a 5 toda a carga de pressão interna mais carga externa; e

e) estabelecer comunicação hidráulica, elétrica e ou ótica, através da interface, das partes macho e fêmea do conector.

No ambiente hostil no qual as operações de cabeamento descritas acima são realizadas e nas profundidades extremas que são encontradas, qualquer dano ao conector, particularmente durante a inserção do componente macho do conector no componente fêmea do conector, pode levar a dano na vedação principal através do conector, ou a danos nos acoplamentos hidráulicos, elétricos ou óticos dentro do conector.

Quando isto ocorre, a operação de cabeamento tem que ser realizada novamente para remover o equipamento instalado e içar o conector danificado para a superfície. O conector tem, então, que ser inspecionado e substituído, ou reparado. Se o dano ocorreu na parte mais baixa do conector, então, ambas as peças de equipamento deverão ser removidas do poço antes que operações posteriores possam ser reiniciadas.

A presente invenção tem por objetivo prover um conector que satisfaça ou, pelo menos, mitigue cada uma das funções acima.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um conector para conectar componentes de um sistema submarino, o conector compreendendo componentes macho e fêmea, um elemento guia para ajudar a orientação preliminar do componente macho dentro do componente fêmea e meio para puxar o componente macho para o componente fêmea, bem como, um elemento de fecho para fixar o componente macho no componente fêmea.

Preferivelmente, o elemento guia compreende uma superfície afilada provida sobre o componente fêmea.

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Vantajosamente, a superfície afilada é um cone provido sobre uma extremidade do componente fêmea.

Preferivelmente, a superfície do cone é lisa para impedir qualquer dano ao componente macho durante o contato inicial com a superfície.

Preferivelmente, também, o elemento guia compreende um cone sobre o componente macho para ajudar no direcionamento inicial do componente macho para o componente fêmea.

Preferivelmente, o meio para puxar o componente macho para o componente fêmea compreende uma superfície de apoio montada dentro do componente fêmea.

Preferivelmente, o componente macho compreende uma superfície de apoio que coopera com a superfície de apoio do componente fêmea quando o componente macho é inserido no componente fêmea.

Vantajosamente, as superfícies de apoio são anulares.

Preferivelmente, a superfície de apoio do componente fêmea é móvel verticalmente dentro do componente fêmea.

Preferivelmente, também, são providos meios para içar e descer a superfície de apoio fêmea dentro do componente fêmea.

Preferivelmente, os mencionados meios são meios hidráulicos.

Preferivelmente, também, são providos meios para aplicar uma força radialmente contra a superfície de apoio do componente macho para prender mecanicamente o componente macho dentro do componente fêmea antes de puxar o componente macho para o componente fêmea.

Preferivelmente, o aplicador de força radial é um pistão hidráulico.

Convenientemente, os componentes macho e fêmea são providos com superfícies de cooperação para estabelecer a conexão de dispositivos hidráulicos, elétricos ou óticos, através do conector.

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Preferivelmente, as superfícies de cooperação são anulares. Preferivelmente, os dispositivos de acoplamento hidráulicos, elétricos, ou óticos, são providos sobre o componente fêmea, os mencionados dispositivos sendo atuáveis para se estenderem através da superfície de cooperação do componente fêmea para a superfície de cooperação do componente macho para estabelecer uma conexão através do conector.

Alternativamente, os dispositivos de acoplamento hidráulicos, elétricos, ou óticos são providos sobre o componente macho, os mencionados dispositivos sendo atuáveis para se estenderem através da superfície de cooperação do componente macho para a superfície de cooperação do componente fêmea para estabelecer uma conexão através do conector.

Vantajosamente, é provida uma armação ao redor do componente fêmea para permitir inspeção visual do componente e manuseio, por ROV, do componente. A armação igualmente provê proteção física ao componente e impede a preensão de cabos-guia, outros cabos, ou objetos, minorando perigos potenciais à segurança da embarcação, ou à integridade do poço, sobre o componente fêmea.

Preferivelmente, o elemento de fecho para travar mutuamente os componentes macho e fêmea compreendem uns ou mais membros de travamento sobre o componente fêmea que são extensíveis para um ou mais detentores no componente macho.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é provido um método para conectar mutuamente componentes de um sistema submarino compreendendo as etapas de montar um conector macho sobre um componente e um conector fêmea no outro, guiar o conector macho para o conector fêmea em uma orientação preliminar e, subsequentemente, puxar o componente macho para o componente fêmea antes de travar o componente macho na posição dentro do componente fêmea, criando, desse modo, acesso total ao furo, axialmente, através do conector.

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De acordo com um aspecto adicional da presente invenção é provido um sistema submarino incorporando um conector de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.

Os modos de realização da presente invenção serão descritos 5 agora com referência e como mostrados nos desenhos anexos, nos quais:

A Fig. 1 é uma vista esquemática em perspectiva de um conector de acordo com um aspecto da presente invenção;

A Fig. 2 é uma vista de baixo em perspectiva ampliada, do componente fêmea do conector da Fig. 1 montado sobre uma seção de lubrificador e com a armação removida para maior clareza;

A Fig.3 é uma vista esquemática em seção transversal através do componente fêmea;

A Fig. 3A é uma vista esquemática em seção transversal adicional através do componente fêmea;

A Fig. 4 é uma vista de baixo em perspectiva ampliada do componente macho do conector da Fig. 1;

A Fig. 5 é uma vista em perspectiva de uma seção de lubrificador com os componentes de conector macho e fêmea montados em cada extremidade, e

A Fig. 6 é uma vista em elevação mostrando várias versões diferentes do componente macho para o conector da Fig. 1.

Voltando-se agora às figuras, é mostrado um conector 1 para conectar mutuamente componentes submarinos tais como, por exemplo, um lubrificador a uma cabeça de poço, ou duas seções de lubrificador. Nos modos de realização descritos abaixo, os conectores são montados sobre as extremidades de duas seções de lubrificador adjacentes que devem ser mutuamente conectadas.

O conector compreende um componente fêmea 2 e um componente macho 3, cada um deles adaptado para ser montado de maneira

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 16/118 conhecida sobre uma extremidade de uma seção de lubrificador.

O componente fêmea compreende um alojamento cilíndrico oco 4 ao redor do qual é provida uma pluralidade de meios de montagem ocos substancialmente retangulares 5 os quais, neste modo de realização, são fixados à superfície externa do alojamento, mas que poderiam ser formados integralmente com ela. Cada um dos meios de montagem é provido com um furo transpassante 6 axial.

Cada meio de montagem serve como um guia para um cilindro hidráulico 7 montado axialmente sobre a superfície externa do alojamento e que passa através do furo do meio de montagem. Dentro de cada cilindro é provido um pistão (não mostrado).

Um entalhe axial 9 é provido na superfície externa do meio de montagem, o qual serve para prover confirmação visual da posição do pistão dentro do cilindro. O entalhe também provê a inclusão de neutralização direta dos pistões no caso de falha hidráulica. Isto pode ser configurado separadamente ou em combinação com a função do indicador de posição visual. O meio de neutralização pode ser mecânico direto, ou seja, tracionamento por ROV, ou linha da superfície, ou por hidráulico independente, ou seja, o ROV coloca o cilindro hidráulico para levantar o pistão.

A extremidade distal 10 do alojamento, distante da seção do lubrificador, é provida com um funil compreendendo um cone 11 para direcionamento de um componente macho do conector para o componente fêmea, como será descrito mais completamente abaixo, e em um duto 12. O duto do cone é montado na extremidade do alojamento oco e provê comunicação fluídica entre a seção de lubrificador abaixo do alojamento à seção de lubrificador a ser montada sobre o mesmo.

A inclinação da face interna 13 do cone pode ser selecionada dependendo do tamanho do conector. A face interna do cone é lisa de modo a

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 17/118 impedir qualquer dano ao componente macho do conector durante a inserção.

Um flange anular 14 é provido no duto do funil de modo que a região do duto acima do flange tenha um diâmetro maior do que a região abaixo do flange. O diâmetro do duto abaixo do flange é ligeiramente maior do que aquele do alojamento do componente fêmea para permitir que o funil seja montado sobre ele.

Flanges anulares adicionais (não mostrados) podem ser providos para permitir comunicação direta adicional. Estes flanges adicionais podem ser escalonados, empilhados ou graduados, ou providos em qualquer arranjo apropriado dentro do duto.

O flange anular 14 é provido com uma pluralidade de furos 15 que se estendem através do flange a partir da face superior T para a face inferior B. A face superior do flange é localizada dentro do duto do funil e a face inferior do flange faceia o alojamento do componente fêmea. Os furos através do flange estão posicionados entre os cilindros montados externamente sobre o alojamento.

Uma pluralidade de acopladores de controle 16 é montada nos cilindros 17 abaixo do flange, cada cilindro contendo um acoplador que pode ser estendido através de um furo no flange para se estender a partir da face frontal do flange.

Uma superfície de apoio metálica substancialmente anular 18 é montada dentro do duto do canal, atrás do flange anular. A superfície de apoio é afilada a partir da parede do alojamento em direção à borda interna da superfície e termina em um aro suportado 19 dentro do componente fêmea.

Uma ou mais aberturas (não mostradas) podem ser providas na superfície de apoio para receber uma chave de localização de um componente macho para ajudar no alinhamento axial dos componentes. Em um modo de realização, a(s) abertura(s) pode(m) ser estendida(s) para a superfície de apoio e pode(m) ter uma forma helicoidal, ou inclinada, para ajudar na rotação de

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 18/118 um componente macho para a orientação necessária na inserção.

Em um arranjo alternativo, as aberturas podem ser providas no componente macho e as chaves de localização providas sobre a superfície de apoio do componente fêmea.

Um ou mais meios de atuação 20, como cilindros hidráulicos

21, são providos radialmente dentro da superfície de apoio, os mencionados cilindros sendo extensíveis para aplicar uma força radialmente através do aro de extensão da superfície de apoio sobre um componente macho inserido no componente fêmea.

Alternativamente, os meios de atuação podem ser um pistão, um dedo mecânico, ou um braço de alavanca.

Além disso, um ou mais cilindros hidráulicos são montados abaixo da superfície de apoio e conectados à mesma para levantar e abaixar a superfície de apoio dentro do componente fêmea, como será descrito mais abaixo.

Um elemento de fecho 22 é provido dentro do componente fêmea para reter mecanicamente um componente macho do conector na posição dentro do componente fêmea. Neste modo de realização, o elemento de fecho é atuado pelos cilindros hidráulicos 23 providos nos meios de montagem fixados à superfície externa do alojamento do componente fêmea.

Um came 24 é montado no pistão portado dentro do cilindro, um dos quais está mostrado na Fig. 3. Em um arranjo alternativo (não mostrado), o came pode ser integral com o pistão. O came se estende para o alojamento do componente fêmea debaixo do cilindro hidráulico. A superfície

25 do came, distante do cilindro, pode ser afilada, como mostrado na Fig. 3. O came pode ter um ângulo reverso como será descrito mais abaixo.

Um seguidor de came 26 é montado adjacente à superfície afilada do came, o seguidor tendo uma superfície afilada 27 voltada para o came e uma superfície perfilada 28 no outro lado dele. A superfície perfilada,

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 19/118 neste modo de realização, é mostrada como um ou mais encastelamentos. Um entalhe pode ser provido no seguidor de came 26 para encaixe com o ângulo reverso do came 24, como descrito mais abaixo.

A movimentação vertical do pistão dentro do cilindro move o came 24 verticalmente dentro do alojamento do componente fêmea. Quando a superfície afilada do came é levantada e abaixada, o seguidor de came 26 é movido radialmente para dentro, ou para fora, contra o came.

Uma armação 29 é provida ao redor do alojamento, a armação se estendendo a partir da borda superior do cone do funil para um anel 30 montado em um ponto sobre a extremidade inferior do componente fêmea, ou sobre a seção de lubrificador abaixo do componente fêmea. A armação compreende uma rede aberta de mastros 31, a qual pode ter um reticulado metálico entre os mastros Os mastros e o reticulado, se usados, provêem proteção ao componente, enquanto que permitem acesso para verificações por

ROV, ou visuais.

O componente macho do conector está mostrado na Fig. 3 montado sobre a extremidade de uma extensão de lubrificador, entretanto, este poderia similarmente ser montado sobre um tubo ascendente se estendendo para a superfície ou para qualquer outra peça de equipamento.

O componente macho compreende um mandril tubular oco 32 através do qual fluidos podem passar desde a seção inferior do equipamento através do conector e para a peça superior de equipamento. A extremidade livre 33 do mandril é chanfrada para ajudar a inserção da extremidade livre no componente fêmea.

A circunferência externa do mandril leva a vedação principal para impedir que fluidos violem o conector. A vedação principal do conector pode ser elastomérica, ou ser um metal para vedação metálica. No modo de realização mostrado, a vedação é provida por um ou mais anéis resilientes que são fixados apertadamente ao redor do mandril.

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O diâmetro do mandril acima da vedação principal é alargado através de uma saia alargada 35. Detentores 36 são providos sobre o mandril para travar o componente macho dentro do componente fêmea. No modo de realização mostrado, os detentores são providos sobre uma cintura de diâmetro reduzido 37 do mandril, atrás da saia alargada 38.

A cintura do mandril termina em um flange anular que provê um ombro 39 levando a uma seção superior do mandril que tem um diâmetro externo similar ao da saia. Aberturas 40 são providas na superfície externa da seção superior do mandril, através das quais, chaves podem se estender como descrito mais completamente abaixo.

A extremidade distal 41 da seção superior do mandril termina em uma saia alargada 42 que é conectada a um flange anular adicional 43. A saia pode ser formada integralmente com o flange. O diâmetro externo do flange anular se casa com aquele do flange anular do componente fêmea.

Furos 44 são providos através do flange anular, os mencionados furos sendo alinháveis com os furos no flange anular do componente fêmea. Alguns furos podem ser providos em um ou em outro dos flanges anulares, ou o mesmo número de furos pode ser provido em cada um deles.

A superfície superior do flange anular do componente macho é provida com um bocal tubular oco 45 o qual, no modo de realização mostrado, é delicadamente afilado a partir do flange para a extremidade livre do bocal. O bocal tubular é coaxial com o mandril oco para prover um caminho de fluxo através do componente macho. A extremidade livre 46 do bocal é compartimentada para receber a extremidade livre de uma extensão de lubrificador, ou tubo ascendente, ou outra peça de equipamento para a qual a conexão é exigida.

Agora será descrita a operação do conector. O componente fêmea 2 do conector é montado sobre a extremidade livre de uma seção de lubrificador, ou similar, por conexão de encaixe por empurrão, conexão

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 21/118 rosqueada, ou quaisquer outros meios de conexão apropriados. O componente macho 3 do conector é montado sobre a extremidade de uma seção de lubrificador adicional, ou tubo ascendente. Pode ser uma conexão de encaixe por empurrão entre a extremidade livre do bocal do componente macho, ou uma montagem rosqueada, ou podendo ser provida outra fixação adequada.

As chaves sobre o mandril do componente macho são estendidas a partir das aberturas para ajudar no alinhamento rotativo do componente macho dentro do componente fêmea.

Em uma conexão submarina, é provável que o componente 10 macho seja descido/abaixado em direção ao componente fêmea, ainda que outras configurações também sejam consideradas apropriadas.

Quando o componente macho se aproxima do componente fêmea, a extremidade livre 33 do mandril oco 32 do componente macho é guiada pelo cone-guia 11 do componente fêmea. Os acopladores de controle hidráulicos 16 do componente fêmea são removidos abaixo da superfície do flange anular 14 do componente fêmea, de modo que não impeçam a inserção do componente macho 3 no componente fêmea 2 e para impedir dano aos conectores durante a inserção.

Uma vantagem adicional dos acopladores de controle hidráulicos 16 serem removidos abaixo da superfície do flange anular 14 é que obstruem eficazmente os furos 15 através do flange anular, impedindo, desse modo, que detritos entupam os furos durante o processo de inserção e, sendo equilibrados por pressão, permitem, simultaneamente, que linhas de suprimento hidráulicas sejam testada sob pressão em relação aos acopladores hidráulicos sem que o componente macho tenha sido inserido no componente fêmea.

Além disso, a superfície interna 13 do cone-guia tem um perfil liso para assegurar que não haja preensão do mandril 32 em cima do cone, o qual provê proteção adicional aos componentes do conector.

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Quando o mandril oco 32 do componente macho passa o coneguia 11, as chaves 36 do componente macho são recebidas dentro daquelas aberturas-guia do componente fêmea que puxam o componente macho para alinhamento rotativo com o componente fêmea.

A saia alargada 35 do componente macho se encaixa com a superfície de apoio anular 18 do componente fêmea, que está em sua posição levantada aguardando o soerguimento do componente macho. Isto também mantém a vedação principal 34 do mandril tubular fora do encaixe com o componente fêmea para assegurar que não seja danificada durante o encaixe dos componentes do conector.

Uma vez encaixado o mandril do componente macho na superfície de apoio anular 18 do componente fêmea, o(s) cilindro(s) hidráulico(s) radial 20 é (são) atuado(s) para aplicar uma força radial sobre o aro de extensão 19 da superfície de apoio o que, por sua vez, faz com que a superfície de apoio agarre forçosamente o mandril do componente macho.

Os cilindros hidráulicos 21 montados abaixo da superfície de apoio são, então, atuados para remover a superfície de apoio 18 para o componente fêmea puxando, desse modo, firmemente o mandril do componente macho para o componente fêmea, onde a vedação principal do conector é estabelecida entre os componentes macho e fêmea.

Os pistões externos 23, sobre o alojamento 4 do componente fêmea são atuados de modo que os cames 24 sejam abaixados com os pistões. Quando os cames descem dentro do componente fêmea, a superfície externa afilada 25 do came(s) se encaixa com a superfície afilada interna 27 do seguidor(es) 26 e o seguidor(es) é levado a se mover radialmente para dentro do componente fêmea. A superfície afilada gera uma pré-carga no componente macho para aumentar a capacidade de dobramento do conector. Os encastelamentos 28 do seguidor são travados na posição dentro dos detentores 36 do mandril do componente macho.

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Este puxão para baixo positivo do componente macho para o componente fêmea assegura que a resistência inerente ao se encaixar vedações elastoméricas não possa impedir que as vedações principais do conector 34 se encaixem quando apenas o peso do conector não for suficiente, mas também facilita o encaixe de vedações, como vedações metal contra metal, que podem exigir força adicional para encaixar e/ou pré-carregar.

À medida que o componente macho é puxado para baixo para o componente fêmea, os flanges anulares 14, 43 dos dois componentes são puxados juntamente. Os acopladores de linha de controle hidráulicos 16 são estendidos por meio da aplicação de pressão hidráulica através dos furos 15 no flange anular do componente fêmea e para os furos do flange anular do componente macho. Uma vez que os acopladores hidráulicos não se encaixam até depois do componente macho ter sido inteiramente puxado para o componente fêmea e travado no lugar, isto assegura que o alinhamento, travamento e acoplamento hidráulico, sejam três operações inteiramente independentes, em vez de aconteceram simultaneamente como fazem nos conectores existentes.

Como o alojamento externo das conexões hidráulicas permanece estacionário e toda a movimentação é contida internamente, não há nenhuma necessidade de uma mangueira hidráulica ser interligada à conexão entre o conector fêmea e as conexões hidráulicas evitando, desse modo, o risco de dano às conexões hidráulicas pelo flexionamento continuado desta mangueira. Isto também facilita o uso de encanamento duro para os acopladores abaixo do flange anular do componente fêmea, enquanto evita a necessidade de se fundamentar em flexibilidade para possibilitar a sua movimentação.

No caso de perda da pressão hidráulica que mantém a superfície de apoio do componente fêmea na posição abaixada, o travamento mecânico entre os componentes macho e fêmea é mantido evitando, desse de 21/02/2018, pág. 24/118 modo, falha do conector. Isto é realçado pelo fato dos pistões de travamento operarem em uma direção descendente, longe da superfície, impedindo, desse modo, movimentação a partir da posição fechada, sob ação da gravidade.

No caso de perda da pressão hidráulica que mantém os acopladores de linha de controle hidráulicos na posição estendida, os acopladores sendo inteiramente equilibrados por pressão, não gerando nenhuma força de separação e, consequentemente, assegurando que não se separarão sob pressão da linha de controle interna. E necessário pressão hidráulica sobre a função retrair para separar os acopladores hidráulicos. Além disso, a configuração dos acopladores hidráulicos é tal que, qualquer pressão interna na própria linha de controle atuará para manter o acoplador na posição estendida.

Quando for necessário desconectar as duas seções de lubrificador uma da outra, a operação para conectar os dois componentes do conector é invertida. A pressão do fluido abaixo do conector é descarregada, por exemplo, fechando-se uma válvula abaixo do conector, os acopladores 16 entre os flanges anulares dos componentes macho e fêmea sendo abaixados para sua posição retraída abaixo da superfície do flange anular do componente fêmea.

Os pistões externos são atuados para levantar o(s) came(s) dentro do componente fêmea, permitindo, desse modo, que o(s) seguidor(es) retorne(m) para sua posição radialmente para fora, de modo que o travamento mecânico entre os componentes macho e fêmea é removido. A superfície de confinamento18 é, então, levantada dentro do componente fêmea para levantar o mandril 32 do componente macho dentro do componente fêmea desencaixando, desse modo, a vedação principal do conector.

Uma vez que os pistões externos são levantados para levantar a superfície de confinamento, os ângulos reversos nos cames 24 permitem que eles se encaixem nos entalhes sobre os seguidores 26 e retirem ativamente os de 21/02/2018, pág. 25/118 seguidores do componente macho. O atuador hidráulico radial da superfície de apoio é desativado para liberar a preensão radial sobre o mandril do componente macho e o componente macho é removido do cone do componente fêmea.

Deve ser notado que o conector da presente invenção provê um processo de conexão multi-estágios, no qual, o componente macho do conector é protegido durante a operação inicial de alinhamento para impedir dano aos componentes vedantes do conector macho.

Toda a operação pode ser realizada remotamente sem a necessidade de mergulhadores por perto para fiscalizar a conexão. Um ROV pode ser posicionado no local para monitorar a conexão e a armação provida ao redor do componente fêmea facilita as verificações visuais que podem ajudar na operação de conexão.

É antecipado que o uso de um conector como descrito reduzirá a ocorrência de danos que ocorrem no conector durante a instalação e, com isso, reduz o tempo ocioso e a mão-de-obra necessários para remover, substituir e reparar estes conectores em um ambiente fora da costa.

Uma das funções operacionais primária do conector é transportar equipamento pesado submarinamente. É essencial que a carga sobre o conector esteja segura o tempo todo. Isto é importante não apenas da perspectiva dos perigos a bordo resultantes da queda de um objeto, mas, igualmente, dos perigos subsequentes resultantes de um objeto caindo sobre o equipamento de controle de poço, abaixo. O conector, como descrito, opera na direção descendente o que assegura que, no caso de toda a pressão do controle hidráulico ser perdida, então, o pistão de ativação não pode ter uma tendência de se mover para uma posição insegura sob a ação da gravidade. Isto provê uma operação à prova de falhas, verdadeira.

Adicionalmente, o conector serve para a função de prover uma barreira primária para os fluidos do poço ao suportar forças internas de de 21/02/2018, pág. 26/118 pressão e todas as forças aplicadas externamente. O conector da presente invenção combina esta função básica com a função adicionada necessária para o uso submarino ao manter todas as linhas de controle hidráulico e mecanismos de operação fora da vedação primária do furo de poço.

Consequentemente, qualquer vazamento ou falha de vedações hidráulicas não pode criar uma comunicação entre o furo de poço e os hidráulicos de controle.

O mecanismo de travamento da presente invenção não é exposto ao fluido no furo de poço, detritos, ou fluidos de estimulação adicionados. Isto ajuda a manter os materiais envolvidos livres da corrosão e igualmente impede a possibilidade de prisão de um mecanismo devido aos detritos acumulados.

Em um modo de realização alternativo da presente invenção, quando nenhuma pré-carga é necessária sobre o componente macho do conector, a superfície afilada do seguidor de came 27 do componente fêmea pode ser substituída por uma superfície plana. Neste modo de realização o came desliza atrás do seguidor de came para prover um travamento mecânico sem que nenhuma pré-carga seja colocada sobre o componente macho do conector

O conector 1, como descrito, é inteiramente empilhável devido à natureza oca dos componentes macho e fêmea e à falta de quaisquer obstruções internamente à passagem de fluido. Isto cria a capacidade de se estender tubos ascendentes de intervenção de poço para permitir recuperação de ferramenta sem a necessidade de um equipamento, posicionamento de colunas de ferramenta mais longas, ou conexão de um tubo ascendente à superfície sem a necessidade de recuperar o tubo ascendente auto-suportado instalado anteriormente, o que são vantagens significativas na intervenção de poço submarino.

Além disso, o conector foi projetado para assegurar que, quando empilhado, o controle (seja elétrico, eletrônico ou hidráulico) é

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 27/118 passado automaticamente do conector inferior para o conector mais alto, para impedir o risco de desconexão acidental do conector inferior.

Além disso, o conector foi projetado especificamente para permitir que uma variante da cabeça de controle da pressão como, por exemplo, um cabeamento ou E-line seja intercambiável com um componente macho de furo totalmente transpassante de 18,73 cm, como descrito. Exemplos estão mostrados na Fig. 6.

Embora a descrição antecedente tenha sido delineada para um conector tendo componentes macho e fêmea ocos para permitir que o conector permita a passagem de fluidos de poço através dele, deve ser notado que o componente macho poderia ser um corpo sólido, como um mandril de teste, ou de alçamento, usado para vedar a parte superior de um tubo ascendente, ao qual, um componente fêmea é montado, ou para prover uma plataforma para operações de cabeamento ou de recuperação de ferramenta.

Em outro modo de realização, é contemplado que as características externas do componente macho podem ser como descritas acima, mas, o interior do componente macho pode ser provido como um ou mais cartuchos que podem ser intercambiados, dependendo da operação a ser realizada. Consequentemente, no caso de um conector de empilhamento ser necessário, é inserido um cartucho no componente macho para prover um furo totalmente transpassante, como descrito no modo de realização acima. Quando for necessário um mandril de teste, ou de alçamento, pode ser provido um cartucho vazio que desobstrua o componente macho oco para permitir o teste de pressão do tubo ascendente abaixo do componente fêmea.

O mesmo projeto de cartucho também pode ser usado para mandris de cabeamento e E-Line.

Em um modo de realização adicional da presente invenção, quando um mandril de teste, ou de alçamento, que desobstrui a passagem para os fluidos de poço através do componente fêmea é inserido no componente

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 28/118 fêmea para, por exemplo, teste de pressão, o mencionado mandril de teste, ou de alçamento, é provido com um meio de conexão para permitir que uma linha seja provida entre o mandril e uma instalação de superfície, como uma plataforma flutuante, ou uma embarcação, com a finalidade de posicionar o sistema de intervenção a partir da plataforma, ou embarcação, para a cabeça de poço submarina. O meio de conexão pode ser um anel provido na parte superior do mandril de teste. Podem ser providos meios para permitir a liberação remota da linha, do anel, como, por exemplo, no caso de perda de energia para a embarcação, o que, de outro modo, resultaria na plataforma flutuante, ou embarcação, estar conectada mecanicamente ao mandril de teste, mas à mercê das condições ambientais.

Neste caso, o meio de conexão é liberado automaticamente para separar a conexão física entre o mandril de teste e a plataforma, ou embarcação, e para impedir qualquer dano ao mandril de teste, sistema de intervenção, estrutura submarina, ou à plataforma flutuante, ou embarcação.

O meio para permitir a liberação remota pode ser através da aplicação de um sinal hidráulico, elétrico, ou eletrônico (ou uma combinação dos supracitados) ou pela perda de qualquer um, ou uma combinação, dos acima.

Um mecanismo de intertravamento é incluído para assegurar que a conexão ao mandril de teste não possa ser liderada até que o sistema de intervenção tenha sido travado seguramente sobre a cabeça de poço submarina para impedir a liberação acidental do sistema de intervenção durante o posicionamento.

Antes de destravar o conector, conteúdo do tubo ascendente abaixo do conector deve ser lavado para impedir a perda de hidrocarbonetos para o ambiente. A saída de lavagem deve ser posicionada tão perto quanto possível da vedação principal do furo de poço sobre a parte macho do conector, de modo a assegurar a remoção completa dos contaminantes. Para

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 29/118 esta finalidade, foi incluída uma porta de lavagem no “nariz” do e-line, cabeamento e variantes do mandril de teste e alçamento da metade macho, a qual direciona o processo de lavagem através do mandril e imediatamente sob a vedação principal do furo de poço, assegurando uma remoção completa dos contaminantes.

O conector descrito acima também tem aplicação adicional em relação aos conjuntos de lubrificantes. A válvula superior de um conjunto de lubrificador tem sido configurada, tradicionalmente, de diferentes modos para diferentes sistemas. A válvula é necessária para prover acesso total ao furo para permitir a passagem das colunas de ferramentas para o poço. Ela também tem que ter o requisito de cortar o cabeamento. Isto surge do cenário em que a coluna de ferramenta fica presa quando cavalgando as válvulas de pressão de explosão principais no conjunto inferior e há uma seção da coluna de ferramenta que não pode ser cortada pelas forças de impacto cisalhantes.

Neste caso, a válvula superior pode cortar o cabo e fechar para isolar o poço e permitir que uma ação corretiva adicional seja tomada. Tradicionalmente, no passado, forças cortantes do tipo pressão de explosão foram usadas para esta finalidade. Um inconveniente está no fato delas se estenderem para fora por uma distância e, consequentemente, tornarem o conjunto superior maior e mais suscetível a preensão pelas linhas-guia.

A válvula de esfera usada para esta finalidade é mais delgada e proverá uma vedação metal contra metal no fechamento, entretanto, é cara e depende da superfície de vedação da esfera não ser danificada durante o corte, de modo a afetar uma vedação.

Uma opção para resolver isto é separar as operações de corte e^, vedação conduzindo a operação do corte dentro do mandril do componente macho do conector descrito acima e retendo a operação de vedação abaixo do conector. Esta opção tem numerosas vantagens.

O mecanismo de corte pode ser provido dentro do mandril

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 30/118 acima do flange anular do componente macho. O mecanismo de corte é necessário apenas para cortar o cabo, de modo que necessitará apenas de um furo de 2,54 cm. Isto reduzirá drasticamente o tamanho do mecanismo de corte.

O mecanismo de corte é transferido para dentro do componente macho do conector quando este é inserido em um componente fêmea diferente e, por conseguinte, a operação de corte é transferível entre conectores.

Com o mecanismo de corte transferido para o componente macho do conector, o mecanismo de vedação da válvula pode ser de qualquer tipo e, agora, um tipo de chapeleta poderia ser usado. A vantagem disto é que válvulas de chapeleta são consagradas como dispositivos de vedação e, quando são abertas, uma luva se estende para cobrir todas as superfícies e mecanismos de vedação impedindo, desse modo, que sejam danificados e que entrem detritos, provendo uma solução a um custo menor e mais duradoura.

Embora o conector tenha sido descrito como sendo o mais apropriado para o uso em um ambiente fora da costa, deve ser notado que o conector, é claro, poderia ser usado em outras aplicações onde for necessário que uma conexão seja estabelecida entre duas peças adjacentes de equipamento.

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Claims (4)

REIVINDICAÇÕES

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1. Conector (1) para conectar componentes de um sistema submarino, dito conector compreendendo componentes macho e fêmea (3, 2), um elemento guia (11) provido no componente fêmea (2) para ajudar a orientação

5 preliminar do componente macho (3) dentro do componente fêmea (2) e uma superfície de apoio (18; 20; 21) sobre o componente fêmea (2), caracterizado pelo fato de que a superfície de apoio (18; 20; 21) do componente fêmea (2) é seletivamente móvel verticalmente dentro do componente fêmea (2) para puxar o componente macho (3) para o componente fêmea (2) e um elemento de fecho

10 (22) para fixar o componente macho (3) dentro do componente fêmea (2).

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Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 36/118 fig.3

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2. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento guia (11) compreende uma superfície afilada provida sobre o componente fêmea (2).

3. Conector (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado 15 pelo fato de que aquela superfície afilada é um cone provido sobre uma extremidade do componente fêmea (2).

4. Conector (1) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a superfície do cone é lisa para impedir qualquer dano ao componente macho (3) durante o contato inicial com a superfície.

20 5. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento guia (11) compreende um cone sobre o componente macho (3) para ajudar no direcionamento inicial do componente macho (3) para o componente fêmea (2).

6. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado

25 pelo fato de que o componente macho (3) compreende uma superfície de apoio que coopera com a superfície de apoio (18; 20; 21) do componente fêmea (2), quando o componente macho (3) é inserido no componente fêmea (2).

7. Conector (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as superfícies de apoio são anulares.

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8. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um elemento hidráulico é provido para levantar e abaixar a superfície de apoio fêmea.

9. Conector (1) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado 5 pelo fato de que um aplicador de força radial é provido para mecanicamente prender o componente macho (3) dentro do componente fêmea (2) antes de puxar o componente macho (3) para o componente fêmea (2).

10. Conector (1) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o aplicador de força radial é um pistão hidráulico.

10 11. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes macho e fêmea são providos com superfícies de cooperação para estabelecer conexão de dispositivos hidráulicos, elétricos, ou óticos através do conector.

12. Conector (1) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado

15 pelo fato de que as superfícies de cooperação são anulares.

13. Conector (1) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que dispositivos de acoplamento hidráulicos, elétricos, ou óticos são providos sobre o componente fêmea (2), ditos dispositivos sendo atuáveis para se estenderem através da superfície de cooperação do componente fêmea

20 (2) para a superfície de cooperação do componente macho (3) para estabelecer uma conexão através do conector.

14. Conector (1) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que dispositivos de acoplamento hidráulicos, elétricos, ou óticos são providos sobre o componente macho (3), ditos dispositivos sendo atuáveis

25 para se estenderem através da superfície de cooperação do componente macho (3) para a superfície de cooperação do componente fêmea (2) para estabelecer uma conexão através do conector.

15. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma armação é provida ao redor do componente fêmea (2)

Petição 870180014140, de 21/02/2018, pág. 33/118 para permitir inspeção visual do componente e manuseio, por ROV, do componente.

16. Conector (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de fecho (22) compreende um ou mais membros

5 de travamento sobre o componente fêmea (2) que são extensíveis para um ou mais detentores (36) no componente macho (3).

17. Sistema submarino, caracterizado pelo fato de incorporar o conector como definido na reivindicação 1.

18. Método para conectar mutuamente componentes de um

10 sistema submarino, compreendendo as etapas de guiar um componente macho (3) do conector (1) para um componente fêmea (2) do conector (1) ao colocar o componente macho (3) em contato com um elemento guia (11) provido sobre o componente fêmea (2) em uma orientação preliminar e, subsequentemente, operar uma superfície de apoio (18; 20; 21), caracterizado

15 pelo fato de que tal superfície de apoio é seletivamente móvel verticalmente dentro do componente fêmea (2) para puxar o componente macho (3) para o componente fêmea (2), antes de travar o componente macho (3) na posição dentro do componente fêmea (2), criando, desse modo, acesso total ao furo, axialmente, através do conector.

20 19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que uma superfície de apoio do componente macho (3) do conector (1) é colocada em contato com a superfície de apoio (18; 20; 21) do componente fêmea (2) do conector (1) e o componente macho (3) é acoplado ao componente fêmea (2).

25 20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a superfície de apoio (18; 20; 21) do componente fêmea (2) é descida dentro do componente fêmea para puxar o componente macho (3) acoplado à mesma para uma posição de travamento.

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