BRPI0913772A2 - enrijecedor para riser com puxada auto-travante e saque auto-destravante, e seu mÉtodo de operaÇço - Google Patents

Abstract

ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, E SEU MÉTODO DE OPERAÇçO, A presente invenção se refere a um dispositivo capaz de se conectar e travar automaticamente um enrijecedor de riser ao suporte cônico no momento da puxada. Na operação reversa, de saque, o dispositivo é capaz de se auto-destravar e sustentar o peso do enrijecedor solto, evitando sua queda riser abaixo. O referido dispositivo simplifica as operações de puxada e de saque dos risers flexíveis, dispensando a necessidade do apoio de equipes de mergulho.

Description

ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, E SEU MÉTODO DE OPERAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um enrijecedor de riser equipado com dispositivo capaz de se conectar e travar automaticamente o enrijecedor do riser ao suporte cônico no momento da puxada, bem como na operação reversa de saque, é capaz de se auto-destravar e sustentar o peso do enrijecedor solto, evitando sua queda riser abaixo. O referido dispositivo simplifica as operações de puxada e de saque dos risers flexíveis, dispensando a necessidade do apoio de equipes de mergulho.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Em sistemas marítimos de produção, o petróleo produzido nos poços localizados no fundo do oceano é transportado até uma unidade estacionária de produção (UEP) por meio de tubulações. Este conjunto de tubulações de linhas umbilicais eletro-hidráulicas, de injeção de água e de bombeamento de óleo e gás é convencionalmente denominado: linha de coleta de produção.

Este conjunto de tubulações, que constituem as linhas de coleta de produção, se subdivide basicamente em duas porções distintas:

- A primeira porção, preponderantemente horizontal denominada: trecho horizontal, sendo este estático e conhecido especificamente no jargão técnico por "flowline".

- A segunda porção, é constituída por uma tubulação preponderantemente vertical, conectada à extremidade do trecho horizontal e que ascende do leito do mar até ao casco da plataforma onde se acoplará denominada: trecho vertical, conhecido e doravante denominado pelo seu jargão técnico: "riser".

O termo vertical aqui empregado não deve ter uma interpretação rigorosa, uma vez que a distância entre a plataforma e o ponto de conexão ao "flowline", aliada ao peso do próprio riser obriga que este trecho assuma uma configuração substancialmente curva conhecida como catenária. O ângulo desta catenária é definido em projeto e depende de diversos fatores.

Os risers podem ser do tipo rígido ou flexível, e são afixados à plataforma por meio de estruturas de ancoragem especialmente projetadas para sustentar e resistir aos seus esforços de tração, resultantes do peso próprio, mais a dinâmica dos movimentos. As forças horizontais e momento fletor que completam o equilíbrio de forças no riser são absorvidos junto a estruturas específicas providas à UEP, normalmente, mas não necessariamente, abaixo da linha d'água. Estas estruturas específicas de ancoragem são conhecidas como suportes cônicos, ou vulgarmente como "bocas de sino", quando utilizadas nos risers do tipo flexíveis.

Verificou-se que existem movimentos relativos dos risers em relação às bocas de sino, e estes são resultantes de diversos movimentos impostos aos próprios risers ou às plataformas, independentemente. Os movimentos são gerados pela atuação das correntes marinhas, das diferenças de marés, das ondas e a diversos outros fatores, que atuam simultaneamente nas estruturas. Desse modo o ângulo da catenária projetado no ponto de acoplagem se altera constantemente, mas sempre dentro de uma faixa determinada e esperada.

Neste contexto, especificamente nos risers tipo flexíveis, foi previsto um componente conhecido como enrijecedor de curvatura ou restritor de curvatura, que protegem os risers dos esforços horizontais e momentos fletores, sendo que normalmente são travados nas bocas de sino. Basicamente o enrijecedor tem a função de assegurar a manutenção da variação de ângulo do riser em relação ao elemento de acoplamento, dentro de uma faixa segura. Em outras palavras, impedir mecanicamente que o riser seja fletido além do seu mínimo raio de curvatura MBR (Minimum Bending Radius). Mas também tem outras funções, dentre elas a de diminuir o efeito da fadiga e desgaste por atrito nesta região de conexão.

Os enrijecedores de curvatura podem ser simploriamente entendidos como um segmento de luva, polimérico, que através de componentes intertravados envolve os risers tipo flexíveis na região de acoplamento à boca de sino, aumentando-lhes a rigidez à flexão e, portanto, garantindo que os risers não venham a ser fletidos em raios menores do que os mínimos admissíveis em projeto.

Para que esses segmentos de luva atuem adequadamente conforme o esperado em projeto, eles também têm que estar travados em uma estrutura mais enrijecida. Esta condição é alcançada, travando um trecho do dito segmento de luva contra a estrutura de ancoragem no momento da acoplagem do riser. E para que este trecho de segmento de luva permaneça na condição travada após o término da operação de acoplagem do riser, tem que ser empregado um meio de travamento, como por exemplo, travas, parafusos, ou qualquer outro.

Assim a estrutura comum presente em todos os enrijecedores pode ser descrita como: um trecho de segmento de luva que envolve a seção do riser sujeita às forças horizontais e momentos fletores, o dito trecho de segmento de luva sendo dotado em sua extremidade inferior de uma terminação rígida que no momento de acoplagem do riser à boca de sino, sustenta um trecho da estrutura do segmento de luva junto à cúpula da boca de sino. A sustentação é mantida por meio de dispositivos que fixam a terminação rígida à boca de sino.

TÉCNICA RELACIONADA

Os enrijecedores são utilizados por quase todas as unidades estacionárias de produção (UEP) existentes no Brasil e no exterior, e podem ser travados aos respectivos dispositivos de fixação denominados bocas de sino, ou mesmo aparafusados por meio de flanges ou sedes cônicas. O único enrijecedor conhecido capaz de se auto-travar na boca de sino é o "Ballgrab-Diverless" Bend Stifferner Connector:

www.ballgrab.co.uk/diverless_images.php

www.ballgrab.co.uk/diverless_technical.php

Entretanto este enrijecedor dispensa a utilização da mão de obra de mergulhadores apenas na operação de acoplamento, pois na operação reversa, de desacoplamento, o "Ballgrab-Diverless" necessita de ROV (Remote Operated Vehicles) ou mergulhadores.

A tecnologia utilizada no mecanismo de travamento deste enrijecedor baseia-se em dezenas de esferas que agem como cunhas de travamento, as quais dependem do atrito em relação à superfície interna da boca de sino. No entanto, usualmente o enrijecedor "Ballgrab-diverless" deixa de ser adotado por motivos como: preço elevado; falta de confiabilidade no sistema, devido a grande probabilidade de acúmulo de incrustações nas esferas; ou ainda a falta de uma pesquisa mais apurada que possibilite uma previsão do comportamento de outros componentes constituídos de materiais não tradicionais de serem aplicados no meio marinho, presentes no mecanismo de travamento.

Atualmente, são preferencialmente utilizados enrijecedores que utilizam bocas de sino providas com travas simples do tipo grampo articulado (dogs), devido a sua simplicidade construtiva, que além de baratear os custos com o próprio dispositivo, garante o travamento do enrijecedor.

No entanto, qualquer modelo de enrijecedor atualmente existente cuja boca de sino seja provida com grampos articulados (dogs), tanto nas operações de acoplamento como no desacoplamento, vai exigir a intervenção da mão de obra de técnicos mergulhadores. Estes são essenciais para a realização de ambas as operações, e realizam manualmente tanto o engate e travamento, quanto o destravamento e desengate dos grampos articulados.

As operações de acoplamento dos enrijecedores de curvatura, conhecidas no meio técnico como "puxadas", são também usualmente conhecidas pela terminologia em inglês "pull-in". O procedimento de puxada, descrito de forma bastante simplificada, é composto por quatro etapas, a saber:

1 - passagem do cabo de puxada por dentro da boca de sino;

2 - puxada do enrijecedor com o riser para dentro da boca de sino;

3 - travamento dos grampos articulados que fixam o enrijecedor na boca de sino;

4 - fixação da cabeça de tração;

sendo que, a terceira etapa necessariamente tem que ser feita por mergulhadores.

É importante ressaltar e detalhar um aspecto da interação que ocorre entre a boca de sino e o enrijecedor na região de acoplamento, que gera um problema ainda não solucionado por qualquer modelo de enrijecedor existente no mercado que utilize bocas de sino.

Como já foi mencionado anteriormente, existem movimentos relativos dos risers em relação às bocas de sino. As bocas de sino estão afixadas nas UEP's, e estas, junto com o casco, estão em constante movimento, gerado pela atuação das correntes marinhas, das diferenças de marés e ondas. Por sua vez os risers também sofrem movimentos gerados pelas correntes. Assim as travas das bocas de sino também sofrem esforços variados em função desta relatividade de movimentos.

Devido a este comportamento os diversos modelos de enrijecedores existentes no mercado apresentam um problema de induzir constante alteração de esforços atuantes nas travas ou dispositivos fixação.

Nos modelos que fazem uso de flanges e parafusos como dispositivo de fixação, existem no mínimo três pontos de interação entre a terminação rígida do enrijecedor e o contra-flange de fixação. E quando o equipamento está em operação, o movimento pendular aleatório imposto ao enrijecedor também distribui irregularmente os esforços aos dispositivos de fixação, no caso, aos respectivos parafusos.

Este mesma distribuição irregular de esforços também é sentida no modelo "Ballgrab-diverless", apesar de ser distribuída em suas dezenas de esferas.

Nos modelos de enrijecedores cujas bocas de sino fazem uso de grampos articulados como dispositivo de fixação, pode-se perceber que em certos momentos o movimento pendular aleatório imposto ao enrijecedor chega a deixar a sua terminação rígida apoiada em apenas alguns grampos articulados. Por este motivo, o uso de grampos articulados gera a necessidade de se empregar cintas de afixação, para garantir o travamento do enrijecedor à boca de sino.

Outra prática comum requerida por todos os modelos de enrijecedores existentes no mercado, durante a operação de saque, é a laçada do riser com cabos ou fitas. Este procedimento é rotineiramente empregado para sustentar a extremidade do riser com seu enrijecedor após o seu destravamento e saque da boca de sino. Apesar de aparentar um procedimento simples, demanda tempo, e expõe equipamento e equipe a risco de acidentes.

Diante desses desafios técnicos, surgiu a preocupação com o desenvolvimento de um enrijecedor equipado com um dispositivo de travamento que não só pudesse conjugar a capacidade auto-travamento e auto-destravamento, mas também pudesse distribuir equitativamente os esforços gerados pelo movimento pendular aleatório do enrijecedor às travas de sustentação.

A atual invenção foi desenvolvida a partir da filosofia de utilização de travas no próprio enrijecedor, cujo mecanismo apresenta componentes simples, mas que são capazes de se auto-travar e de auto-destravar nas respectivas operações de puxada e saque.

A invenção que será descrita a seguir decorre da contínua pesquisa neste segmento, cujo enfoque objetiva a simplificação da estrutura de modo que possa ser facilmente instalada, atuando equilibradamente mesmo submetida a movimentos aleatórios.

Outros objetivos que o enrijecedor para riser com puxada auto- travante e saque auto-destravante e seu método de operação, objeto da presente invenção, se propõem alcançar são a seguir elencados:

a. eliminar a necessidade de empregar mergulhadores ou ROV's tanto nas operações de puxada, quanto de saque;

b. garantir o travamento do enrijecedor, sem a necessidade de vistorias averiguadoras;

c. garantir o destravamento do enrijecedor, sem a necessidade de operações de mergulho;

d. permitir operações de puxada e saque com menor dependência das condições de mar para mergulho;

e. dispensar o emprego de navios com equipamentos de apoio a vida;

f. restringir condições de lucro cessante;

g. garantir a sustentação do conjunto riser/enrijecedor após seu destravamento e saque da boca de sino;

h. evitar que conjunto riser/enrijecedor choque com o solo marinho;

i. eliminar riscos de acidentes com o equipamento e a equipe no momento do destravamento e saque do enrijecedor;

j. garantir a distribuição de esforços equitativamente às travas;

k. simplificar a boca de sino, eliminando o sistema de travamento desta.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um primeiro aspecto, a invenção compreende um dispositivo enrijecedor constituído por duas seções básicas distintas A e B, que trabalham inicialmente sobrepostas, axialmente encaixadas e unidas entre si por meio de hastes fusíveis que transpassam as duas seções através de orifícios alojamentos.

A seção A é composta por uma cabeça de tração. Logo abaixo afixado a esta, encontra-se um conector de extremidade, provido em sua extremidade inferior de uma conexão articulável, que fixa com liberdade de oscilação o último componente da seção A, que é um copo de acionamento. O dito copo de acionamento tem uma configuração de copo invertido, sua seção de maior diâmetro é menor do que o diâmetro interno de uma "boca de sino", e sua configuração interna é de formato complementar a extremidade superior da seção B.

A seção B do dispositivo enrijecedor, por sua vez, é composta basicamente pelo corpo do enrijecedor propriamente dito, de material polimérico, e que envolve o riser como uma luva, estendo-se desde a extremidade superior da seção B até a sua extremidade inferior. Uma luva guia envolve o dito corpo polimérico desde a sua porção intermediária até próximo a sua extremidade superior. Encaixado à luva guia, no sentido de cima para baixo, é provida uma coroa de cantoneiras (carnes). A dita coroa de carnes basicamente é composta por uma cunha anelar provida ortogonalmente em sua base por carnes, preferencialmente em forma de paralelepípedos e voltados para a extremidade inferior da luva guia. A extremidade superior da luva guia é provida por um sulco que envolve todo o seu perímetro, e no sentido axial e paralelo ao seu eixo há pelo menos três janelas onde são alojadas lingüetas. Por trás da janela de cada lingüeta há canais por onde a coroa de carnes interage com a face interna de cada lingüeta.

As lingüetas estão fixadas por meio de pivôs nas janelas do corpo da luva guia e apresentam um perfil em corte semelhante a uma unha, com a sua face externa acompanhando a conformação da superfície externa da luva guia. A face interna das ditas lingüetas apresenta uma forma de cunha crescente, seguida de um degrau em ângulo na sua seção intermediária, e logo a seguir decresce sua espessura progressivamente, terminando em um trecho paralelo à face externa. Por trás das lingüetas, canais transpassam axialmente as janelas do corpo da luva guia, e por estes canais estão dispostos os carnes. O carne tem um perfil em corte de formato trapezoidal, de tal modo que a lingüeta fique acomodada dentro desta cavidade trapezoidal.

Na luva guia, entre as janelas, são providos alojamentos com molas poliméricas, que por sua vez também ficam dispostas entre a coroa de carnes e a extremidade superior da luva guia.

As lingüetas quando estiverem pivotadas em posição "aberto", apresentam suas extremidades inferiores como segmentos de uma mesma superfície côncava imaginária, e esta superfície côncava também é a geratriz das faces de apoio das ditas lingüetas na boca de sino.

Em um segundo aspecto a invenção compreende um método de operação tanto para a puxada, quanto para o saque do enrijecedor, que resumidamente obedecem respectivamente às seguintes etapas.

A) Operação de puxada:

1° - prover um cabo de içamento na cabeça de tração;

2° - içar o enrijecedor através da boca de sino;

3° - continuar içando o cabo até que a bainha da luva guia atinja e seja anteparado pelo chanfro da boca de sino;

4° - quando o enrijecedor estiver retido pelo chanfro da boca de sino, continuar tracionando o cabo de aço, até que as hastes fusíveis se rompam;

5° - finalizar o içamento da cabeça de tração e ancorá-la na UEP;

B) Operação de saque:

1° - soltar a cabeça de tração da ancoragem na UEP;

2° - direcionar a seção A até que atinja a extremidade superior da boca de sino;

3° - descer a dita seção A até que a extremidade do copo de acionamento acople a extremidade superior da luva guia; 4° - pressionar a seção A contra a seção B para que o copo de acionamento imprense a cunha anelar da coroa de carnes contra o batente superior da luva guia;

5° - continuar descendo o cabo de aço até uma profundidade adequada, disponibilizando o riser para qualquer outro procedimento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será descrita a seguir mais detalhadamente, em conjunto com os desenhos abaixo relacionados, apresentados meramente a título de exemplo, os quais acompanham o presente relatório e do qual é parte integrante.

A Figura 1 retrata uma vista das duas seções principais que formam o enrijecedor e ao lado uma boca de sino genérica.

A Figura 2 retrata o objeto da invenção em uma vista em corte com as duas seções principais montadas entre si para início da operação de puxada.

A Figura 3 retrata o trecho central do objeto da invenção em uma vista em corte com as duas seções principais montadas entre si, já no interior de uma boca de sino.

A Figura 4 retrata o objeto da invenção em perspectiva detalhada com suas seções destacadas entre si.

A Figura 5A retrata vista em corte detalhada da seção B do objeto da invenção com as lingüetas fechadas durante operação de puxada.

A Figura 5B retrata vista em corte detalhada da seção B do objeto da invenção com as lingüetas em início de acionamento durante operação de puxada.

A Figura 5C retrata vista em corte detalhada da seção B do objeto da invenção com as lingüetas abertas e travadas durante operação de puxada.

A Figura 6A retrata vista em corte detalhada da seção B do objeto da invenção com as lingüetas sendo destravadas durante operação de saque.

A Figura 6B retrata vista em corte detalhada da seção B do objeto da invenção com as lingüetas destravadas durante operação de saque.

A Figura 7 retrata vista em perspectiva detalhada da superfície côncava detalhada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O enrijecedor para riser com puxada auto-travante e saque auto- destravante e seu método de operação, objeto da presente invenção, foi desenvolvido a partir de pesquisas que visavam principalmente realizar procedimentos de puxada ou saque de risers sem a dependência direta de uma equipe de mergulho, buscando meios para que tanto o travamento do enrijecedor quanto seu destravamento pudessem ser confiáveis, e realizados automaticamente pela ação e interação dos seus próprios componentes, durante as respectivas operações de puxada ou saque.

A Figura 1 mostra as duas seções AeB principais do objeto da invenção alinhadas axialmente, sendo a seção A provida com a terminação conhecida como "cabeça de tração", e a Seção Β, o corpo propriamente dito do enrijecedor de curvatura agora proposto.

Tanto no início da operação de puxada quanto durante a operação de saque, estas duas seções AeB trabalham sobrepostas e encaixadas axialmente. Nesta Figura elas são apresentadas destacadas uma da outra, somente para fins de entendimento e visualização dos diversos componentes que formam o objeto da invenção.

Na extremidade superior da seção A pode-se visualizar uma cabeça de tração (1A), componente que ancora e sustenta todo o peso do riser (R). Logo abaixo afixado a este, um conector de extremidade (2A), componente tubular que envolve e afixa o riser (R) à cabeça de tração (1A).

O conector de extremidade (2A) é provido em sua extremidade inferior por uma conexão articulável (3A), que fixa com liberdade de oscilação o último componente da seção A do enrijecedor (AB), um copo de acionamento (4A). O dito copo de acionamento tem uma configuração de copo invertido, e sua seção de maior diâmetro é menor do que o diâmetro interno de uma "boca de sino". Sua configuração interna é de formato complementar a extremidade superior da seção Β. A extremidade inferior do dito copo de acionamento é chanfrada e provida com pelo menos três fendas (5A), onde são inseridas lingüetas de sustentação (6A) (não visualizadas na figura).

A seção B do enrijecedor (AB) é composta basicamente pelo corpo do enrijecedor (1B) propriamente dito, de material polimérico, e que envolve o riser (R) como uma luva. O corpo do enrijecedor (1B) se estende desde a extremidade superior da seção B até a sua extremidade inferior.

O dito corpo do enrijecedor tem um diâmetro constante desde a sua extremidade superior até as proximidades de um trecho intermediário da seção B, onde está disposto um flange reativo (2B). Neste ponto o corpo do enrijecedor (1B) tem seu diâmetro aumentado de forma cônica até atingir um diâmetro máximo junto à seção do flange reativo (2B), voltando a diminuir gradativamente até a extremidade inferior da seção B, apresentando um perfil de balão com a extremidade inferior alongada.

Jusante ao flange reativo (2B), em sentido ascendente, uma luva guia (3B) envolve o corpo do enrijecedor (1B) até próximo a sua extremidade superior. Encaixado à luva guia (3B), no sentido de cima para baixo, é provida uma coroa de carnes (4B). A extremidade superior da luva guia (3B) é provida por um sulco (6B) que envolve todo o seu perímetro, e no sentido axial e paralelo ao seu eixo há pelo menos três janelas onde são alojadas lingüetas (5B). Por trás da janela de cada lingüeta (5B) existem canais através dos quais a coroa de carnes (4B) interage com face interna de cada lingüeta (5B).

Ao lado, em escala ampliada, é mostrada uma estrutura de ancoragem típica, conhecida como suporte cônico, ou vulgarmente como "boca de sino" (1), onde a seção B do enrijecedor (AB) para riser com puxada auto-travante e saque auto-destravante se encaixa.

A disposição inicial, para principiar a operação de puxada, pode ser mais bem visualizada na representação em corte mostrada na Figura 2, mas com melhor detalhamento da região central do dispositivo, apresentado pela Figura 3.

Por estas figuras, pode-se perceber que a montagem inicial para principiar a operação de puxada é dada com a seção A encaixada na extremidade superior da seção B (Figura 2). A fixação entre as duas seções é obtida por meio de hastes fusíveis (não visualizadas) que transpassam axialmente o copo de acionamento (4A) e a luva guia (3B) mantendo-os juntos, até que em um dado momento da operação de puxada, a tração ultrapasse um valor pré-determinado de ruptura destas hastes, dando início à separação das duas seções.

A extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A) inicia a operação de puxada coincidente com a extremidade superior em forma de cunha anelar da coroa de carnes (4B). Neste momento a dita coroa de carnes está com sua cunha anelar (4B") completamente apoiada sobre um batente superior (3B") da luva guia (3B). Este posicionamento da coroa de carnes (4B) permite que as lingüetas (5B) alojadas em janelas da luva guia (3B) fiquem acamadas em carnes (4B') da coroa de carnes (4B).

A Figura 3 apresenta de modo mais detalhado a disposição inicial do enrijecedor (AB), mas com este já introduzido na boca de sino (1). Nesta imagem, a bainha (3B') da luva guia (3B), já atingiu e foi anteparado pelo chanfro (2) da boca de sino (1).

É importante, ressaltar que o enrijecedor (AB) quando preparado para ser utilizado na operação de puxada, apresenta as suas seções AeB unidas entre si por meio de hastes fusíveis (não visualizadas), As ditas hastes fusíveis fazem com que a extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A) imprense a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) contra o batente superior (3B") da luva guia (3B). Nesta condição os carnes (4B') não estão atuando sobre as lingüetas (5B), deixando-as na posição "fechada".

Outro detalhe importante na montagem do enrijecedor (AB) para a operação de puxada é que as fendas (5A) localizadas na extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A), podem estar, ou não, providas com as lingüetas de sustentação (6A).

Para melhor compreensão e visualização dos componentes ainda não revelados nas figuras anteriores, a Figura 4 vai mostrar em outra perspectiva o enrijecedor (AB), com seus componentes principais que serão descritos mais adiante, em um momento imediatamente posterior ao rompimento das hastes fusíveis durante a operação de puxada, enquanto que o mecanismo de acionamento / travamento das lingüetas (5B) pode ser mais bem compreendido por meio da seqüência de figuras em corte 5A, 5B e 5C.

Resumidamente a operação de puxada, fazendo uso do objeto da invenção, consiste em içar o enrijecedor (AB) por cabos pela cabeça de tração (1A) por dentro da boca de sino (1) até que a bainha (3B') da luva guia (3B) atinja o chanfro (2) da dita boca de sino. Mesmo com seu movimento interrompido o cabo de tração continua atuando até que exceda a tensão de ruptura das hastes fusíveis (não visualizadas). Assim que estas são rompidas molas poliméricas (7B) deslocam a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) axialmente para cima, fazendo-a afastar do batente superior (3B") da luva guia (3B).

Por meio das Figuras 5A, 5B e 5C, a configuração da coroa de carnes (4B) é mais bem percebida: formada pela cunha anelar (4B"), e esta provida de pelo menos três carnes (4B'), que se prolongam paralelamente ao eixo, dentro de canais guias do corpo da luva guia (3B) em direção a bainha (3B'). Esta figura também torna claro que os carnes (4B') estão dispostos por detrás das lingüetas (5B), e estas estão fixadas dentro das janelas (30) do corpo da luva guia (3B) por meio de pivôs (5B'), que lhe dão liberdade de balanço.

Na luva guia (3B), entre as janelas (30), são providos alojamentos com as ditas molas poliméricas (7B) (mostradas na Figura 4), e estas ficam inicialmente comprimidas pela face inferior da cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B), quando a seção A está montada na seção B. Nesta figura, por ser uma representação no momento imediatamente posterior ao rompimento das hastes fusíveis, as ditas molas poliméricas (7B) já estão representadas estendidas.

O mecanismo de acionamento / travamento das lingüetas (5B) pode ser mais bem compreendido por meio da seqüência de figuras em corte 5A, 5B e 5C.

A Figura 5A mostra o mecanismo de trava do enrijecedor (AB) na posição inicial, com cunha anelar (4B") completamente apoiada sobre o batente (3B"). Esta posição inicial é obtida pela ação das hastes fusíveis que mantêm o copo de acionamento afixado à luva guia (3B), imprensando a cunha anelar (4B") contra o batente (3B"). Para facilitar e simplificar a visualização do funcionamento do mecanismo de trava do enrijecedor (AB), tanto as hastes fusíveis quanto o copo de acionamento citados, não foram representados neste detalhamento.

Pode-se ainda verificar nesta figura, que as lingüetas (5B) estão fixadas por meio de pivôs (5B') nas janelas (30) do corpo da luva guia (3B). A lingüeta (5B) apresenta um perfil em corte semelhante a uma unha, com a sua face externa (50) acompanhando a conformação da superfície externa da luva guia (3B). Já a sua face interna apresenta uma forma de cunha (51) crescente, seguida de um degrau (52) em ângulo na sua seção intermediária, e logo a seguir decresce sua espessura progressivamente, terminando em um trecho paralelo (53) à face externa. Por trás das lingüetas (5B), canais transpassam axialmente as janelas (30) do corpo da luva guia (3B), e por estes canais estão dispostos os carnes (4B').

O carne (4B') tem um perfil em corte de formato trapezoidal, de tal modo que a lingüeta (5B) fique acomodada dentro desta cavidade (40) trapezoidal.

A Figura 5B mostra o mecanismo de trava do enrijecedor (AB) em um momento imediatamente posterior ao rompimento das hastes fusíveis, que pela ação das molas poliméricas (7B) (mostradas na Figura 4), faz com que toda a coroa de carnes (4B), se desloque para cima, em relação à luva guia (3B).

O deslocamento relativo entre as duas peças faz com que a face (41) trapezoidal inferior do carne (4B') atue no degrau (52) em ângulo da face interna da lingüeta (5B), fazendo a mesma girar em torno de seu eixo pivô (5B'), voltando sua extremidade inferior para fora.

A Figura 5C mostra o mecanismo de trava do enrijecedor (AB) em sua posição final "travado". A coroa de carnes (4B) já fez seu deslocamento máximo em relação à luva guia (3B), pela ação das molas poliméricas (7B). O limitador (42) da coroa de carnes (4B) é mantido contra o anteparo inferior (31) do batente (3B") da luva guia (3B). A lingüeta (5B) está na sua posição mais aberta, e um platô (43) após a face (41) trapezoidal inferior do carne (4B'), totalmente abaixo do degrau (52) em ângulo da dita lingüeta.

Como é fácil perceber pela figura, enquanto o limitador (42) da coroa de carnes (4B) for mantido contra o anteparo (31) da luva guia (3B) pela a ação das molas poliméricas, o platô (43) que segue a face (41) trapezoidal inferior também permanecerá sob o degrau (52) da face interna da dita lingüeta, mantendo-a travada na posição aberta.

A operação inversa de saque do enrijecedor pode agora ter seu mecanismo mais bem compreendido pelas representações das Figuras 6A e 6Β.

A operação de saque, fazendo uso do objeto da invenção, se resume em retornar a seção A por dentro da boca de sino (1) até que a extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A) imprense a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) contra o batente superior (3B") da luva guia (3B). Nesta condição os carnes (4B') se deslocam para baixo, atuando inversamente sobre as lingüetas (5B).

É importante ressaltar que a seção A do enrijecedor (AB) quando preparada para ser utilizada na operação de saque, deve ser previamente provida, ainda fora d'água, com as lingüetas de sustentação (6A). As ditas lingüetas de sustentação (não visualizadas nas Figuras 6A e 6B) têm que ser instaladas nas fendas (5A) localizadas na extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A). Estas lingüetas de sustentação (6A) têm a função, durante a operação de saque, de sustentar e evitar a queda do riser (R) por meio de sua intercessão no sulco (6B) da extremidade superior da luva guia (3B), após o destravamento e saque da seção B da boca de sino (1).

Assim, o mecanismo de acionamento / destravamento das lingüetas (5B) pode ser mais bem compreendido por meio da seqüência das Figuras detalhadas, em corte, 6A, 6B e 5A.

A Figura 6A mostra o mecanismo de trava do enrijecedor (AB) já na posição destravada, com cunha anelar (4B") sendo pressionada contra o batente (3B"). Esta condição de destravamento é obtida pela compressão das molas poliméricas, fazendo com que toda a coroa de carnes (4B), se desloque para baixo, em relação à luva guia (3B).

Em um primeiro estágio, este deslocamento relativo entre os dois componentes, faz com que o platô (43) do carne (4B') deixe de se interpor ao degrau (52) em ângulo da lingüeta (5B). Concomitantemente, o mesmo deslocamento relativo faz com que a face (44) trapezoidal superior do carne (4B') atue na extremidade da lingüeta (5B) com forma de cunha (51) crescente, fazendo que a mesma inicie um movimento de pivotamento.

A Figura 6B mostra o mecanismo de trava do enrijecedor (AB) em um momento em que as molas poliméricas (7B) já estão quase totalmente comprimidas, com a cunha anelar (4BB) próxima ao batente (3B"). A face (44) trapezoidal superior do carne (4B') continua atuando na extremidade da lingüeta (5B) com forma de cunha (51) crescente, fazendo que o trecho paralelo (53) da dita lingüeta se apoie no platô (43) do carne (4B'). A Figura 5A demonstra a disposição final do mecanismo de destravamento, tal qual a posição inicial, antes da operação de puxada.

A Figura 7 mostra mais alguns detalhamentos ainda não revelados pelas figuras anteriores.

O primeiro detalhamento já mencionado anteriormente, mas não mostrado, é o alojamento (7) na seção B, que transpassa axialmente tanto o copo de acionamento (4A) quanto à luva guia (3B) mantendo-os juntos, por meio de hastes fusíveis.

O outro detalhamento revelado pela representação da Figura 7 demonstra o modo como o objeto da invenção consegue manter equilibrado e igualmente distribuído os esforços de tração transferidos às diversas lingüetas (5B).

É condição de projeto das lingüetas (5B) que, quando estiverem pivotadas em posição "aberto", suas extremidades inferiores sejam segmentos de um mesmo plano côncavo (C), e que este mesmo plano côncavo seja geratriz das faces de apoio das ditas lingüetas (5B) na boca de sino (1).

Este detalhe construtivo é importante, praticamente anula o risco de destravamento por desgaste da lingüeta (5B), pois faz com que ditas lingüetas não sofram desgaste irregular durante o tempo de emprego do enrijecedor (AB) em uma unidade de produção.

Em outros sistemas de travamento existentes, os grampos articulados (dogs), por apresentarem suas faces de apoio planas, não conseguem manter contato permanente destes com a respectiva boca de sino, pois o constante movimento pendular sofrido pelo riser força a mudança do ponto de equilíbrio, fazendo que alguns grampos articulados (dogs) suportem mais esforços do que outros, levando a desgastes prematuros e risco de destravamento.

O método de aplicação do enrijecedor (AB) para riser com puxada auto-travante e saque auto-destravante dispensa a necessidade de mão de obra de mergulhadores e pode ser aplicado com variações de condições de mar que normalmente não seriam liberadas para mergulho.

O método de puxada e travamento de um enrijecedor com a invenção proposta consiste em:

1 - Prover um cabo de aço para içamento de riser na cabeça de tração (1A).

2 - Içar o enrijecedor (AB) através da boca de sino (1).

Esta etapa conta com a capacidade de oscilação do último componente da seção A, devido à existência da conexão articulável (3A) entre o conector de extremidade (2A), o copo de acionamento (4A). Esta capacidade permite que no momento em que a cabeça de tração (1A) já estiver entrando na boca de sino (1), a seção B do enrijecedor (AB) possa ter liberdade de movimentação, e não force nem o riser (R) nem qualquer outro componente do dito enrijecedor, até seu alinhamento final com a boca de sino (1).

3 - Continuar içando o cabo até que a bainha (3B') da luva guia (3B) atinja e seja anteparada pelo chanfro (2) da boca de sino (1).

No último momento desta etapa, mesmo que venha a ocorrer algum problema em relação ao içamento do enrijecedor (AB), ou em relação às hastes fusíveis, a queda do dispositivo com o riser pode ser evitada. Para isto a seção A, no momento da montagem inicial, deve ter suas fendas (5A) localizadas na extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A), providas com as respectivas lingüetas de sustentação (6Α). Estas lingüetas de sustentação (6A) são capazes de sustentar o riser (R) por meio de sua intercessão no sulco (6B) da extremidade superior da luva guia (3B).

4 - Quando o enrijecedor (AB) estiver retido pelo chanfro (2) da boca de sino (1), continuar tracionando o cabo de içamento, até que as hastes fusíveis se rompam.

Quando as hastes fusíveis se romperem, a as molas poliméricas (7B) se estendem imediatamente, fazendo com que toda a coroa de carnes (4B), se desloque para cima, em relação à luva guia (3B). A lingüeta (5B) pivotará em seu eixo pivô (5B'), voltando sua extremidade inferior para fora, e imediatamente cairá sobre a superfície de sustentação na boca de sino.

5 - Finalizar o içamento da cabeça de tração (1A) e ancorá-la na Unidade Estacionária de Produção (UEP).

Garantidamente as lingüetas estarão travadas, pois o platô (43) do carne (2B') estará totalmente abaixo do degrau (52) em ângulo da dita lingüeta, não havendo como a mesma fechar.

O método de destravamento e saque de um enrijecedor com a invenção proposta, consiste basicamente em:

1 - Soltar a cabeça de tração (1A) da ancoragem da Unidade Estacionária de Produção (UEP).

2 - Direcionar a seção A do enrijecedor até que atinja a extremidade superior da boca de sino (1).

3 - Descer, a dita seção A até que o copo de acionamento (4A) acople a extremidade superior da luva guia (3B).

É bom salientar, que neste momento as lingüetas de sustentação (6A) já ultrapassaram o limite de interseção do sulco (6B) na extremidade superior da luva guia (3B), e já são capazes de sustentar o riser (R), após o destravamento e saque do enrijecedor.

4 - Pressionar a seção A contra a seção B para que o copo de acionamento (4A) imprense a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) contra o batente superior (3B") da luva guia (3B).

Nesta etapa as molas poliméricas (7B) são comprimidas, o carne (4B') atuará na extremidade da lingüeta (5B) com forma de cunha (51) crescente, destravando a lingüeta (5B), e em seguida fazendo com que o trecho paralelo (53) da dita lingüeta se apoie no platô (43) do dito carne, deixando-a completamente fechada.

5 - Continuar descendo o cabo de aço até uma profundidade adequada, disponibilizando o riser para qualquer outro procedimento.

Deve-se ressaltar que uma das vantagens do enrijecedor (AB) para riser com puxada auto-travante e saque auto-destravante e seu método de operação é a possibilidade de realizar tanto a operação de puxada como a operação de saque sem depender de mergulhadores. Só esta vantagem já representa uma independência às severas observações das condições de mar para mergulho, agilizando muito a capacidade de instalação de uma série de risers, visto que uma UEP pode ter mais do que 60 pontos de instalação.

As vantagens do enrijecedor (AB) para riser com puxada auto- travante e saque auto-destravante não se restringem a esta independência. Ele garante tanto o travamento como o destravamento das lingüetas, e elimina a prática comum requerida por todos os modelos de enrijecedores existentes no mercado de laçar o riser com cabos ou fitas durante a operação de saque. Finalmente, fica também evidenciada a redução do desgaste irregular das extremidades das lingüetas em função do movimento pendular aleatório imposto ao enrijecedor pelo riser.

A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita à suas concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.

Claims (10)

1. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, caracterizado por compreender duas seções principais AeB que trabalham inicialmente sobrepostas, axialmente encaixadas e unidas entre si por meio de hastes fusíveis que transpassam as duas seções através de orifícios alojamentos (7); - a seção A ser composta por uma cabeça de tração (1A), logo abaixo afixado a esta, encontrar-se um conector de extremidade, provido em sua extremidade inferior de uma conexão articulável, que fixa com liberdade de oscilação o último componente da seção A, que é um copo de acionamento (4A); o dito copo de acionamento ter uma configuração de copo invertido, e sua seção de maior diâmetro ser menor do que o diâmetro interno de uma "boca de sino", e sua configuração interna ser de formato complementar a extremidade superior da seção B; a extremidade inferior do dito copo de acionamento ser chanfrada e provida com pelo menos três fendas (5A), onde são inseridas lingüetas de sustentação (6A); - a seção B do enrijecedor (AB) ser composta basicamente pelo corpo do enrijecedor (1B), de material polimérico, e que envolve o riser (R) como uma luva; o corpo do enrijecedor (1B) se estender desde a extremidade superior da seção B até a sua extremidade inferior; uma luva guia (3B) envolver o corpo do enrijecedor (1B) desde a sua porção intermediária até próximo a sua extremidade superior; encaixado à luva guia (3B), no sentido de cima para baixo, ser provida uma coroa de carnes (4B); a dita coroa de carnes basicamente ser composta por uma cunha anelar (4B") provida ortogonalmente em sua base por carnes (4B'), preferencialmente em forma de paralelepípedos e voltados para a extremidade inferior da luva guia (3B); a extremidade superior da luva guia (3B) ser provida com um sulco (6B) que envolve todo o seu perímetro, e no sentido axial e paralelo ao seu eixo haver pelo menos três janelas, nas quais são alojadas lingüetas (5B); por trás da janela de cada lingüeta (5B) haver canais através dos quais a coroa de carnes (4B) interage com a face interna de cada lingüeta (5B); as lingüetas (5B) estarem fixadas por meio de pivôs (5B') nas janelas (30) do corpo da luva guia (3B) e apresentarem um perfil em corte semelhante a uma unha, com a sua face externa (50) acompanhando a conformação da superfície externa da luva guia (3B); a face interna das ditas lingüetas apresentarem uma forma de cunha (51) crescente, seguida de um degrau (52) em ângulo na sua seção intermediária, e logo a seguir decrescer sua espessura progressivamente, terminando em um trecho paralelo (53) à face externa; por trás das lingüetas (5B), canais transpassarem axialmente as janelas (30) do corpo da luva guia (3B), e por estes canais estarem dispostos os carnes (4B'); o carne (4B'), ter um perfil em corte de formato trapezoidal, de tal modo que a lingüeta (5B) fique acomodada dentro desta cavidade (40) trapezoidal; na luva guia (3B), entre as janelas (30), serem providos alojamentos com molas poliméricas (7B), que por sua vez também ficam dispostas entre a coroa de carnes (4B) e a extremidade superior da luva guia (3B); as lingüetas (5B) quando estiverem pivotadas em posição aberto, apresentarem suas extremidades inferiores como segmentos de uma mesma superfície côncava (C) imaginária, e esta superfície côncava também ser a geratriz das faces de apoio das ditas lingüetas (5B) na boca de sino (1).

2. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as lingüetas de sustentação (6A) serem instaladas nas respectivas fendas (5A) localizadas na extremidade inferior do copo de acionamento (4A), antes de se iniciar o procedimento de saque do enrijecedor (AB).

3. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o corpo do enrijecedor (1B) preferencialmente apresentar um diâmetro constante desde a sua extremidade superior até as proximidades de um trecho intermediário da seção B, onde está disposto um flange reativo (2B); neste ponto o corpo do enrijecedor (1B) ter seu diâmetro aumentado de forma cônica até atingir um diâmetro máximo junto à seção do flange reativo (2B), voltando a diminuir gradativamente até a extremidade inferior dá seção B, apresentando um perfil de balão com a extremidade inferior alongada.

4. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a conexão articulável (3A) entre o conector de extremidade (2A) o copo de acionamento (4A) dar liberdade de oscilação do último componente da seção A no momento em que esta estiver sendo alinhada para entrar na boca de sino (1), tanto na operação de puxada quanto na operação de saque.

5. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o enrijecedor (AB) quando preparado para ser utilizado na operação de puxada, apresentar as suas seções AeB unidas entre si por meio de hastes fusíveis; as ditas hastes fusíveis fazerem com que a extremidade inferior chanfrada do copo de acionamento (4A) imprense a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) contra o batente superior (3B") da luva guia (3B) e nesta condição os carnes (4B') não atuarem sobre as lingüetas (5B), deixando-as na posição fechada.

6. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por imediatamente após o rompimento das hastes fusíveis, pela ação das molas poliméricas (7B), toda a coroa de carnes (4B), se deslocar para cima, em relação à luva guia (3B); o deslocamento relativo entre as duas peças fazer com que a face (41) trapezoidal inferior do carne (4B') atue no degrau (52) em ângulo da face interna da lingüeta (5B), fazendo-a girar em torno de seu eixo pivô (5B'), voltando sua extremidade inferior para fora.

7. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por quando o enrijecedor (AB) estiver na sua posição final travado, a coroa de carnes (4B) tenha feito seu deslocamento máximo em relação à luva guia (3B) pela ação das molas poliméricas (7B), e o limitador (42) da coroa de carnes (4B) esteja mantido contra o anteparo inferior (31) do batente (3B") da luva guia (3B), desta forma a lingüeta (5B) estará na sua posição mais aberta, e um platô (43), após a face (41) trapezoidal inferior do carne (4B'), se encontrará totalmente posicionado abaixo do degrau (52) em ângulo da dita lingüeta.

8. ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por quando as lingüetas (5B) estiverem pivotadas em posição "aberto", apresentarem a superfície de suas extremidades inferiores como segmentos de uma mesma superfície côncava (C) imaginária, e uma superfície côncava complementar também ser a geratriz das faces de apoio das ditas lingüetas (5B) na boca de sino (1), de modo a manter equilibrado e igualmente distribuído os esforços de tração transferidos às diversas lingüetas (5B).

9. MÉTODO DE OPERAÇÃO DO ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, descrito na reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas para efetuar a operação de puxada: a) prover um cabo de aço para içamento de riser na cabeça de tração (1A); b) içar o enrijecedor (AB) através da boca de sino (1); c) continuar o içamento do cabo até que a bainha (3B') da luva guia (3B) atinja e seja anteparado pelo chanfro (2) da boca de sino (1); d) continuar a tracionar o cabo de aço, quando o enrijecedor (AB) estiver retido pelo chanfro (2) da boca de sino (1),até que as hastes fusíveis se rompam; e) finalizar o içamento da cabeça de tração (1A) e ancorá-la na unidade estacionária de produção (UEP).

10. MÉTODO DE OPERAÇÃO DO ENRIJECEDOR PARA RISER COM PUXADA AUTO-TRAVANTE E SAQUE AUTO-DESTRAVANTE, descrita na reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas para efetuar a operação de saque: a) soltar a cabeça de tração (1A) da ancoragem na unidade estacionária de produção (UEP); b) direcionar a seção A até que atinja a extremidade superior da boca de sino (1); c) descer, a dita seção A até que a extremidade do copo de acionamento (4A) acople a extremidade superior da luva guia (3B); d) pressionar a seção A contra a seção B para que o copo de acionamento (4A) imprense a cunha anelar (4B") da coroa de carnes (4B) contra o batente superior (3B") da luva guia (3B); e) continuar a descer o cabo de aço até uma profundidade adequada, disponibilizando o riser para qualquer outro procedimento.