BRPI1005728B1 - Morsa hidráulica inferior, com sistema de segurança e regulagem no posicionamento da haste de perfuração de equipamentos de sondagem geológica - Google Patents

Abstract

morsa hidráulica inferior, com sistema de segurança e regulagem no posicionamento da haste de perfuração de equipamentos de sondagem geológica. onde uma morsa inferior trabalhando juntamente com a morsa superior, atua como elemento de segurança durante a etapa de quebra de hastes. a morsa inferior, por suas carcaças móvel e fixa é instalada na plataforma do equipamento de sondagem e interligada ao sistema hidráulico da sonda e, caso haja pane no sistema hidráulico e a morsa superior abra-se indevidamente no momento da soltura do conjunto de hastes pelo guincho, um conjunto de molas instaladas entre as carcaças móvel e fixa mantém mordentes mecanicamente travados, evitando que o ferramental de perfuração caia no furo já efetuado na rocha. a morsa inferior irá também auxiliar para segurar o hasteamento com a sonda recuada do furo em execução, eliminando assim os riscos de acidentes e danos no conjunto das hastes de sondagem com a utilização de ferramentas manuais, melhorando a ergonomia e o conforto para o operador, ajustando-se, ainda, às inclinações do equipamento de sondagem para o trabalho da haste em furos com ângulo de até 60<198>.

Description

“MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA” Refere-se o presente relatório descritivo, a um pedido de patente de invenção para uma morsa hidráulica instalada em sondas mecânicas utilizadas em trabalhos de sondagem geológica. A morsa possui, segundo o projeto, um sistema de aperto para o mordente, efetuado a partir das carcaças fixa e móvel instaladas na plataforma do equipamento, as quais trabalham juntamente com molas e pistões hidráulicos. Também a partir das carcaças fixa e móvel são travados, axialmente, fixadores giratórios pelos quais o mordente pode ser posicionado gradualmente em inclinação para receber a haste de perfuração, em angulação correspondente ao ângulo desejado de perfuração, permitindo efetuar furos de até 60° de inclinação.

ESTADO DA TÉCNICA

Como é de conhecimento, para trabalhos de pesquisa mineral são utilizados equipamentos de sondagem mecânica. A sonda mecânica convencional é formada basicamente por um motor, guincho, cabeça hidráulica e torre, apoiadas sobre uma plataforma pela qual é inserida a coluna da haste de perfuração, dotada de coroa de perfuração que, em giro, efetua o corte/furo na rocha, sendo a amostra recolhida (testemunho) armazenada no barrilete para posterior análise.

Através de um pedido de patente PI 0900122, depositado em 05.02.2009 com o título “MORSA HIDRÁULICA SUPERIOR ADAPTADA EM SONDAS MECÂNICAS, PARA SISTEMA DE “QUEBRA DE HASTES”, efetuado pelo próprio inventor do pedido em questão, agora descrito, onde o grifo utilizado para o acoplamento (por rosqueamento) de sucessivas hastes pela coluna de perfuração ao longo do percurso de perfuração no solo, foi substituído por uma morsa, superior, trabalhando com o auxílio do motor e do guincho. Pelo sistema da patente citada PI 0900122, após a perfuração segue-se a etapa de quebra das hastes quando a morsa superior instalada no ponto de acoplamento das hastes e sustentada por molas, abraça por seus mordentes, sob ação de pistão hidráulico, a haste superior. Segue-se, pelo guincho, a soltura do conjunto de hastes que desce e, pelo seu peso vence a força das molas da referida morsa superior as quais são fortemente comprimidas, ocorrendo, imediatamente em seguida, o fechamento do mandril do equipamento sobre a haste inferior. Após o reverso do motor, pelo mandril ocorre o desrosqueamento da haste inferior, sendo aliviado imediatamente o peso até então imposto sobre a morsa superior, cujas molas livres são descomprimidas para a subida da haste superior e assim sucessivamente até a retirada de todas as hastes da coluna de perfuração.Ocorre que durante a quebra de hastes, após a soltura pelo guincho, no momento em que os mordentes da morsa superior mantêm-se travados e travando o conjunto de hastes através da força do pistão, ocorrendo qualquer problema no sistema hidráulico que afete o aperto da referida morsa superior, o ferramental é solto, caindo no furo já efetuado na etapa de perfuração do solo, trazendo enormes prejuízos às empresas responsáveis pela sondagem.

Durante as operações de descida da coluna de perfuração, após a manobra para a troca da coroa de perfuração, é necessário segurar o hasteamento que já se encontra no furo. Isto é necessário para desconectar o dispositivo alçador conectado à ultima haste da coluna e ao guincho principal, e em seguida conectá-lo a uma nova haste que é içada e conectada à haste que se encontra na boca do furo. Por motivos operacionais esta manobra é realizada com a sonda recuada, ou seja, fora da direção do furo. Desta forma é necessário o auxílio de dispositivos que servem para segurar a coluna no furo.

Um dos dispositivos utilizados para a manobra acima citada, de auxílio na estabilização da coluna de perfuração na etapa de troca de hastes, é o abaixador ou freio excêntrico Tal dispositivo, por ser de funcionamento manual não dá a precisão necessária para a estabilização da coluna de perfuração. O abaixador excêntrico possui dois mordentes, um fixo e um móvel, sendo o mordente móvel deslocado para travamento da coluna de perfuração através de um eixo excêntrico que está fixado a um cabo. Este cabo é acionado pelo ajudante, desta forma o travamento da coluna está sujeito à habilidade e força do ajudante. O outro dispositivo é o segurador de esferas, o qual atua em um sistema de travamento por meio de esferas, que pode amassar a haste de perfuração. O segurador de esferas possui um corpo cônico internamente e um corpo cilíndrico, que se desloca dentro do cone. No corpo cilíndrico existem alguns furos com o diâmetro um pouco menor que o das esferas utilizadas, para evitar que elas saiam dos alojamentos. As esferas são colocadas nos alojamentos ou furos de forma que o contato com o hasteamento faz com que elas se desloquem para baixo no cone, juntamente com o corpo cilíndrico. Desta forma, na medida que elas dessem no cone elas apertam o hasteamento travando assim a coluna de perfuração. O problema é que quanto maior o peso da coluna mais elas apertam as hastes, podendo assim danificá-las.

OBJETIVO DA PATENTE O desenvolvimento da morsa inferior, motivo deste pedido de patente de invenção, veio para substituir esses dispositivos que não eram considerados seguros na utilização. Em trabalho juntamente com a morsa superior, a referida morsa inferior também atua como elemento de segurança durante a etapa de quebra de hastes. Para tanto, a morsa inferior, por suas carcaças móvel e fixa é instalada na plataforma do equipamento de sondagem e interligada ao sistema hidráulico da sonda. Caso haja pane no sistema hidráulico e a morsa superior abra-se indevidamente no momento da soltura do conjunto de hastes pelo guincho, um conjunto de molas instaladas entre as carcaças móvel e fixa mantém os mordentes da morsa inferior mecanicamente travados, evitando que o ferramental de perfuração caia no furo já efetuado na rocha. A morsa inferior irá também auxiliar para segurar o hasteamento com a sonda recuada do furo em execução, eliminando assim os riscos de acidentes e danos no conjunto das hastes de sondagem com a utilização de ferramentas manuais, melhorando a ergonomia e o conforto para o operador.

Através de fixadores giratórios dos mordentes, instalados entre as carcaças móvel e fixa, a morsa inferior ajusta-se conforme a necessidade do equipamento de sondagem, adequando-se às inclinações para o trabalho da haste em furos com ângulo de até 60°. Explicada superficialmente, passa a morsa inferior a ser melhor detalhada, através dos desenhos anexos. As figuras 1 e 2 mostram os dispositivos conhecidos, citados acima, no campo estado da técnica: Figura 1 - mostra o abaixador ou freio excêntrico;

Figura 2 - mostra o segurador de esferas.

As figuras a seguir, relacionadas de 3 a 7, mostram a morsa inferior, motivo desse presente pedido de patente: Figura 3 — vista em perspectiva explodida, mostrando todos os componentes da morsa;Figura 4 - vista esquemática, em planta, mostrando o conjunto de molas mantendo as carcaças fixa e móvel pressionadas entre si;

Figura 5 - vista esquemática segundo _figura anterior, mostrando os pistões acionados, vencendo a força das molas para o afastamento entre as carcaças fixa e móvel, abrindo os mordentes para receberem a haste;

Figura 6 - vista esquemática segundo figura anterior, mostrando o conjunto de molas mantendo as carcaças fixa e móvel pressionadas entre si e, conseqüentemente, os mordentes travados à haste. A morsa mantém-se travada sob a ação do conjunto de molas, em sistema de segurança, impedindo assim que, em caso de pane no sistema hidráulico, o ferramental solte-se;

Figura 7 - vista esquemática mostrando os mordentes (em linhas tracejadas) posicionados em diferentes ângulos, adequando-se, através do fixador giratório, à inclinação da haste (em linhas tracejadas), após o furo efetuado.

Em conformidade com os desenhos anexos, a “MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA”, objeto desse presente pedido de patente de invenção, constitui-se de uma morsa inferior (1) composta a partir de duas carcaças, sendo uma carcaça estática (2) receptora do acoplamento, em justaposição, da carcaça móvel (3), ambas dotadas de trilhos (4) para a fixação no vão da plataforma de equipamentos de sondagem geológica.

Externamente, as carcaças (2) e (3) possuem, cada qual, abas laterais (5) com furo (6) pelas quais são interligadas com a instalação de um par de pistões hidráulicos (7) — ligados, por sua vez, por tubulação, ao reservatório de fluído e de controle do equipamento (não mostrados).

Internamente a carcaça estática (2) forma_dobras superiores_(8) vazadas _ por furos (9) alinhados a furos (10) correspondentes no trilho (4) da carcaça móvel (3). Ambas as carcaças (2) e (3) possuem alojamentos internos centrais (11), cilíndricos, alinhados entre si e dotados de paredes vazadas por furos roscados (12) receptores de parafusos de encosto (13). Os alojamentos (11) recebem correspondentes dispositivos giratórios (14), acoplados por seus pinos cilíndricos (15) com rebaixos (16) receptores dos extremos dos parafusos de encosto (13), sendo os referidos dispositivos giratórios (14) dotados de bases cilíndricas (17) com faces internas justapostas, onde incorporam guias (18) receptoras dos mordentes (19) da morsa (1).

Os dois mordentes (19), através de seus batentes (20) são acoplados, em justaposição, às guias (18) dos dispositivos giratórios (14). Pelos furos (10) do trilho (4) da carcaça móvel (3) são passados parafusos (21) que ultrapassam também os furos (9) das dobras internas superiores (8) da carcaça estática (2) e, no interior desta última, são envoltos por molas (22) com arruelas (23) e porcas de aperto (24).

As molas (22) são mantidas em forte compressão, envolvendo os parafusos (21), entre a superfície interna da carcaça estática (2) e as dobras superiores internas (8) da carcaça móvel (3). Nessa condição, através dos parafusos (21) as molas (22) mantêm a carcaça móvel (3) automaticamente travada à carcaça estática (2), estando os mordentes (19) em justaposição, fixados aos seus respectivos dispositivos giratórios (14). Os dispositivos giratórios (14), por sua vez, por seus pinos cilíndricos (15), são acoplados livres para movimento radial nos alojamentos circulares (11), impedido^ porém _ de deslocamento axial graças ao travamento, pelo seus rebaixos (16), dos parafusos de encosto (13).

Assim composta, a morsa inferior (1), pelos trilhos (4) das carcaças estática (2) e móvel (3) será instalada no vão da plataforma do equipamento de sondagem, sendo isolada de contatos inadvertidos pelos operadores, pelo aparafusamento de duas chapas protetoras (25).

Para a utilização, durante as operações de descida da coluna de perfuração (composta por uma série de hastes), após a manobra para a troca da coroa, para a continuidade da furação é necessário que uma nova haste seja conectada superiormente à última haste da coluna de perfuração. Nessa condição os pistões da morsa superior (não mostrados) são acionados normalmente para que a mesma mantenha-se, por seus mordentes, abraçando a última haste. A morsa inferior (1), ao contrário, através de seus pistões (7) acionados, mantém-se com seus mordentes (19) abertos (em descanso). A mesma condição ocorre durante as operações de quebra (para a retirada de hastes), quando, após o reverso do motor do equipamento os pistões da morsa superior são acionados normalmente para que a mesma mantenha-se, por seus mordentes, abraçando a primeira haste, conectada à coroa de perfuração. A morsa inferior (1), ao contrário, através de seus pistões (7) acionados, mantém-se com seus mordentes (19) abertos (em descanso). A condição de morsa inferior (1) em descanso é mostrada na figura 5, quando a força das molas (22) é vencida pelos pistões (7), provocando o fechamento entre as carcaças estática (2) e móvel (3), de modo a afastar os mordentes (19), mantendo-osabertos, sem_abraçar a haste (H). __ „a __, Caso haja pane no sistema hidráulico da sonda e a morsa superior abra-se indevidamente, as molas (22) da morsa inferior (1) vencem_a forçja dos pistões (7), como mostra a figura 6, provocando o afastamento entre as carcaças estática (2) e móvel (3), de modo a aproximar os mordentes (19), mantendo-os mecanicamente fechados, abraçando a haste (H).

Assim, a morsa inferior (1), instalada na plataforma do equipamento, atua como um dispositivo de segurança, possibilitando que a troca de hastes (H) seja feita com segurança sem que a coluna de perfuração seja recuada do furo em execução. A morsa inferior (1) atua também no sentido de evitar que a coluna de perfuração caia no furo em execução no momento da quebra de hastes. O ajuste da morsa inferior (1), é feito através dos fixadores giratórios (17) que, por estarem instalados por seu pinos (15) nos alojamentos (11) das carcaças (2) e (3), travados livremente por parafusos de encosto (13) junto aos seus rebaixos (16), transferem tal movimentação em giro aos mordentes (19) presos à haste (H), adequando a angulação da coluna de perfuração conforme a necessidade do equipamento de sondagem, para a execução de furos com ângulo de até 60°, como mostra a figura 7.

REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1) “MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA”, constituída por uma morsa inferior (1) caracterizada por duas carcaças, sendo uma carcaça estática (2) receptora do acoplamento, em justaposição, da carcaça móvel (3), ambas dotadas de trilhos (4) para a fixação no vão da plataforma de equipamentos de sondagem geológica, ditas carcaças (2) e (3) dotadas, cada qual, de abas laterais (5) com furo (6) pelas quais são interligadas através de um par de pistões hidráulicos (7) — ligados, por sua vez, por tubulação, ao . reservatório de fluído e de controle do equipamento, sendo que internamente a carcaça estática (2) forma dobras superiores (8) vazadas por furos (9) alinhados a furos (10) correspondentes no trilho (4) da carcaça móvel (3), ambas as carcaças (2) e (3) dotadas de alojamentos internos centrais (11), cilíndricos, alinhados entre si e dotados de paredes vazadas por furos roscados (12) receptores de parafusos de encosto (13), sendo que os alojamentos (11) recebem correspondentes dispositivos giratórios (14), acoplados por seus pinos cilíndricos (15) com rebaixos (16) receptores dos extremos dos parafusos de encosto (13), ditos referidos dispositivos giratórios (14) dotados de bases cilíndricas (17) com faces internas justapostas, onde incorporam guias (18) receptoras dos mordentes (19) da morsa (1), sendo os dois mordentes (19) acoplados, através de seus batentes (20), em justaposição, às guias (18) dos dispositivos giratórios (14), ao passo que, pelos furos (10) do trilho (4) da carcaça móvel (3) são passados parafusos (21) que ultrapassam também os furos (9) das dobras internas superiores (8) da carcaça estática (2) e envoltos, no interior desta última, por molas (22) com arruelas (23) e porcas de aperto (24), ditas molas (22) tencionadas entre a superfície interna da carcaça estática (2) e as dobras superiores internas (8) da carcaça móvel (3).

2) “MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA”, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pela carcaça móvel (3) travada à carcaça estática (2) através· das molas (22), fortemente pressionadas nos parafusos (21), entre a superfície interna da carcaça estática (2) e as dobras superiores internas (8) da carcaça móvel (3), mantendo os mordentes (19) em justaposição, fixados aos seus respectivos dispositivos giratórios (14). = _ _ ,

3) “MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA”, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelos dispositivos giratórios (14), por seus pinos cilíndricos (15) acoplados livremente, nos alojamentos circulares (11) das carcaças estática (2) e móvel (3), possibilitarem o giro dos mordentes (19) para o ajuste da haste (H).

4) “MORSA HIDRÁULICA INFERIOR, COM SISTEMA DE SEGURANÇA E REGULAGEM NO POSICIONAMENTO DA HASTE DE PERFURAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM GEOLÓGICA”, de acordo com reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por, em caso de pane no sistema hidráulico da sonda, com a abertura indevida da morsa superior, as molas (22) da morsa inferior (1) vencerem a força dos pistões (7) para o afastamento entre as carcaças estática (2) e móvel (3), aproximando os mordentes (19), fechando-os para abraçar a haste (H).