MX2015006056A - Enlace debil para un sistema de tuberia de elevacion. - Google Patents

Abstract

Un enlace débil (17, 43) para un sistema de tubería de elevación que comprende una conexión macho (2, 25) y una conexión hembra (1, 24), pernos (11, 34) para conectar de manera liberable la conexión macho (2, 25) y la conexión hembra (1, 24), los pernos se diseñan para romperse a una tensión predefinida. El enlace además comprende un mecanismo de equilibrio de presión para equilibrar las fuerzas axiales que actúan sobre los pernos (11, 34), debido al efecto de tapón. El enlace débil también comprende un mecanismo de modo fuerte y un mecanismo de amortiguamiento.

Description

ENLACE DÉBIL PARA UN SISTEMA DE TUBERÍA DE ELEVACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a una junta de seguridad para un sistema de tubería de elevación, comúnmente conocida como enlace débil en terminología de exploración de hidrocarburos. Una tubería de elevación puede desconectarse por tal enlace en caso de circunstancias de emergencia no previstas tales como clima extremo, falla de energía en el buque, falla de anclaje o del sistema de posicionamiento, etc.

Particularmente, la presente invención se refiere a un enlace débil para un sistema de tubería de elevación, el cual tiene un mecanismo de equilibrio de presión para equilibrar cualquier efecto de tapón en los pernos de liberación del enlace débil. Este mecanismo de equilibrio de presión de preferencia opera junto con un mecanismo de amortiguamiento, para asegurar que la separación a lo largo de tal enlace débil se lleve a cabo en una forma controlada, limitando y dispersando las fuerzas extremas después de la liberación.

La presente invención también se refiere a un enlace débil para un sistema de tubería de elevación que tiene un mecanismo de modo fuerte para incrementar la fuerza de agarre entre sus dos porciones de componentes unidas de manera liberadle como y cuando se requiera.

De manera más particular, la presente invención se refiere a un enlace débil para un sistema de tubería de elevación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 independiente.

Se sabe que durante las operaciones de completación y trabajo de complemento dentro del área de operación submarina, se utilizan enlaces débiles.

La función del enlace débil es proporcionar un método determinado y controlado de separación final de la tubería de elevación, si todos los otros métodos conocidos han fallado, y el operador se encuentra en un modo del peor de los casos. Tal modo puede surgir debido a clima extremo, falla de anclaje o del sistema de posicionamiento, apagón (falla de energía) en el buque, o por otros medios no previstos.

En tal escenario del peor de los casos, es vital que el buque sea capaz de desconectarse de forma pasiva del cabezal de pozo y de la infraestructura en el fondo del mar, para remover el buque desde el conducto hasta el depósito y para evitar el movimiento descontrolado de la tubería de elevación y una posible explosión subsiguiente. Esto también se requiere para garantizar seguridad al personal a bordo. Tal desconexión pasiva se logra mediante el uso de un enlace débil.

La falla del enlace débil (es decir, la desconexión provocada por un enlace débil en su modo normal de operación) puede atribuirse a varios modos de falla primarios, y éstos pueden relacionarse adicionalmente con el periodo operacional y la posición física del buque.

Un sistema de compensación de desplazamiento para un sistema de tubería de elevación compensa variaciones en la posición vertical del buque con respecto al fondo del mar y la tracción ascendente inherente proporcionada por el buque. Asegura que se evite el pandeo/desprendimiento del sistema de tubería de elevación. Si este sistema de compensación de desplazamiento falla, un modo de falla conocido como 'bloqueo de compensador' se lleva a cabo. Entonces esto resulta en la aplicación de tensión o compresión en el sistema de tubería de elevación, debido a la posición vertical cambiante del buque, provocada por el movimiento de las olas.

Tal falla provoca pandeo o sobretensión y a menos que se limite la sobretensión por un enlace débil entonces el operador corre el riesgo de dañar sistemas submarinos, incluyendo el cabezal de pozo, y al final riesgos de contaminación ambiental sustanciales debido a fuga de hidrocarburos, y en el peor de los casos una explosión. El enlace débil de este modo tiene que fallar en un modo por el cual el buque se encuentra "en posición" (en la posición correcta) pero tiene un compensador que se ha bloqueado, resultando en que el buque aplique su propio desplazamiento (movimiento vertical debido a los patrones de olas) directamente a la tubería de elevación. De forma ideal, un enlace débil debe protegerse para tal caso.

Si el sistema utilizado para mantener la posición, ya sea mediante anclaje o posición dinámica utilizando propulsores, fallara entonces se producirá una situación conocida como deriva o alejamiento. Esto resulta en que el buque salga rápidamente del periodo de operación verde (segura) u entre a las zonas amarilla (insegura) y roja (peligro). Éstas se determinan por la posición real del buque, con respecto a un sistema de tubería de elevación puramente vertical nominal.

En el caso de deriva, el enlace débil debe ser capaz de fallar al final, con un rompimiento permanente y separación de las secciones superior e inferior de la tubería de elevación. El aspecto más importante es desconectar de manera pasiva total e inmediatamente el buque de la infraestructura submarina y por lo tanto evitar cualquier daño al cabezal de pozo y/o buque y al personal.

Los enlaces débiles convencionales se construyen con mayor frecuencia por el uso de dos secciones con bridas de tubería de elevación que se colocan juntas con pernos en las bridas utilizando pernos de tensión, por lo que los pernos se diseñan para fallar en una carga dada.

La tubería de elevación misma puede encontrarse en un estado despresurizado (presión atmosférica) durante el transcurso de su operación, o puede llenarse con aceite y/o gas a presión. Debido al efecto de tapón del sistema de tubería de elevación, la presión presente en la tubería de elevación ejercerá una fuerza de tensión en la tubería de elevación igual a la presión multiplicada por el área en sección transversal del medio presurizado. Esta fuerza de tensión actúa en cada sección transversal de la tubería de elevación, por tanto, también actúa en los pernos de tensión. Debido a la presión variada (atmosférica durante la instalación inicial) y a través de una presión total del agujero, los pernos de tensión se someterán a pre-tensiones variadas en la tubería de elevación.

Esto resulta en que el enlace débil sea susceptible a falla en tensiones mecánicas variadas (T falla = T pernos - T tapón). Dado el valor constante de la carga por falla de tensión del perno, y la variación de presión, el operador dependerá de un enlace débil con límites de tensión variados y descontrolados. Esto en la práctica se reduce y afecta el modo seguro de operación.

Por lo tanto, tiene que equilibrarse la carga de tensión (tapón) debido a variaciones de la presión del agujero; denominada "equilibrio de presión" al mismo que tiempo que no comprometa la operación normal de desconexión/apertura del enlace débil.

La publicación de patente de EU número 2011/0127041 Al intenta enseñar tal equilibrio de presión al proporcionar un enlace débil de tubería de elevación que tiene un alojamiento superior y un alojamiento inferior los cuales se unen de forma liberable por pernos sin cabeza. Los pernos sin cabeza se diseñan para romperse con carga predefinida. También existe un dispositivo de aplicación de presión que proporciona una fuerza de acoplamiento en el alojamiento superior para contrarrestar la fuerza de separación aplicada por la presión de pozo. Esto asegura que la única fuerza de separación que actúa en la porción superior de un sistema de tubería de elevación unido al alojamiento superior, sea la tensión aplicada por el buque de la superficie.

Sin embargo, la téenica anterior reconocida en el párrafo precedente, tiene una desventaja mayor. Con la liberación de los pernos sin cabeza con la carga de tensión predefinida, el alojamiento superior y el alojamiento inferior probablemente se separarán con una presión repentina o sacudida Tal retroceso del alojamiento superior y el alojamiento inferior y las porciones de tubería de elevación correspondientes unidas entre sí, dejan potencialidades muy abiertas de daño a la infraestructura submarina y al equipo y al personal en la superficie.

Además de la desventaja en el párrafo precedente, la técnica anterior no enseña específicamente y de forma explícita la capacidad de adaptación del enlace débil para funcionar de forma efectiva cuando el sistema de tubería de elevación se encuentra en operación en una condición submarina (es decir, enlace débil que opera en el modo débil) y también cuando el sistema de tubería de elevación se baja y recupera; es decir, el enlace débil que opera en el modo fuerte cuando necesita reforzarse la fuerza de agarre entre los dos componentes conectados de manera liberable principales del enlace débil.

Por consiguiente, existe una necesidad de hace mucho tiempo de un enlace débil para sistemas de tubería de elevación que tenga un mecanismo de equilibrio de presión que pueda funcionar efectivamente con un mecanismo de amortiguamiento, de manera que la porción de tubería de elevación superior y la porción de tubería de elevación inferior con la desconexión por liberación de la herramienta de conexión tal como pernos sin cabeza o pernos de liberación, se separen en una forma controlada, limitando cualquier clase de retroceso.

También existe una necesidad de un enlace débil para sistemas de tubería de elevación el cual tenga un mecanismo simple que funcione de forma efectiva bajo condiciones variadas, cuando el sistema de tubería de elevación se encuentre en operación en una condición submarina y también cuando el sistema de tubería de elevación se baje y recupere. Es común utilizar una tubería de elevación como medio de bajada para un árbol de válvulas (XMT), al conectar el XMT bajo el paquete de desconexión de emergencia (EDP) y el paquete de tubería de elevación inferior (LRP) en el extremo inferior de la tubería de elevación. Éste es un ensamble muy pesado, y la inclusión de un enlace débil convencional plantea riesgos de sobrecarga potencialmente desastrosos, particularmente en clima pobre. Alternativamente, el periodo operacional es muy estrecho.

La presente invención cumple con las necesidades antes mencionadas y otras necesidades asociadas al proporcionar un enlace débil para sistemas de tubería de elevación que tienen un mecanismo de equilibrio de presión el cual puede funcionar efectivamente junto con un mecanismo de amortiguamiento para separación controlada y continua de los dos componentes unidos de manera liberable principales del enlace débil, cada uno teniendo porciones de tubería de elevación, conectadas en un extremo inferior y extremo superior, respectivamente. El enlace débil de acuerdo con la presente invención también puede funcionar efectivamente en el modo débil y el modo fuerte como se explica en lo anterior, en una forma muy simple.

Es uno de los objetos principales de la presente invención proporcionar un enlace débil para un sistema de tubería de elevación que tenga un mecanismo de equilibrio de presión para equilibrar el efecto de tapón, cuyo mecanismo de equilibrio de presión funcione efectivamente con un mecanismo de amortiguamiento para separación controlada de una porción superior de un sistema de tubería de elevación desde su parte inferior.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un enlace débil para un sistema de tubería de elevación el cual se encuentra equipado para funcionar efectivamente bajo condiciones variadas, cuando el sistema de tubería de elevación se encuentra en operación en una condición submarina y también cuando el sistema de tubería de elevación se baje y recupere.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un enlace débil para un sistema de tubería de elevación que tenga una construcción simple y funcione en un principio simple para lograr los objetos que se mencionan en lo anterior.

A lo largo de la especificación incluyendo las reivindicaciones, las palabras "conexión hembra", "conexión macho", "enlace débil", "sistema de tubería de elevación", "amortiguamiento", "anti-retroceso", "modo débil", "modo fuerte", "junta de seguridad" se interpretarán en su sentido más amplio de los términos respectivos e incluyen todos los elementos similares en el campo conocido por otros términos, como puede ser claro para personas con experiencia en la téenica. La restricción o limitación, si las hubiera, mencionadas en la especificación, solamente es a manera de ejemplo y para explicar la presente invención. Además, se clarifica por este medio que el término "sistema de tubería de elevación" debe interpretarse en su sentido más amplio como el que aplica en operaciones submarinas.

De acuerdo con un aspecto primario de la presente invención, se proporciona un enlace débil para un sistema de tubería de elevación, el cual comprende un primer miembro y un segundo miembro, un medio de conexión para conectar de manera liberable el primer miembro y el segundo miembro, el medio de conexión se diseña para romperse con una tensión predefinida en donde un mecanismo de equilibrio de presión se proporciona, para equilibrar las fuerzas axiales que actúan en el medio de conexión debido al efecto de tapón del sistema de tubería de elevación. Esto sustancialmente anulará los efectos de tapón y proporcionará una mayor capacidad de predicción para la tensión de rompimiento del medio de conexión, por ejemplo, pernos.

En una modalidad preferida, el primer miembro es una conexión macho y el segundo miembro es una conexión hembra, la conexión macho y hembra se interconectan de manera liberable por pernos de liberación. Esto proporciona una construcción simple basada en principios ya conocidos de una junta telescópica.

En una modalidad preferida adicional, el mecanismo de equilibrio de presión tiene un primer pistón de equilibrio de presión para transferir carga de presión a la conexión hembra y un segundo pistón de equilibrio de presión para transferir carga de presión a la conexión macho, ambos pistones se ubican en una zona anular entre la conexión macho y la conexión hembra, la zona anular se encuentra en .comunicación de presión con un agujero de la conexión macho, las cargas de presión actúan en direcciones opuestas de los pistones. Esto proporciona un medio liberable para asegurar que la presión en el mecanismo de equilibrio corresponda sustancialmente con la presión en el agujero de tubería de elevación.

En una modalidad preferida adicional, un segmento de transferencia de carga radialmente móvil se ubica junto con el primer pistón de equilibrio de presión para transferir la carga desde el primer pistón de equilibrio de presión hasta la conexión hembra y el segundo pistón de equilibrio de presión conectado a la conexión macho, de preferencia por una conexión roscada, para transferir la carga desde el segundo pistón de equilibrio de presión hasta la conexión macho. Esto asegurará una transferencia de carga confiable desde el mecanismo de equilibrio de presión hasta la conexión macho y conexión hembra En una modalidad preferida adicional, éste comprende una cánula que se fija en un primer extremo a la conexión hembra y tiene un segundo extremo que se extiende al agujero de la conexión macho, la cánula proporciona una zona anular estrecha con la conexión macho, lo cual a su vez proporciona comunicación entre el agujero de la conexión macho y una zona anular entre la conexión macho y la conexión hembra. Esto asegura que el agujero de tubería de elevación mantenga su integridad siempre que sea posible a medida que se golpee el enlace débil y que se mantenga un sello entre la conexión macho (2) y la conexión hembra (1) durante la carrera de separación.

En una modalidad preferida adicional, la conexión hembra comprende una abertura que proporciona comunicación entre el agua de mar circundante y un vacio en el lado opuesto del segundo pistón de equilibrio de presión desde la zona anular. Esto asegurará que el mecanismo de equilibrio de presión mantenga las mismas condiciones de presión cuando golpee el enlace débil.

En una modalidad preferida adicional, la conexión macho comprende aberturas que proporcionan comunicación entre el agujero de la conexión macho y la zona anular. Esto asegura una presión consistente en el mecanismo de equilibrio con el agujero de la tubería de elevación.

En una modalidad preferida adicional, la conexión hembra comprende una abertura que se extiende hacia el agua de mar circundante, cuya abertura se adapta para comunicarse con al menos una de las aberturas en la conexión macho cuando la conexión macho se haya movido parcialmente fuera de la conexión hembra, para purgar la presión dentro de la tubería de elevación hacia el agua de mar circundante. Esto reducirá sustancialmente o eliminará el efecto de chorro que puede tender a empujar la tubería de elevación hacia arriba cuando se produzca una separación.

En una modalidad preferida adicional, el enlace débil comprende un mecanismo de amortiguamiento para amortiguar cualquier efecto de retroceso repentino entre el primer miembro y el segundo miembro durante su separación por rompimiento del medio de conexión. Esto reduce sustancialmente el efecto de retroceso debido a separación.

En una modalidad preferida, el mecanismo de amortiguamiento comprende uno o más cilindros y disposiciones de pistones, el mecanismo de amortiguamiento se conecta a la conexión hembra por uno del cilindro o la disposición de pistones y otro del cilindro y la disposición de pistones se conecta a la conexión macho. Esto proporcionará un mecanismo de amortiguamiento efectivo que puede dimensionarse de acuerdo con los requerimientos independientes del mecanismo de equilibrio.

En una modalidad preferida adicional, los amortiguadores se llenan con agua de mar cuando se sumergen. Esto asegura un sistema libre de contaminación con poca complejidad.

En una modalidad preferida adicional, el amortiguador tiene al menos una abertura pequeña dispuesta para expulsar lentamente el fluido contenido dentro del amortiguador a través de la abertura, para separación regulada de la conexión hembra y la conexión macho. Esto asegura amortiguamiento controlado con un medio simple y confiable.

En una modalidad alternativa, el amortiguador es una parte integral del mecanismo de equilibrio de presión. Esto proporciona un sistema compacto.

En una modalidad preferida, al menos una muesca se ubica en la conexión macho, cuya muesca en el caso de separación de la conexión hembra de la conexión macho, proporciona espacio para recibir el segmento de transferencia de carga para sacar el segmento de acoplamiento con la conexión hembra, por lo que permite una separación completa de la conexión macho y conexión hembra.

En una modalidad preferida adicional, el enlace débil comprende un medio de modo fuerte adaptado para incrementar de manera selectiva la fuerza de agarre entre el segundo miembro y el primer miembro. Esto reduce o elimina sustancialmente el riesgo de separación accidental o no pretendida cuando la tubería de elevación se utiliza para el despliegue de equipo submarino pesado.

En una modalidad preferida, el medio de modo fuerte comprende un pistón dinámico de activación de modo fuerte acoplado de manera operativa a un anillo de bloqueo de modo fuerte. Esto proporciona un medio confiable para establecer la junta en el modo fuerte.

En una modalidad adicional, el medio de modo fuerte además comprende un primer conducto de presión de fluido hidráulico que se adapta para distribuir presión hidráulica a una primera cámara para desplazar el pistón dinámico en una primera dirección y por lo tanto desplazar el anillo de bloqueo radialmente hacia una muesca en la conexión hembra. Esto proporciona un medio simple para establecer la junta en el modo fuerte.

En una modalidad preferida adicional, el medio de modo fuerte además comprende un pistón estático de modo fuerte situado en el lado axialmente opuesto del anillo de bloqueo con respecto al pistón dinámico. Esto proporciona un sello confiable para separar el modo fuerte de manera hidráulica de las otras partes de la junta.

En una modalidad preferida adicional, el medio de modo fuerte además comprende un segundo conducto hidráulico adaptado para distribuir presión hidráulica a una segunda cámara opuesta a la primera cámara con respecto al pistón dinámico para desplazar el pistón dinámico en una segunda dirección opuesta a la primera dirección, y por lo tanto desplazar el anillo de bloqueo radialmente fuera de la muesca en la conexión hembra. Esto proporciona un medio simple y confiable para desactivar el modo fuerte.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Habiendo descrito las características principales de la invención anterior, una descripción más detallada y no limitante de dos modalidades ejemplares se proporcionará en los siguientes párrafos, con referencia a los dibujos.

La figura 1 es una vista en sección transversal del enlace débil de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.

La figura 2 es una vista en sección transversal alargada del enlace débil mostrada en la figura 1 que opera en el modo débil.

La figura 3 es una vista en sección transversal más elaborada de la porción inferior del enlace débil mostrada en la figura 2, que muestra la operación de modo débil del enlace débil.

La figura 4 es una vista en sección transversal alargada del enlace débil similar a la mostrada en la figura 2, que indica el mecanismo de equilibrio de presión.

La figura 5 es una vista en sección transversal más elaborada de la porción inferior del enlace débil similar a la figura 2, pero que muestra la operación de modo fuerte del enlace débil.

La figura 6a es una vista en perspectiva del mecanismo de amortiguamiento del enlace débil mostrada en las figuras 1 a 5.

La figura 6b es una vista en sección transversal del enlace débil a lo largo de la linea C-C que muestra el comienzo de separación.

La figura 6c es una vista frontal del enlace débil que corresponde a la vista en sección en la figura 6b.

La figura 6d es una vista en sección transversal del enlace débil a lo largo de la linea D-D, que muestra una fase de separación la cual es subsiguiente a la que se muestra en las figuras 6b y 6c.

La figura 6e es una vista frontal del enlace débil que corresponde a la vista en sección en la figura 6d.

La figura 7 es una vista en sección transversal del enlace débil de acuerdo con otra modalidad preferida de la presente invención.

La figura 8 es una vista en sección transversal alargada de una porción del enlace débil mostrada en la figura 7.

La figura 9 es una vista frontal de la modalidad del enlace débil en las figuras 7 y 8 que muestra el mecanismo de equilibrio de presión.

Las figuras 10a y 10b son vistas frontales de la modalidad preferida del enlace débil en las figuras 7 y 8 que muestran el trabajo en el modo débil y el modo fuerte, respectivamente.

Las figuras lia y 11b son vistas frontales alargadas de la modalidad del enlace débil en las figuras 7 y 8 que muestran el trabajo del mecanismo de amortiguamiento.

La figura 12a muestra una sección longitudinal de un amortiguador de acuerdo con la invención en una posición completamente retraída.

La figura 12b muestra una sección longitudinal parcial del amortiguador en una posición completamente retraída transversal a la sección transversal de la figura 12a.

La figura 12c muestra una sección longitudinal de un primer extremo del amortiguador en una posición completamente retraída.

La figura 12d muestra una sección longitudinal de un segundo extremo del amortiguador en una posición completamente retraída.

La figura 13a muestra una sección longitudinal del amortiguador en una posición parcialmente extendida.

La figura 13b muestra una sección longitudinal parcial del amortiguador en una posición parcialmente extendida transversal a la sección transversal de la figura 13a.

La figura 13c muestra una sección longitudinal de un primer extremo del amortiguador en una posición parcialmente extendida.

La figura 13d muestra una sección longitudinal de un segundo extremo del amortiguador en una posición parcialmente extendida.

La figura 14a muestra una sección longitudinal del amortiguador en una posición completamente extendida.

La figura 14b muestra una sección longitudinal de un segundo extremo del amortiguador en una posición completamente extendida.

La figura 14c muestra una sección longitudinal de un segundo extremo del amortiguador en un estado desconectado.

Los siguientes párrafos describen dos modalidades preferidas de la presente invención las cuales son puramente ejemplares para comprender la invención y no son limitantes.

En todas las figuras de 1 a 6a, 6b, 6c, 6d y 6e, de las cuales todas describen una modalidad preferida, números de referencia similares representan características similares. Esto es verdadero para las figuras 7 a 9, 10a, 10b, lia y 11b, las cuales describen otra modalidad. Además, cuando en lo siguiente se denomina como "superior", "inferior", "hacia arriba", "hacia abajo", "por encima" o "por debajo" y términos similares, éste se refiere estrictamente a una orientación con referencia al fondo del mar, donde el fondo del mar sustancialmente es horizontal y por debajo de la tubería de elevación.

También debe entenderse que la orientación de los diversos componentes puede mostrarse de otra manera distinta en los dibujos, sin desviarse del principio de la invención.

También se clarifica que los dibujos solamente muestran los componentes del enlace débil en detalle y no el sistema de tubería de elevación u otros componentes implicados en la operación, como entenderán aquellas personas con experiencia en la téenica.

Además, puede existir una pluralidad de componentes para el modo débil y la operación de modo fuerte, los cuales se han descrito en lo anterior. Solamente uno o sólo dos de cada uno se han descrito en lo anterior o se muestran en las figuras sólo para facilitar la comprensión y no para limitación. Adicionalmente, en lo sucesivo, en lugares en los que se menciona el enlace débil como junta de seguridad/junta. Todas estas terminologías indican el enlace 17, 43 débil.

La figura 1 es una vista de una modalidad preferida que indica los diferentes componentes del enlace 17 débil. Muestra una conexión macho 2, la cual es la tubería que contiene la presión interna de la junta/enlace débil y forma una parte del conducto de flujo de pozo a través de la junta, que tiene un agujero 2a. Contiene una conexión de tubería de elevación en la parte inferior (es decir, el lado derecho en la figura) para interconectarse con otras juntas de tubería de elevación. Se conecta a una conexión hembra 1 mediante pernos 11 de liberación. La conexión hembra 1 funciona como el manguito exterior del enlace 17 débil y contiene una conexión de tubería de elevación en la parte superior (lado izquierdo en la figura) para interconectarse con otras juntas de tubería de elevación.

La conexión hembra 1 y la conexión macho 2 son los dos componentes principales de la conexión y estas dos se conectan de manera liberable por los pernos 11. Los pernos 11 se construyen de tal manera, como se conoce ya, que éstos se romperán si la tensión excede un valor predeterminado.

Una cánula 10 funciona como el manguito interior del enlace débil. Se conecta a la conexión hembra 1 de preferencia por conexiones roscadas (no mostradas en detalle) y se ajusta con un huelgo pequeño pero distinto en el interior de la conexión macho 2 para asegurar un equilibrio de presión y una contención de fluido a través de la carrera. La cánula también forma una parte del conducto de flujo de pozo a través de la junta, que tiene un agujero 10a.

La figura 1 también muestra los pistones 4 de equilibrio de presión superiores y los pistones 3 de equilibrio de presión inferiores. Los pistones de equilibrio de presión se sitúan a una distancia mutua, la cual es al menos la misma que un diámetro de agujero del agujero 10a. La distancia puede ser mayor a esto para permitir más tiempo para cerrar válvulas de seguridad para evitar derrame de hidrocarburos o lodo de perforación al ambiente. Los segmentos 5 de carga de equilibrio de presión o segmentos 5 de transferencia de carga se ubican por debajo de los pistones 3 de equilibrio de presión. Éstos se explicarán en detalle a continuación.

Las características que permiten la activación de modo fuerte del enlace débil se ubican en la porción inferior de la conexión hembra 1. Éstas comprenden un pistón 9 de modo fuerte dinámico sobre el cual se sitúa un manguito 6 de bloqueo de modo fuerte y un anillo 7 partido por encima de éste. Por encima del anillo 7 partido se ubica un pistón 12 estático de modo fuerte. El funcionamiento de estos componentes se explica posteriormente.

La figura 1 también muestra los sellos 8 de agujero que sellan el agujero para equilibrio de presión y los amortiguadores 13 que se extienden a lo largo de la periferia exterior del enlace 17 débil.

La figura 2 es una vista en sección transversal que muestra los componentes en la figura 1 de manera más elaborada. Esta figura también muestra el mango 15, el cual puede utilizarse por un ROV para el propósito de asegurar el enlace débil. También se muestran muescas 5a, ubicadas en la conexión hembra 1, con las cuales los segmentos 5 de carga de equilibrio de presión permanecen bloqueados bajo una operación normal. La figura también muestra una abertura la pequeña inferior y una abertura Ib pequeña superior. También se muestra una conexión 14 hidráulica, la cual puede accederse por un ROV para ejercer presión hidráulica en una linea 23 hidráulica para desactivar el modo fuerte.

La figura 3 es una vista de una porción alargada de la parte inferior del enlace 17 débil el cual se muestra en la figura 2. De manera distinta a las características mostradas en las figuras previas, también se muestra una muesca 23b en la parte inferior de la conexión hembra 1 dentro de la cual puede recibirse el anillo 7 partido. También se muestra un orificio la que se extiende a través de la pared de la conexión hembra 1. La función de éste se explicará posteriormente.

La figura 4 es una vista en sección transversal alargada del enlace débil similar a la mostrada en la figura 2. Además de las características mostradas en la figuras previas, también se muestran hendiduras 10b en la parte inferior de la cánula 10, aberturas 18 en la parte media y la parte superior de la conexión macho 2 y la zona 19 anular entre la conexión macho 2 y la conexión hembra 1.

En la misma área que las aberturas 18 superiores se forma un rebajo 40 circunferencial.

La figura 5 es una vista en sección transversal más elaborada de la porción inferior del enlace débil similar a la figura 3, pero muestra la operación de modo fuerte del enlace débil, la cual se explica posteriormente. Esta figura también muestra una cámara 23a inmediatamente debajo del pistón dinámico 9 y también las lineas 23 y 22 hidráulicas a través de las cuales puede aplicarse presión hidráulica.

La figura 6a muestra cuatro compuertas 13, las cuales se ubican en la periferia exterior de la junta 17 de seguridad. Los amortiguadores 13 son tubos cilindricos con una disposición 16 de pistones. Los cilindros de los amortiguadores 13 se aseguran a la conexión hembra 1 mientras la varilla 16 de pistón de los amortiguadores se extiende dentro de los cilindros hasta su extremo superior. Muescas 21 longitudinales se presentan en las varillas 16 de pistón para liberación de agua de mar como se explicará posteriormente.

Las figuras 6b, 6c, 6d y 6e muestran las diversas fases de la separación del enlace 17 débil cuando la conexión hembra 1 sé separe de la conexión macho 2.

Habiendo descrito las estructuras básicas del enlace 17 débil, la primera función del mecanismo de equilibrio de presión del enlace débil se explicará con referencia a las figuras 1 y 4 en particular. A medida que la tubería de elevación se somete a presión interna cuando se conecta a la junta 17 de seguridad contiene un mecanismo de equilibrio de presión que asegura que esta presión no ejerza ninguna fuerza axial en los pernos 11 debido al efecto de tapón, y por consiguiente reduce el periodo operacional de la junta 17 de seguridad.

Con referencia nuevamente a la figura 1, la conexión hembra 1 funciona como el manguito exterior de la junta y contiene una conexión en la parte superior para interconectarse con otras juntas de tubería de elevación. La conexión macho 2 puede conectarse directamente a un árbol de válvulas o a un LRP o puede tener una porción de tubería de elevación bajo la misma.

Con referencia nuevamente a la figura 4, la cánula 10 se conecta a la conexión hembra 1 de preferencia por una conexión roscada (no mostrada en detalle) y se recibe con un huelgo pequeño a lo largo del interior de la conexión macho 2 para asegurar el equilibrio de presión y una contención de fluido a través de la carrera. El huelgo pequeño proporciona una zona anular estrecha (no mostrada en detalle) entre la cánula 10 y la conexión macho 2, y a través de esta presión anular se comunica entre el agujero 2a de la conexión macho y una zona 19 anular entre la conexión macho 2 y la conexión hembra 1. Aberturas 18 en la conexión macho 2 proporcionan comunicación entre la zona anular estrecha y la zona 19 anular.

El pistón 3 de equilibrio de presión inferior y el pistón 4 de equilibrio de presión superior funcionan para realimentar la fuerza de separación de presión (debido al efecto de tapón) a la conexión hembra 1 y la conexión macho 2, respectivamente.

Como se indica por las flechas en la figura 4, la presión dentro de la tubería de elevación 20 se transfiere desde el agujero de flujo de pozo a través de hendiduras 10b en la parte inferior de la cánula 10, a través de la zona anular pequeña entre la cánula 10 y la conexión macho 2 y desde ahí a través de las aberturas 18 en la parte media y la parte superior de la conexión macho 2 en la zona 19 anular entre la conexión macho 2 y la conexión hembra 1. En los dos extremos de este recinto 19 anular se encuentran los dos pistones 3, 4 circulares opuestos. Los pistones 3, 4 transfieren la fuerza resultante a la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 respectivamente, en direcciones opuestas, como se muestra, por lo que anula los efectos de la presión interna que se ejerce en los pernos 11. En la figura 4, las porciones sombreadas en gris claro indican en general una trayectoria de fluido.

Actualmente, durante la operación del pozo, el medio que se transfiere (gas/petróleo, etc.) se encuentra a una alta presión, la cual da lugar al efecto de tapón y resulta en agregar fuerza de tensión a los segmentos de tubería de elevación. Puesto gue esta presión varía con el tiempo y también con la longitud de la tubería de elevación, la fuerza que actúa en los pernos 11 de falla del enlace 17 débil no puede asegurarse exactamente en ningún punto del tiempo. Para resolver este problema, el medio presurizado que se transfiere se deja en la cámara 19 (también mostrada en la figura 4) entre los pistones 3, 4 de equilibrio de presión de manera que la presión actúe en ambas direcciones. El área expuesta de los pistones 3, 4 de equilibrio es igual a la sección transversal del agujero de producción; las fuerzas opuestas se anulan entre sí.

La cámara 19 de equilibrio de presión alargada asegura que la junta 17 de seguridad sea capaz de mantener el equilibrio de presión a través de la carrera de separación de la junta, como se explicará en mayor detalle a continuación.

La operación de modo débil del enlace 17 débil se requiere cuando el sistema de tubería de elevación se despliega y funciona normalmente. Para ser precisos, en esta fase, la tensión en los pernos 11 de liberación se encuentra por debajo del nivel predefinido y la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 siguen conectadas. Esto se explica particularmente con referencia a las figuras 2 y 3. Cuando la tubería de elevación se conecta a la infraestructura en el fondo del mar, la junta 17 de seguridad se establece en el modo débil como se muestra en la figura 2. En esta fase, los pernos 11 que conectan la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 limitarán qué tanta fuerza puede transferir la junta de seguridad. De esta manera, la máxima fuerza permitida en la tubería de elevación se conoce, y si la tubería de elevación se somete a una fuerza más allá de este máximo calculado, los pernos 11 fallarán.

Los segmentos 5 de transferencia de carga se acoplan con las muescas 5a en la conexión hembra 1. Esto asegura que el pistón 3 de equilibrio de presión inferior no pueda moverse más hacia abajo.

Por consiguiente, la presión dentro de la zona 19 anular que actúa en el pistón 3 inferior, se transferirá a los segmentos 5 de transferencia de carga y desde éstos hasta la conexión hembra 1. La presión en los pistones 3, 4 por lo tanto actuará para empujar la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 una hacia la otra. Esta fuerza que empuja la conexión hembra y la conexión macho una hacia la otra será sustancialmente igual a la fuerza que actúa para empujar la conexión hembra y la conexión macho lejos una de la otra debido al efecto de tapón. Esto se debe al hecho de que el área de los pistones 3, 4 sustancialmente es igual al área en sección transversal del agujero de la tubería de elevación y que la presión en el agujero de la tubería de elevación se comunica a la zona 19 anular, de manera que la presión en la zona 19 anular sustancialmente es igual a la presión en el agujero. Por consiguiente, la única fuerza que actúa en los pernos 11 se debe a la tensión en la tubería de elevación.

Además, como puede ser claro a partir de la figura 3 alargada, la cual es una vista de una porción alargada de la parte inferior del enlace 17 débil, en la figura 2, el pistón 3 de equilibrio de presión inferior no puede moverse hacia arriba. Esto se debe a la presencia del reborde 3a en el pistón que empalma el soporte 3b en la conexión hembra 1.

La figura 3 además muestra la trayectoria de carga aproximada (sombreada en gris oscuro) cuando el enlace débil funciona en el modo débil. Aquí, el pistón 9 de modo fuerte dinámico y el manguito 6 se encuentran en su posición más inferior, y el anillo 7 de bloqueo se desacopla de la muesca 23b.

La figura 4 descrita en lo anterior, mientras explica el equilibrio de presión, también es una vista que muestra la operación de modo débil. Durante la operación de modo débil, puede producirse una situación con una necesidad repentina de separar la porción superior del sistema de tubería de elevación de la porción inferior debido al incremento de tensión en la tubería de elevación y por lo tanto una fuerza que actúa en los pernos 11 de liberación que cruzan un cierto límite de umbral. En tal situación, la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 se separarán, para evitar un daño descohtrolado en la tubería de elevación.

Para que el proceso de separación se lleve a cabo en una forma amortiguada, para reducir sustancialmente cualquier sacudida repentina debido a energía elástica en el sistema de tubería de elevación, además se explica con referencia a la figura 6a. Como se muestra en la figura 6a, los amortiguadores 13, en forma de tubos cilindricos, se ubican en el exterior de la junta 17 de seguridad para absorber la sacudida repentina con la falla de los pernos 11 para seguridad mejorada. Éstos son tubos idealmente cilindricos con una disposición 16 de pistones como mejor se muestra en la figura 6a. Éstos se llenan automáticamente con agua de mar cuando se sumergen. Los cilindros de los amortiguadores 13 se aseguran a la conexión hembra 1 mientras las varillas 16 de pistón de los amortiguadores se extienden dentro de los cilindros hasta el extremo superior de éstos. La figura 6a muestra una fase cuando no se ha iniciado la separación y el enlace 17 débil funciona normalmente.

Para entender cómo la separación de la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 se lleva a cabo, en caso de que la tensión en la tubería de elevación alcance y cruce un límite predefinido, ahora se hace referencia nuevamente a la figura 1. Aquí, se clarifica para evitar cualquier confusión, que durante la separación, la conexión macho 2 permanece estacionaria en la conexión con cierto sistema de equipo/sistema de elevación en el fondo del mar y la conexión hembra 1 se mueve axialmente hacia arriba con respecto a la conexión macho 2. La junta sin embargo, puede configurarse de forma contraria, de manera que la conexión macho se mueva hacia arriba mientras la conexión hembra es estacionaria.

En el caso de falla de los pernos 11, el pistón 3 de equilibrio de presión inferior se mueve axialmente con la conexión hembra 1 cuando la conexión hembra 1 comienza la separación de la conexión macho 2, puesto que los segmentos 5 de transferencia de carga se bloquean en la muesca 5a en la conexión hembra 1.

La porción superior del pistón 4 de equilibrio de presión superior de preferencia tiene roscas (no mostradas en detalle) que acoplan positivamente el pistón 4 al extremo superior de la conexión macho 2. Por consiguiente, el pistón 4 superior se moverá hacia abajo con respecto a la conexión hembra 1 (es decir, la conexión hembra se mueve hacia arriba mientras el pistón es estacionario). Ya que esto crea un vacio en el lado superior del pistón 4 superior, una pequeña abertura Ib se proporciona a través de la pared de la conexión hembra, a través de la cual el agua de mar puede fluir para llenar el vacio.

Con referencia a la figura 6b, la cual es una vista en sección transversal de una porción de la junta, se muestra una separación parcial de la conexión hembra 1 y la conexión macho 2. En esta fase, un conjunto de aberturas 18 en la conexión macho ha alcanzado la abertura la en la conexión hembra 1. La presión dentro del agujero 10a de la junta se purga hacia el agua de mar a través de estas aberturas. Debido a que los pistones 3 y 4 superior e inferior se mueven más cerca uno del otro, el fluido en la zona 19 anular se empujará a través de las aberturas 18 y hacia el agujero de la tubería de elevación hasta que las aberturas 18 inferiores alcancen la abertura la inferior. También durante el purgado a través de la abertura la inferior, la zona 19 anular y la presión en la misma que actúa en los pistones 3, 4, proporcionará equilibrio de presión para cancelar el efecto de tapón. También durante la separación, el agua de mar fluye continuamente hacia el vacío 19a por encima del pistón 4 superior.

La figura 6c es una vista frontal del enlace débil, que corresponde a la vista en la figura 6b. Como puede ser claro, la conexión hembra 1 se ha movido con respecto a la conexión macho 2.

La figura 6d es una vista en sección transversal de una porción de la junta. Es una vista de una fase cuando casi se completa la separación de la conexión hembra 1 con respecto a la conexión macho. Puede ser claro a partir de esta figura que también a partir de la figura 6e, la cual es una vista frontal del enlace débil que corresponde a la vista en la figura 6d que la conexión hembra 1 se ha movido más hacia arriba, en comparación con la que se muestra en las vistas en las figuras 6b y 6c y casi se separa de la conexión macho 2. También muestra que el pistón 3 de equilibrio de presión inferior se ha movido hacia arriba, junto con la conexión hembra 1, con respecto al pistón 4 de equilibrio superior y de hecho se ha encontrado con el pistón 4 de equilibrio de presión superior. El vacio 19 por encima del pistón 4 superior ahora se llena con agua de mar.

En este punto, una muesca 40 en la parte superior de la conexión macho 2 ha alcanzado la yuxtaposición con los segmentos 5 de transferencia de carga, y permite que éstos se muevan hacia dentro y fuera de las muescas 5a en la conexión hembra 1. Los segmentos de bloqueo de preferencia se desvian por muelle hacia dentro para facilitar esta acción. El desacoplamiento de la muesca 5a permite que los segmentos 5 de transferencia de carga y el pistón de equilibrio inferior se muevan hacia abajo con la conexión macho 2 y fuera de la conexión hembra 1. De esta manera, la conexión hembra 1 ahora se mueve axialmente lejos de la conexión macho y se separa completamente de la conexión macho 2. Los amortiguadores, los cuales también han alcanzado su extremo de la carrera se separan por las varillas de pistón que se desplazan de los cilindros. Esta separación puede facilitarse a través de un mecanismo de los segmentos en el cilindro 13 que se deja expandir cuando el pistón en el extremo superior de la varilla 16 de pistón alcanza una cierta posición.

En el extremo de la separación, cuya fase no se muestra, la conexión macho 2 permanece en la parte inferior con el pistón 4 de equilibrio de presión superior, el pistón 3 de equilibrio de presión inferior y los segmentos 5 de transferencia de carga. La conexión hembra 1 se separa completamente y los amortiguadores 13 que tienen los pistones en su interior se liberan completamente de las varillas 16 de pistón, las cuales se conectan a la conexión macho.

Los amortiguadores de esta manera aseguran una separación controlada y continua de la conexión hembra 1 con respecto a la conexión macho 2 y las tuberías de elevación/equipos unidos a las mismas.

Ahora, la acción de modo fuerte del enlace débil se explicará, con referencia a la figura 5. El modo fuerte se requiere para reforzar la junta entre la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 cuando la tubería de elevación se baja hacia el fondo del mar con el equipo pesado, por ejemplo, un ensamble de EDP/LRP/XT, colgando de su extremo inferior. Esto también se requiere cuando se recupera el ensamble de tubería de elevación El modo fuerte asegura una mayor fuerza de agarre entre la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 al reducir la carga en los pernos 11 de liberación. Este modo fuerte es inactivo cuando el enlace débil se encuentra en operación normal y se somete a presión de pozo. El modo fuerte tiene que permanecer inactivo también, durante la separación de la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 a lo largo de los pernos 11 de liberación.

El modo fuerte particularmente se requiere para asegurar que los pernos 11 no fallen durante las operaciones de bajada y recuperación, cuando la tensión sustancial actúa en los pernos 11 de liberación del enlace débil. Esta tensión puede ser mucho mayor que la tensión predefinida en la cual se diseñan los pernos 11 de liberación para romperse.

Durante la operación de modo fuerte, el fluido hidráulico se hace pasar a través de la válvula 22 (mejor mostrada en la figura 5) hacia una cámara 23a en la parte inferior de la conexión hembra 1. Esto obliga al pistón 9 dinámico de modo fuerte a subir. El pistón empuja el manguito 6 de bloqueo de modo fuerte, el cual sustancialmente obliga al anillo 7 de bloqueo partido a pasar hacia una muesca 23b (mejor mostrada en las figuras 4 y 5) en la parte inferior de la conexión hembra 1. El anillo 7 se presiona radialmente hacia fuera por el manguito 6 de bloqueo de modo fuerte, de manera que entra a la muesca 23b y se asienta en la misma. El manguito de bloqueo puede diseñarse para mantener el anillo 7 de bloqueo en la muesca 23b sin tener que aplicar una presión hidráulica continua en la cámara 23a.

A través del anillo 7 de bloqueo, la conexión macho 1 y la conexión hembra 2 se bloquean juntas y por lo tanto los pernos 11 se liberan parcialmente, y la capacidad de tensión general de la junta de seguridad se incrementa.

El modo fuerte se desactiva al liberar la presión hidráulica a través de una linea 23 hidráulica de desactivación de modo fuerte, la cual empuja el manguito 6 y el pistón 9 dinámico nuevamente hacia abajo de manera que el anillo 7 de bloqueo pueda moverse nuevamente para desacoplarse de la muesca 23b en la parte inferior de la conexión hembra 1. Cuando el modo fuerte se desactiva, la cavidad entre el pistón 12 estático y el pistón 9 dinámico contiene presión hidráulica, para asegurar que el anillo partido no pueda acoplarse con la muesca 23b.

El pistón 12 estático se une fijamente a la conexión macho 2 por roscas. Esto asegura que el pistón 12 estático permanezca estático con la conexión macho 2.

La figura 7 es una vista que indica los diferentes componentes de una modalidad adicional del enlace 43 débil del sistema de tubería de elevación. El enlace 43 débil tiene una conexión macho 25 y una conexión hembra 24. La conexión macho 25 tiene una porción de un sistema de tubería de elevación (no mostrado) conectado en su parte inferior (lado izquierdo en las figuras 7 y 8), mientras la conexión hembra 24 tiene una porción de un sistema de tubería de elevación (no mostrado) conectado en su parte superior (lado derecho en las figuras 7 y 8) . La conexión macho 25 y la conexión hembra 24 se conectan de manera liberable entre sí por pernos 34 de liberación. Estos pernos 34 de liberación se diseñan para romperse en una carga predeterminada. El sistema de tubería de elevación conectado a la conexión macho 25 se conecta a tuberías de elevación adicionales o a otros equipos/infraestructuras en el fondo del mar.

Existe un pistón 27 de equilibrio de presión superior para transferir carga en la conexión macho 25 y un pistón 26 de equilibrio de presión inferior para transferir carga de presión a la conexión hembra 24. Un anillo 29 de carga de equilibrio de presión se ubica por encima del pistón 27 de equilibrio de presión superior para transferir carga desde el pistón 27 de equilibrio de presión superior en la conexión macho 25. Un segmento 28 de carga de equilibrio de presión se ubica bajo un pistón 26 de equilibrio de presión inferior para transferir la carga de presión desde el pistón 26 de equilibrio de presión inferior sobre la conexión hembra 24.

Un segmento 30 de carga de modo fuerte se ubica por encima de un anillo 32 de activación de modo fuerte, el cual se encuentra en contacto con la conexión macho 25 y la conexión hembra 24. La parte superior de la conexión macho 25 forma una varilla de pistón anti-retroceso con un pistón 36 antiretroceso superior en el extremo. La parte superior de la conexión hembra 24 forma un cilindro 39 anti-retroceso con un pistón 41 anti-retroceso inferior en su extremo inferior.

Un anillo 37 de carga anti-retroceso se ubica por encima del pistón 36 anti-retroceso superior, mientras un segmento 42 de soporte anti-retroceso se ubica por debajo del pistón 41 anti-retroceso inferior para soportar éstos.

Una cánula 33 se dispone dentro de la parte superior de la conexión macho 25 para contener presión en la junta 43. Sellos 31 de agujero se proporcionan en el extremo de la cánula 33 para evitar fugas.

La figura 7 también muestra la ubicación de la muesca 40 de segmento de soporte anti-retroceso, el retenedor 38 de cánula.

La disposición de los diversos componentes del enlace 43 débil como se describe en lo anterior con referencia a la figura 7 además se elaboran en la vista alargada en la figura 8, la cual muestra sólo la parte inferior de la junta 43.

La figura 8 también muestra claramente un segmento 30 de carga de modo fuerte ubicado por encima del anillo 32 de activación de modo fuerte y que éste se asienta en una muesca 46 en la conexión hembra 24. El anillo 32 se encuentra en contacto con la conexión macho 25 y la conexión hembra 24. La figura 8 también muestra una muesca 28a en la parte inferior de la conexión hembra 24, con la cual el segmento 54 de carga de equilibrio de presión permanece en acoplamiento cuando la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 se conectan.

La figura 9 es una vista que muestra el equilibrio de presión, cuando la junta 43 se encuentra bajo operación de modo débil. Muestra la cámara 45 de equilibrio de presión entre la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 y las aberturas 50 a través de las cuales la presión en la tubería de elevación 44 se transporta hacia las cámaras 45.

La figura 10a es una vista que muestra la operación de modo débil mientras la figura 10b es una vista que muestra la operación de modo fuerte. La figura 10a muestra las aberturas 50 a través de las cuales se transporta la presión desde la tubería de elevación hasta la cámara 45 de equilibrio de presión mejor mostrada en la figura 9. También muestra la conexión hembra 24, la conexión macho 25 y los pernos 34 de liberación. La figura 10b muestra estas características y muestra adicionalmente el pistón 30 de modo fuerte estático por encima del pistón 32 de activación de modo fuerte y la lumbrera 47 de activación de modo fuerte.

Las figuras lia y 11b son vistas que muestran el mecanismo de amortiguamiento para separación amortiguada de la conexión hembra 24 y la conexión macho 25. Existe una cámara 39 anular entre la conexión macho 25 y la conexión hembra 24. Esta cámara 39 se sella con agua de mar, cuando se sumerge, a través de orificios 48 (mostrados en la figura 11b) en la parte inferior de la conexión hembra 24. La porción sombreada en la figura 11b indica el agua en la cavidad 39.

El mecanismo de equilibrio de presión durante la operación de modo débil ahora se explicará con referencia también a las figuras 7, 8 y 9.

Cuando la tubería de elevación 44 se despliega completamente, el enlace débil se encuentra en modo débil, donde los pernos 34 que conectan la conexión macho 25 y la conexión hembra 24 limitan qué tanta fuerza puede soportar el enlace 43 débil. Ésta puede ser la fuerza máxima permitida en la tubería de elevación 44 que se conoce, y si la tubería de elevación se somete a la fuerza más allá de este máximo calculado, los pernos 34 fallarán.

Una fuerza actúa en el sistema de tubería de elevación debido al efecto de tapón que necesita equilibrarse primero que nada por el mecanismo de equilibrio de presión del enlace 43 débil, para cancelar la fuerza axial ejercida en los pernos 34 de liberación debido a la presión en la tubería de elevación.

Como se muestra particularmente en la figura 9, la presión dentro de la tubería de elevación 44 se transfiere a través de aberturas 26 en una cámara 45 entre la conexión macho 25 y la conexión hembra 24 donde ejerce fuerza en dos pistones circulares opuestos (un pistón 51 de equilibrio de presión inferior y un pistón 52 de equilibrio de presión superior, como mejor se muestra en las figuras 7 y 8) de los cuales cado una transfiere la fuerza resultante respectivamente a la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 en direcciones opuestas. De esta manera, los efectos de la presión interna en los pernos 34, se anulan.

Un anillo 54 de carga de equilibrio de presión se ubica por encima del pistón 52 de equilibrio de presión superior para transferir la carga de presión desde el pistón 52 de equilibrio superior hasta la conexión macho 25. De manera similar, un segmento 54 de carga de equilibrio de presión se ubica por debajo del pistón 51 de equilibrio de presión inferior para transferir carga de presión desde el pistón 51 de equilibrio de presión inferior hasta la conexión hembra 24. Estos segmentos 54 se construyen de esta manera para que puedan moverse radialmente y permitir que la conexión hembra 24 se libere, una vez que los pernos 34 se rompen. Cuando la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 permanecen conectadas, los segmentos 54 se encuentran en acoplamiento con las muescas 28a en la conexión hembra 24 mediante un anillo 28 de retención que tiene una superficie achaflanada, como mejor se muestra en la figura 9.

Cuando el limite de umbral de los pernos 34 de liberación se cruza, la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 comienzan a separarse, el anillo 28 de retención se moverá hacia abajo con la conexión macho y los segmentos 54 se dejan mover radialmente hacia dentro para desacoplarse de la conexión hembra.

Hacia el extremo de la carrera, una muesca 40 alcanzará el segmento 42 de soporte anti-retroceso para permitir que éste se mueva radialmente hacia la muesca 40 en la conexión macho y por lo tanto fuera de acoplamiento con la conexión hembra 24, de esta manera permitiendo que la conexión macho 25 pase completamente fuera de la conexión hembra 24 y se produzca la separación.

Sin ninguna forma de amortiguamiento, esta separación puede ser similar a un rompimiento de banda de caucho, y el retroceso resultante tiene posibilidades potenciales de dañar la infraestructura submarina así como el equipo y personal en la superficie.

Para evitar cualquier retroceso durante la separación de la conexión hembra y la conexión macho, el enlace 43 débil se diseña con un sistema de prevención de retroceso integrado para minimizar cualquier retroceso. Este mecanismo ahora se explicará con referencia a las figuras lia y 11b.

El mecanismo de prevención de retroceso funciona al proporcionar una cámara 39 entre las partes superiores de la conexión macho 25 y la conexión hembra 24, esta cámara 39 se llena con agua de mar a través de orificios 48 (mostrados en la figura 11b) en la parte inferior de la conexión hembra 24. Cuando se separa el enlace débil, el agua se ve forzada a salir lentamente de nuevo a través de los orificios 48.

Los orificios 48 se dimensionan asi para que el agua se restrinja en su flujo, de esta manera proporcionando un amortiguamiento efectivo al movimiento de separación. Esto provoca el proceso de separación, o que la carrera se limite a una velocidad aceptable, por lo que limita el impacto de la energía liberada.

La figura lia es una vista de una fase cuando la conexión hembra 24 y la conexión macho 25 no han comenzado a separarse y el agua de mar (porción sombreada) se presenta en la cámara 39.

La figura 11b es una fase cuando la separación ha comenzado por el rompimiento de los pernos 34. La conexión hembra 24 se ha movido hacia arriba con respecto a la conexión macho estacionaria y el agua se expulsa parcialmente de manera que ahora se presenta sólo en la porción 39a de cavidad.

De esta manera, el mecanismo de equilibrio de presión del enlace débil funciona con el mecanismo anti-retroceso del enlace débil. Sin embargo, en comparación con la modalidad de las figuras 1-6, la característica de equilibrio de presión no funcionará después de que se han roto los pernos 3. Esto significa que el mecanismo de amortiguador trata con el efecto de tapón y las fuerzas de tensión de la tubería de elevación, particularmente, la fuerza axial que actúa en los pernos de liberación debido al efecto de tapón de la tubería de elevación se anula y debido a que la conexión macho y la conexión hembra se separan en una forma controlada y continua, sin ninguna presión repentina cuando los pernos de liberación alcanzan el valor de umbral como se preestablece.

La operación de modo fuerte se explica además con referencia a las figuras 10a y 10b. La figura 10a muestra la trayectoria de carga aproximada (porción sombreada) cuando el enlace 43 débil se establece en el modo débil y la figura 10b muestra la trayectoria de carga aproximada (porción sombreada), cuando el enlace 43 débil se establece en el modo fuerte. Al comparar las figuras 10a y 10b puede observarse que en la figura 10a el pistón 32 de activación de modo fuerte se encuentra en su posición más baja, mientras en la figura 10b el pistón 32 se ha desplazado hacia su posición más alta, y por lo tanto el modo fuerte se ha activado.

Como se muestra en la figura 10b, para activar el modo fuerte, la presión hidráulica se aplica a través de una lumbrera 47 ubicada cerca de la parte inferior de la conexión hembra 24 y por debajo del pistón 32, por lo que el pistón 32 se empuja hacia arriba y a su vez empuja el segmento 30 de carga axialmente hacia una muesca 46 (mejor mostrada en la figura 8) en la conexión hembra 24. Por lo tanto, la fuerza de agarre entre la conexión macho 25 y la conexión hembra 24 se incrementa. Esta aplicación de modo fuerte de la fuerza hidráulica, incrementa sustancialmente de esta manera la resistencia del enlace 43 débil al asegurar un mayor contacto entre la conexión macho 25 y la conexión hembra 24. Naturalmente, en ese caso, la carga en los pernos 34 de liberación también se reduce.

Con referencia a las figuras 12a-d, 13a-d y 14a-c, se describirá una modalidad preferida del amortiguador 13 mostrado en la figura 6a.

La figura 12a muestra una sección longitudinal a través de un amortiguador 13. El amortiguador comprende un cilindro 100 que se sella en un primer extremo 101 por un primer tapón 102 de extremo abierto. En el segundo extremo 103 opuesto, se encuentra un segundo tapón 103. Dentro del cilindro 100 se encuentra un pistón 104. Una varilla 105 de pistón se une en un primer extremo 106 al pistón 104 y la varilla de pistón se extiende a través del segundo tapón 103 hasta un segundo extremo 107 que se encuentra fuera del cilindro 100. En la figura 12a, el amortiguador 13 se encuentra en una posición completamente retraída, es decir, el pistón 104 se acerca al primer tapón 102.

Una muesca 108 longitudinal se forma a lo largo de la varilla 105 de pistón. Esta muesca se escalona en profundidad como sigue (desde el extremo exterior hasta el pistón 104): una porción 108a de muesca más profunda exterior, una muesca 108b poco profunda intermedia y una muesca 108c poco profunda interna. Además, existe una muesca 108d más profunda corta más cercana al pistón 104.

La figura 12b muestra el amortiguador 13 en una sección longitudinal parcial de 90° a la sección en la figura 12a.

La figura 12c muestra una sección transversal longitudinal detallada del extremo 101 interior del amortiguador 13 en la misma vista como en la figura 12a. Ésta muestra el pistón 104 y el tapón 12. El pistón se encuentra equipado con una pieza 109 de conexión, una válvula 110 de una via y un canal 111 de relleno, para llenar el cilindro 100 con fluido hidráulico. El canal 111 se encuentra en comunicación con la muesca 108d interior.

Distante del pistón 104 se encuentra un mecanismo 112 de agarre que forma una conexión entre el pistón 104 y la varilla 105 de pistón. El mecanismo de agarre comprende una pluralidad de fiadores 120 que acoplan el pistón 104 y la varilla 105 de pistón por muescas 113 engranadas y proyecciones 114. Los fiadores 120 tienen un extremo 119 distante que se extiende de forma oblicua hacia fuera de la varilla 105 de pistón hasta la pared interior del cilindro 100. Por consiguiente, una cavidad 121 cónica se forma entre la varilla 105 y el extremo distante de los fiadores 120.

La figura 12d muestra una vista detallada del extremo exterior del amortiguador 13 en la misma sección que en la figura 12a. La varilla 105 de pistón tiene un agujero 115 que pone la muesca 108a exterior en comunicación con los alrededores a través de una abertura 116 en el extremo distante de la varilla 105 de pistón. Además, la varilla tiene una muesca 117 circunferencial que también pone el interior del cilindro 100 en comunicación con los alrededores.

El tapón 103 tiene una proyección 118 en forma de anillo internamente, de la cual su función se explicará posteriormente.

Cuando la fuerza para actuar para separar la conexión hembra 1 y la conexión macho 2 del enlace débil, como se describe en lo anterior, y los pernos 11 de liberación rompen la varilla 105 de pistón se jalarán hacia fuera del cilindro 100. La varilla 105 jalará el pistón 104 a lo largo de la misma La figura 13a muestra una sección transversal similar a la figura 12a, pero donde el pistón 104 y la varilla 105 de pistón se han jalado de cierta forma hacia fuera. Debido a la fuerza de tracción, el fluido hidráulico dentro del cilindro se verá forzado a salir del cilindro a través del agujero 115 en la varilla 105. Inicialmente, el fluido también se verá obligado a salir mediante la muesca 117 circunferencial. A medida gue la primera parte 108a de la muesca 108 viaja a través del tapón 103, el fluido también fluirá a lo largo de esta muesca hacia el exterior. La primera parte 108a de muesca es relativamente profunda y de esta manera la velocidad de viaje de la varilla 105 de pistón será relativamente tan alta como la primera parte 108a de muesca que permite el flujo a través del tapón 103.

Las Figuras 13a, c y d muestran la situación donde el extremo interior de la parte 108a de muesca alcanza el tapón 103.

Cuando toda la parte 108a de muesca ha penetrado a través del tapón 103, el fluido fluirá a lo largo de la segunda parte 108b de muesca y poco profunda. Esto reducirá la velocidad de viaje de la varilla 105 de pistón.

Cuando toda la segunda parte 108b de muesca ha penetrado a través del tapón 103, la tercera parte 108c de muesca y poco profunda se ha alcanzado. Esto reducirá la velocidad de viaje de la varilla de pistón aún más.

Sólo cuando la parte 108c de muesca poco profunda ha penetrado el tapón 103, se alcanza la parte 108d de muesca última y más profunda. Después, la velocidad de desplazamiento de la carilla de pistón se incrementa nuevamente para asegurar la separación de la varilla 105 de pistón y el pistón 104, como se explicará a continuación.

Con referencia a las Figuras 14a y b: cuando el pistón 104 alcanza el extremo exterior del cilindro 100, los fiadores 120 encontrarán la proyección 118 en forma de anillo. La proyección 118 en forma de anillo entrará en la cavidad 121 cónica y obligará que el extremo 119 distante de los fiadores 120 salga al exterior. El tapón 103 tiene un diámetro interior más grande que el cilindro 100, permitiendo que los extremos 119 distantes de los fiadores se muevan hacia afuera y por consiguiente liberen su agarre en la varilla 105 de pistón. La figura 14c muestra que la varilla 105 de pistón se separa completamente del pistón 104.

La liberación de fluido hidráulico desde el cilindro 100 puede hacerse de una manera controlada mediante al adaptar el ancho y profundidad de la muesca 108 y el canal 117 para alcanzar la tasa de separación deseada.

La presente invención se ha descrito con referencia a modalidades preferidas y sólo algunos dibujos para comprensión y debe quedar claro para personas con experiencia en la téenica que la presente invención incluye todas las modificaciones legitimas en el ámbito de lo que se ha descrito anteriormente y reclamado en las reivindicaciones anexas. Puede entenderse fácilmente que la conexión macho puede conectarse a la parte superior de la tubería de elevación y la conexión hembra a la parte inferior o equipo del fondo del mar sin apartarse de la invención.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un enlace débil para un sistema de tubería de elevación que comprende un primer miembro y un segundo miembro, ambos miembros tienen un agujero que comunica con un agujero de una tubería de elevación, un medio de conexión para conectar de manera liberable el primer miembro y el segundo miembro, el medio de conexión se diseña para romperse en una tensión predefinida, caracterizado porque se proporciona un mecanismo de equilibrio de presión, para equilibrar las fuerzas axiales que actúan sobre tal medio de conexión, debido al efecto de tapón de tal sistema de tubería de elevación, en donde el sistema de equilibrio incluye un primer pistón de equilibrio de presión para transferir la carga de presión a la conexión hembra y un segundo pistón de equilibrio de presión para transferir la carga de presión a la conexión macho, los pistones de equilibrio primero y segundo se sitúan, cuando la conexión macho y la conexión hembra se encuentran en un estado completamente conectado, a una distancia mutua mayor que el diámetro de los agujeros del primer y segundo miembros.

2. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer miembro es una conexión macho y el segundo miembro es una conexión hembra, la conexión macho y la conexión hembra se interconectan de manera liberable por pernos de liberación.

3. El enlace débil de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el primer y segundo pistones de equilibrio de presión se sitúan en una zona anular entre la conexión macho y la conexión hembra, la zona anular en comunicación de presión con un agujero de la conexión macho, las cargas de presión actúan en direcciones opuestas en los pistones.

4. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque un segmento de transferencia de carga radialmente móvil se ubica junto con el primer pistón de equilibrio de presión para transferir la carga desde el primer pistón de equilibrio de presión hasta la conexión hembra y que el segundo pistón de equilibrio de presión (4) se conecta a la conexión hembra, de preferencia mediante una conexión roscada, para transferir la carga desde el segundo pistón de equilibrio de presión a la conexión macho.

5. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque un rebajo se forma en la conexión macho, el rebajo se sitúa, cuando la conexión macho y la conexión hembra se encuentran en un estado completamente conectado, a una distancia desde el segundo pistón de equilibrio, el rebajo, cuando la conexión macho y la conexión hembra se encuentran en un estado parcialmente desconectado, permite que el segmento de transferencia de carga radialmente movible se mueva hacia el rebajo y fuera de acoplamiento con la conexión hembra.

6. El enlace débil de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 -5, caracterizado porque comprende una cánula que se fija en un primer extremo a la conexión hembra y tiene un segundo extremo que se extiende hacia el agujero de la conexión macho a fin de mantener un sello entre la conexión macho y la conexión hembra durante la carrera de separación, la cánula proporciona una zona anular estrecha con la conexión macho, la cual a su vez proporciona comunicación entre el agujero de la conexión macho y una zona anular entre la conexión macho y la conexión hembra.

7. El enlace débil de conformidad con las reivindicaciones 1- 6, caracterizado porque la conexión hembra comprende una abertura que proporciona comunicación entre el agua de mar circundante y un vacio en el lado opuesto del segundo pistón de equilibrio de presión desde la zona anular.

8. El enlace débil de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 6- 7, caracterizado porque la conexión macho comprende aberturas que proporcionan comunicación entre el agujero de la conexión macho y la zona anular.

9. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la conexión hembra comprende una abertura que se extiende hasta el agua de mar circundante, cuya abertura se adapta para comunicarse con al menos una de las aberturas en la conexión macho cuando la conexión macho se ha movido parcialmente fuera de la conexión hembra, a fin de purgar la presión dentro de la tubería de elevación al agua de mar circundante.

10. El enlace débil de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 -9, caracterizado porque comprende un mecanismo de amortiguamiento para amortiguar cualquier efecto de retroceso repentino entre el primer miembro y el segundo miembro durante su separación.

11. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el mecanismo de amortiguamiento comprende uno o más cilindros y disposiciones de pistones, el mecanismo de amortiguamiento se conecta a la conexión hembra por uno del cilindro o disposición de pistones y el otro del cilindro y la disposición de pistones que se conecta a la conexión hembra.

12. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque el amortiguador tiene al menos una pequeña abertura dispuesta para expulsar lentamente fluido contenido en el interior del amortiguador a través de la abertura, para la separación amortiguada de la conexión hembra y la conexión macho.

13. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la pequeña abertura se forma al menos en parte por una muesca en una varilla de pistón, la varilla de pistón se conecta a un pistón dentro de un cilindro del mecanismo de amortiguamiento.

14. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el pistón se conecta a la varilla de pistón por un mecanismo liberable.

15. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el mecanismo liberable comprende una pluralidad de fiadores que sujeta el pistón y la varilla de pistón por muescas de acoplamiento y proyecciones, y que una proyección en el extremo distante del cilindro se adapta para empujar los fiadores radialmente y hacia fuera de interferencia con la varilla de pistón (105).

16. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el mecanismo de amortiguamiento es una parte integral del mecanismo de equilibrio de presión.

17. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque al menos una muesca se ubica en la conexión macho, cuya muesca en el caso de separación de la conexión hembra de la conexión macho, proporciona espacio para recibir el segmento de transferencia de carga a fin de poner el segmento fuera de acoplamiento con la conexión hembra, permitiendo de ese modo la separación completa de la conexión macho y la conexión hembra.

18. El enlace débil de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un medio de modo fuerte adaptado para incrementar selectivamente la fuerza de agarre entre el segundo miembro y el primer miembro.

19. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el medio de modo fuerte comprende un pistón dinámico de activación de modo fuerte acoplado operativamente a un anillo de bloqueo de modo fuerte.

20. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el medio de modo fuerte comprende un primer conducto de presión de fluido hidráulico que se adapta para suministrar presión hidráulica a una primera cámara para desplazar el pistón dinámico adicional en una primera dirección y por lo tanto desplazar el anillo de bloqueo radialmente hacia una muesca en la conexión hembra.

21. El enlace de débil de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el medio de modo fuerte comprende un pistón estático de modo fuerte ubicado en el lado axialmente opuesto del anillo de bloqueo con relación al pistón dinámico.

22. El enlace débil de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el medio de modo fuerte además comprende un segundo conducto hidráulico adaptado para suministrar presión hidráulica a una segunda cámara opuesta a la primera cámara con relación al pistón dinámico para desplazar el pistón dinámico en una segunda dirección opuesta a la primera dirección, y por lo tanto desplazar el anillo de bloqueo radialmente hacia fuera de la muesca en la conexión hembra.