PT2295646E - Dispositivo de perfuração e processo de perfuração - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO DE PERFURAÇÃO E PROCESSO DE PERFURAÇÃO" A invenção refere-se a um dispositivo de perfuração com um aparelho de perfuração para perfurar dentro de um tubo revestido, em que o aparelho de perfuração possui um quadro de suporte com um dispositivo de fixação para fixar relativamente ao tubo revestido, bem como, uma ferramenta de perfuração que é rotativamente acionada através de uma haste telescópica por meio de um acionamento de perfuração, haste essa que se encontra no quadro de suporte. A invenção refere-se ainda a um processo de perfuração para fazer um furo dentro de um tubo revestido, em que um quadro de suporte de um aparelho de perfuração é fixado relativamente ao tubo revestido e em que, por meio de um acionamento de perfuração disposto no quadro de suporte, uma ferramenta de perfuração é rotativamente acionada através de uma haste telescópica, o que faz com que seja extraído material do solo dentro do tubo revestido.

Um de perfuração destes e um processo de perfuração deste tipo já foram apresentados pelo documento EP 1 154 0 78 BI. Para criar um pilar de perfuração em subsolo mole começa-se por pressionar ou rodar para dentro um tubo revestido por meio de um conhecido dispositivo de introdução. Para remover o material do solo dentro do tubo revestido é utilizado, através de um equipamento de guindaste, um aparelho de perfuração com um quadro de suporte, que está fixamente apertado na extremidade superior do tubo revestido. Através de uma haste Kelly telescópica rebaixa- 2 se um perfurador de caixa como ferramenta de perfuração através do equipamento de guindaste. A ferramenta de perfuração do aparelho de perfuração é rotativamente acionada através da haste Kelly por um acionamento de perfuração, que se encontra fixamente apertado no quadro de suporte.

Depois de o espaço de receção do perfurador de caixa ser enchido com material de solo extraído, a ferramenta de perfuração é novamente levantada pelo equipamento de guindaste, o quadro de suporte do tubo revestido é solto e o aparelho de perfuração é, de um modo geral, rodado de lado em relação ao tubo revestido, sendo o perfurador de caixa esvaziado nesta posição. De seguida, para prosseguir a perfuração, o aparelho de perfuração é novamente colocado sobre o tubo revestido, o quadro de suporte é aí fixamente apertado e a ferramenta de perfuração é novamente suspendida.

Uma vez concluída a perfuração, o aparelho de perfuração é, de um modo geral, removido por meio do equipamento de guindaste e o espaço oco que se forma dentro do tubo revestido pode ser enchido p. ex. pela introdução de uma malha de armadura em aço e uma massa de betão para formar uma estaca de fundação.

Este conhecido processo de perfuração é, de um modo geral, muito económico, uma vez que depois de concluída a perfuração, o aparelho de perfuração pode ser deslocado para o próximo tubo revestido através do equipamento de guindaste, de modo a que logo a seguir se possa iniciar a próxima perfuração. A suspensão de cabo do aparelho de perfuração num equipamento de guindaste permite obter um chamado "aparelho de perfuração voador", que pode ser 3 rápida e eficientemente deslocado pelo equipamento de guindaste, sobretudo em terreno difícil.

No caso de condições atmosféricas desfavoráveis, sobretudo com fortes ventos, a colocação do aparelho de perfuração sobre o tubo revestido e a fixação do quadro de suporte requer muita experiência e habilidade do operador no equipamento de guindaste. Devido aos movimentos oscilantes do aparelho de perfuração pendurado no cabo do guindaste podem ocorrer atrasos durante o trabalho. A invenção tem por objetivo disponibilizar um dispositivo de perfuração e um processo de perfuração, que possibilitem a realização eficiente de um furo num tubo revestido mesmo sob condições atmosféricas adversas. 0 objetivo é alcançado em conformidade com a invenção através de um dispositivo de perfuração com as características da reivindicação 1 ou através de um processo de perfuração com as características da reivindicação 8. As respetivas reivindicações dependentes indicam versões privilegiadas da invenção. 0 dispositivo de perfuração em conformidade com a invenção caracteriza-se pela disposição, na extremidade superior do tubo revestido, de uma receção regulável na qual pode ser fixado o quadro de suporte, e pelo facto de a receção poder ser deslocada entre uma posição de perfuração, na qual o aparelho de perfuração na receção fica no mesmo eixo relativamente ao tubo revestido, e uma posição de deslocação, na qual a receção fica lateralmente deslocada em relação ao tubo revestido.

Uma ideia base da invenção consiste em deixar de soltar completamente o aparelho de perfuração do tubo revestido durante a realização do furo, ou seja por exemplo 4 para esvaziar a ferramenta de perfuração ou na execução de processos de medição ou de manutenção. Em vez disso, o aparelho de perfuração fica ligado ao tubo revestido e é aqui deslocado de modo definido. Em conformidade com a invenção, o aparelho de perfuração não é mais fixamente apertado ao tubo revestido, mas sim a uma receção ai prevista, que se encontra disposta de modo regulável no tubo revestido. Pode, por exemplo, ocorrer, no caso de fortes ventos, uma deslocação rápida e segura da receção, com o aparelho de perfuração que aí se encontra, entre uma posição de perfuração e uma posição de deslocação, na qual a ferramenta de perfuração pode ser por exemplo esvaziada. A posição de deslocação está preferencialmente disposta de modo a existir também um acesso livre para a abertura superior do tubo revestido, para se poderem realizar talvez medições ou trabalhos adicionais dentro do furo. 0 processo de trabalho é assim, de um modo geral, facilitado, em que mesmo com fortes ventos é possível esvaziar a ferramenta de perfuração com rapidez e segurança. Deste modo, é possível utilizar o dispositivo de perfuração em conformidade com a invenção talvez também em alto-mar para criar estacas de fundação no fundo do mar. Os fortes ventos no mar e os movimentos oscilantes de um equipamento de guindaste disposto num veículo marinho não influenciam assim em muito o decurso do trabalho.

Em princípio, a receção pode ser regulada por um respetivo movimento do equipamento de guindaste, onde está suspenso o aparelho de perfuração. Neste caso, a receção seria passivamente guiada em relação ao tubo revestido. Privilegia-se sobretudo que segundo a invenção esteja previsto um dispositivo de regulação com acionamento, com o 5 qual se pode regular a receção entre a posição de perfuração e a posição de deslocação. 0 acionamento do dispositivo de regulação pode encontrar-se numa plataforma no tubo revestido ou no aparelho de perfuração, como talvez no quadro de suporte. 0 movimento de regulação é realizado ao longo de uma guia.

Em principio pode estar previsto para regulação uma articulação giratória, para poder rodar a receção relativamente ao tubo revestido através de um movimento rotativo. Uma disposição particularmente simples e fiável é conseguida, em conformidade com a invenção, pelo facto de o dispositivo de regulação possuir um carro que é guiado ao longo de uma via de deslocação. A via de deslocação pode, para isso, apresentar uma ou duas calhas guia para um movimento de deslocação linear. Podem também estar previstos outros movimentos de regulação.

Em princípio, é possivel usar as mais diversas ferramentas de perfuração no aparelho de perfuração. São particularmente vantajosas as ferramentas de perfuração que funcionam de modo descontinuo de acordo com a invenção, entre as quais também se contam os trados que se enroscam no solo. Para trabalhar em solos moles ou debaixo de água é vantajoso, em conformidade com a invenção, que a ferramenta de perfuração seja constituida como perfurador de caixa com um fundo que pode ser aberto para esvaziar o perfurador de caixa.

Um desenvolvimento continuo da invenção consiste em prever um mecanismo de acionamento que é constituído para abrir o fundo do perfurador de caixa quando o perfurador de caixa se encontra na posição de deslocação. De um modo conhecido, o fundo dobrável apresenta primeiramente uma 6 abertura com dispositivo de corte, de modo a que o material do solo possa ser extraído e possa ser levado pela abertura para o espaço de receção cilíndrico do perfurador de caixa. Dentro do perfurador da caixa pode, em determinadas versões, estar disposto um parafuso sem fim como transportador adicional. Quando o espaço de receção está cheio, a abertura é fechada rodando o fundo, de modo a retirar o perfurador de caixa com o material do solo extraído para fora do tubo revestido na receção. De seguida, o perfurador de caixa com a receção para esvaziar pode ser transportado para a posição de deslocação. Por meio de um mecanismo de acionamento, que pode ser acionado por exemplo por um breve movimento de elevação do aparelho de perfuração através do equipamento de guindaste, é possível desbloquear um fecho do fundo. Neste processo, o fundo pode ser aberto em uma articulação oscilante, de modo a que o material do solo possa cair pela força da gravidade para fora do espaço de receção do perfurador de caixa.

Outra versão privilegiada da invenção resulta do facto de, ao deslocar a receção da posição de deslocação para a posição de perfuração, ser possível fechar um fundo dobrável do perfurador de caixa. Através de um elemento de ajuste cuneiforme ou em forma de rampa é por exemplo possível, durante um movimento de deslocação de volta para a posição de perfuração, pressionar o fundo dobrável de volta à sua posição de fecho, bloqueando-se novamente o fecho do fundo. Quando a ferramenta de perfuração com a receção estiver de novo na posição de perfuração, a ferramenta de perfuração pode ser rebaixada para o tubo revestido pela haste telescópica para prosseguir a perfuração. 7

De acordo com a invenção, está preferencialmente prevista uma plataforma na extremidade superior do tubo revestido, encontrando-se nessa plataforma a receção e o dispositivo de deslocação. A plataforma com a receção está unida, de modo removível, ao tubo revestido através de dispositivos de fixação adequados. Concluídos os trabalhos de perfuração, a plataforma pode ser assim novamente solta do tubo revestido e ser aplicada num novo tubo revestido, que foi pressionado para dentro do solo. Para isso, a plataforma pode apresentar respetivos dispositivos de união para uma suspensão de cabo.

Relativamente ao processo de perfuração, a invenção caracteriza-se pelo facto de o quadro de suporte do aparelho de perfuração ser fixado numa receção, que se encontra numa extremidade superior do tubo revestido, e pelo facto de o aparelho de perfuração ser regulado pela receção entre uma posição de perfuração, na qual o aparelho de perfuração na receção fica no mesmo eixo relativamente ao tubo revestido, e uma posição de deslocação, na qual a receção fica lateralmente deslocada em relação ao tubo revestido.

Tal como anteriormente descrito, a receção em conformidade com a invenção consegue acelerar e simplificar o processo de trabalho.

Uma evolução de processo privilegiada consiste, em conformidade com a invenção, em que na posição de deslocação uma ferramenta de perfuração do aparelho de perfuração é esvaziada de material do solo extraído. Pode, assim, realizar-se um processo descontínuo, o que é vantajoso sobretudo em solos moles.

De acordo com a invenção está previsto segurar o aparelho de perfuração num equipamento de guindaste tanto na posição de perfuração como também na posição de deslocação através de uma haste telescópica. 0 equipamento de guindaste pode ser sobretudo um braço ou um guindaste habitual em estaleiros, no qual o aparelho de perfuração fica pendurado num cabo de guindaste. Neste caso, sobretudo a haste telescópica pode ser uma chamada haste Kelly, que é diretamente acionada pelo cabo de guindaste para regular a ferramenta de perfuração. 0 processo de perfuração em conformidade com a invenção é sobretudo também adequado para ser aplicado, através de um equipamento de guindaste, num barco ou noutro veiculo marítimo que está sujeito a oscilações extremamente fortes devido ao movimento das ondas. A invenção prevê ainda que o tubo revestido seja introduzido no solo, sobretudo pressionado para dentro do solo. Para isso, pode aplicar-se um conhecido dispositivo de pressão. Está ainda previsto segundo a invenção que de seguida o furo realizado no tubo revestido seja enchido com massa de betão e formado uma estaca de perfuração.

Para realizar o processo de perfuração pode ser utilizado sobretudo um aparelho de perfuração, como é por exemplo conhecido no documento EP 1 154 078 BI inicialmente mencionado.

Passamos a explicar a invenção por meio de exemplos de execução privilegiados, que são esquematicamente apresentados nos desenhos anexos. Nos desenhos temos: 9 a Fig. 1 mostra vistas esquemáticas do dispositivo em conformidade com a invenção e do processo em diferentes fases da realização do furo; a Fig. 2 mostra uma vista lateral esquemática ao deslocar o aparelho de perfuração da posição de perfuração para a posição de deslocação; a Fig. 3 mostra uma vista lateral esquemática do dispositivo de perfuração na posição de deslocação; e a Fig. 4 mostra uma vista de corte transversal parcial esquemática de um aparelho de perfuração em conformidade com a invenção. A Fig. la mostra a fase inicial na realização de um processo de perfuração em conformidade com a invenção.

Começa-se por introduzir um tubo revestido 5 apenas parcialmente apresentado, de um modo já conhecido com um dispositivo de introdução, num solo 2 relativamente mole, que no exemplo de execução apresentado fica abaixo de um meio aquático 3. 0 tubo revestido 5 sobressai da superficie do meio aquático 3, de modo a que na área superior do tubo revestido 5 possa ser colocada uma receção 20 resistente à rotação. No exemplo de execução apresentado está também fixada, de modo removível, uma plataforma 30 na área superior do tubo revestido 5.

Como parte do dispositivo de perfuração em conformidade com a invenção 10, rebaixa-se um aparelho de perfuração 100 na direção da receção 20 através de uma haste telescópica 130, que é segurada por um cabo de 10 guindaste 62 num equipamento de guindaste 60. O equipamento de guindaste 60 engloba no presente exemplo um veiculo de lagartas com braço, que se encontra num pontão flutuante 7.

Tal como está representado na Fig. lb, o aparelho de perfuração 100 é rebaixado na receção tubular 20 e é fixado no lado superior da receção 20. Na posição apresentada conforme a Fig. lb, a receção 20 com o aparelho de perfuração 100 ai recebido e a haste telescópica 130 fica no mesmo eixo do eixo central do tubo revestido 5. Nesta posição de perfuração, é possível extrair a haste telescópica 130 para recolher uma ferramenta de perfuração 140 do aparelho de perfuração 100 no tubo revestido 5 e perfurar o material do solo que aí se encontra. A Fig. lc mostra uma possível profundidade final, na qual está extraída a haste telescópica 130 triplamente telescopável.

Em princípio, o tubo revestido 5 pode estender-se até à extremidade inferior do furo, ou seja, até à base de perfuração. Neste caso, far-se-ia um furo completamente entubado. Em alternativa, o tubo revestido 5 pode encontrar-se somente na área superior do furo, no qual se encontra material do solo relativamente mole. Desde que se encontrem por baixo camadas de solo mais estáveis, não é preciso continuar a entubar, de modo a poder também submergir o furo por baixo de um tubo revestido 5.

Como se pode ver na Fig. 2, no dispositivo de perfuração 10 em conformidade com a invenção, a ferramenta de perfuração 140 é constituída como um perfurador de caixa com uma caixa de receção 146 cilíndrica, que serve para realizar um processo de perfuração descontínuo. 11

Através de um respetivo movimento rotativo da ferramenta de perfuração 140, que é rotativamente acionada através de uma haste telescópica 130 por meio de um acionamento de perfuração 116, extrai-se material do solo dentro do tubo revestido 5 que é transportado por uma abertura dentro de um fundo na caixa de receção 146. Quando esta estiver cheia, a ferramenta de perfuração 140, depois de a abertura no fundo da ferramenta de perfuração 140 ser fechada por uma curta contra-rotação, é deslocada pela haste telescópica 130 e o cabo de guindaste 62 para fora do tubo revestido 5 de volta para a receção 20. De seguida, a receção 20 com o aparelho de perfuração 100 é deslocada por meio de um dispositivo de regulação 40 para uma posição de deslocação. Para isso, o dispositivo de regulação 40 apresenta uma via de deslocação 44 com calhas, que estão dispostas transversalmente ao tubo revestido 5 ao longo da plataforma 30. No lado inferior da receção em forma de manga 20 existe um carro 40, que pode ser deslocado ao longo da via de deslocação 44 por meio de um acionamento não apresentado.

Tal como é apresentado na Fig. 2, a plataforma 30 está disposta horizontalmente acima do meio aquático 3 e, através de uma estrutura de apoio 32 e vedantes de retenção 34, está fixada de modo removível na extremidade superior do tubo revestido 5.

Ao chegar à posição de deslocação, que está representada na Fig. 3, é possível abrir um fundo 142, que está basculantemente articulado através de uma articulação basculante 144 no lado inferior da caixa de receção 146, através de um mecanismo de acionamento 50. O fundo 142 pode, neste caso, abrir na posição vertical apresentada, de 12 modo a que o material do solo possa cair dentro da caixa de receção 146. De seguida, a receção 20 com o aparelho de perfuração 100 é novamente deslocada para a direita na direção do tubo revestido 5 de volta à posição de perfuração. Neste caso, o fundo 142 é pressionado de volta para a posição de fecho horizontal na caixa de receção 146, na qual o fundo 142 engata através de um fecho não representado. De seguida, pode proceder-se a um novo passo de perfuração até a caixa de receção 146 ficar de novo cheia e tiver de ser novamente deslocada para a posição de deslocação para ser esvaziada. A Fig. 4 evidencia esquematicamente uma fixação privilegiada do aparelho de perfuração 100 na receção 20. O aparelho de perfuração 100 apresenta um quadro de suporte 110, que na sua extremidade inferior está dotado de travessas 117. No lado inferior das travessas 117 existem por um lado arcos de base 111, com os quais o aparelho de perfuração 100 pode ser colocado num bordo superior da receção em forma de manga 20. Desviados em relação aos arcos de base 111 estão previstos um ou vários dispositivos de fixação 114, que apresentam pinças de aperto hidraulicamente acionáveis. Com estas pinças de aperto, o quadro de suporte 110 pode ser fixado na receção de modo resistente à rotação.

Além disso, existe também no quadro de suporte 110 o acionamento de perfuração 116 para acionar rotativamente a ferramenta de perfuração 140 através da haste telescópica 130.

Na versão apresentada, o quadro de suporte 110 é constituído por duas partes, com uma parte inferior do quadro de suporte 115 e uma parte superior do quadro de 13 suporte 113 disposta por cima. A parte superior do quadro de suporte 113, que pode ser axialmente regulada por um cilindro hidráulico 112 com pistões para cilindros hidráulicos 112a relativamente à parte inferior do quadro de suporte 115, está fixamente disposta no acionamento de perfuração 116.

Soltando o dispositivo de fixação 114, o aparelho de fixação 100 pode ser retirado da receção 20 para cima e de seguida colocado sobre uma receção num outro tubo revestido, para fazer outro furo. 14

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO A presente listagem de referências citadas pela requerente é apresentada meramente por razões de conveniência para o leitor. Não faz parte da patente de invenção europeia. Embora se tenha tomado todo o cuidado durante a compilação das referências, não é possível excluir a existência de erros ou omissões, pelos quais o EPO não assume nenhuma responsabilidade.

Patentes de invenção citadas na descrição • EP 1154078 B1 [0003] [0024] 15

Claims (11)

1 REIVINDICAÇÕES 1. A invenção refere-se a um aparelho de perfuração (100) para perfurar dentro de um tubo revestido (5), em que o aparelho de perfuração (100) possui um quadro de suporte (110) com um dispositivo de fixação (114) para fixar relativamente ao tubo revestido (5), bem como, uma ferramenta de perfuração (140) que é rotativamente acionada através de uma haste telescópica (130) por meio de um acionamento de perfuração (116), haste essa que se encontra no quadro de suporte (110), caracterizado pelo facto - de na extremidade superior do tubo revestido (5) estar disposta uma receção (20) regulável, na qual pode ser fixado o quadro de suporte (110) do aparelho de perfuração (100), e - de a receção (20) estar de modo regulável entre uma posição de perfuração, na qual o aparelho de perfuração (100) na receção (20) fica no mesmo eixo relativamente ao tubo revestido (5), e uma posição de deslocação, na qual a receção (20) está lateralmente deslocada em relação ao tubo revestido (5).

2. Dispositivo de perfuração segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de estar previsto um dispositivo de regulação (40) com acionamento, com o qual a receção (20) entre a posição de perfuração e a posição de deslocação pode ser regulada. 2

3. Dispositivo de perfuração segundo a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o dispositivo de regulação (40) possuir um carro (42) que é guiado ao longo de uma via de deslocação (44).

4. Dispositivo de perfuração segundo uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo facto de a ferramenta de perfuração (140) ser constituída como perfurador de caixa com um fundo (142), que pode ser aberto para esvaziar o perfurador de caixa.

5. Dispositivo de perfuração segundo a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de est ar previsto um mecanismo de acionamento (50) que é constituído para abrir o fundo (142) do perfurador de caixa quando o perfurador de caixa se encontra na posição de deslocação.

6. Dispositivo de perfuração segundo a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo facto de ao deslocar a receção (20) da posição de deslocação para a posição de perfuração, poder fechar-se um fundo (142) dobrável do perfurador de caixa bloqueável.

7. Dispositivo de perfuração segundo uma das reivindicações 2 ou 6, caracterizado pelo facto 3 de na extremidade superior do tubo revestido (5) estar prevista uma plataforma (30), na qual se encontra a receção (20) e o dispositivo de regulação (40).

8. Processo de perfuração para fazer um furo dentro de um tubo revestido (5), sobretudo por meio de um dispositivo de perfuração (10) segundo uma das reivindicações de 1 a 7, em que um quadro de suporte (110) de um aparelho de perfuração (100) é fixado relativamente ao tubo revestido (5) e, por meio de um acionamento de perfuração (116) disposto no quadro de suporte (110) uma ferramenta de perfuração (140) é rotativamente acionada através de uma haste telescópica (130), o que causa a extração de material do solo dentro do tubo revestido (5), caracterizado pelo facto - de o quadro de suporte (110) do aparelho de perfuração (100) ser fixado numa receção (20) que se encontra numa extremidade superior do tubo revestido (5) , e - de o aparelho de perfuração (20) ser regulado pela receção (20) entre uma posição de perfuração, na qual o aparelho de perfuração (100) na receção (20) fica no mesmo eixo relativamente ao tubo revestido (5), e uma posição de deslocação, na qual a receção (20) está lateralmente deslocada em relação ao tubo revestido (5) .

9. Processo de perfuração segundo a reivindicação 8, caracterizado pelo facto 4 de na posição de deslocação uma ferramenta de perfuração (140) do aparelho de perfuração (100) ser esvaziada do material de solo extraído.

10. Processo de perfuração segundo a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo facto de o aparelho de perfuração (100) ser segurado num equipamento de guindaste (60) tanto na posição de perfuração como também na posição de deslocação através de uma haste telescópica (130).

11. Dispositivo de perfuração segundo uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo facto de o tubo revestido ser introduzido no solo e de depois do furo criado no tubo revestido ser preenchido com massa de betão e se formar uma estaca de perfuração.