WO2017147667A1

WO2017147667A1 - Conector hidráulico de cabeça de poço

Info

Publication number: WO2017147667A1
Application number: PCT/BR2016/050045
Authority: WO
Inventors: Alejandro ANDUEZA
Original assignee: Fmc Technologies Do Brasil Ltda
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-09-08
Also published as: EP3425159B1; BR112018017207A2; BR112018017207B1; US10767434B2; EP3425159A1; US20190085650A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um conector hidráulico para conectar uma árvore de natal molhada (ANM) (1) e uma cabeça de poço submarina (2). O sistema de travamento possui um pistão de travamento (4) e uma linha de travamento (22) para pressurizar a câmara de travamento (5). O sistema de destravamento compreende uma linha de destravamento primária (21) que atravessa o pistão principal (4) para pressurizar a câmara de destravamento primária (7), um pistão secundário (6) e uma linha de destravamento secundária (23) que pressuriza a câmara de destravamento secundária (8) abaixo do pistão secundário (6). A surface cônica (20) entre os mordentes (3) e o pistão de travamento (4) proporciona características de auto-travamento por atrito, permitindo que a pressão hidráulica seja retirada quando a conexão foi feita.

Description

CONECTOR HIDRÁULICO E PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE

CONEXÃO HIDRÁULICA"

Campo da Invenção

[001] A presente invenção trata de um conector hidráulico para prover conexão entre equipamentos instalados na superfície terrestre ou marítima, assim como entre aqueles instalados em ambiente submarino. Mais especificamente, a presente invenção trata de um conector hidráulico para prover conexão entre equipamentos instalados remotamente em grandes profundidades em aplicações submarinas para a extração de petróleo. O conector hidráulico segundo a presente invenção é do tipo "Titus" que, dentre outras aplicações, se destacam conexão de ANM (Árvore de Natal Molhada) com a cabeça de poço submarina, conector de MCV (Módulo de Conexão Vertical) com PLET (Pipeline End Termination). A presente invenção também trata de um processo para realização de conexão hidráulica utilizando referido conector hidráulico.

Histórico da Invenção

[002] Os conectores hidráulicos submarinos tem a função de fazer uma ligação rígida entre dois equipamentos e efetuar a consequente vedação entre eles. O travamento do conector é realizado através do acionamento de um pistão hidráulico que, através de um mecanismo de transmissão de forças, gera uma pré-carga de projeto do conector necessária para seu adequado funcionamento.

[003] Atualmente existem dois conceitos básicos de conectores. O primeiro conceito de conector utiliza um sistema de travamento paralelo onde é gerada uma interferência através de um sistema de ajuste de montagem. Essa interferência produz a pré-carga definida no projeto do conector para um adequado funcionamento. Esse conceito é aplicado nos conectores revelados nos documentos do estado da técnica CA1224410, US2003/0151254 e US2005/0001427. O segundo conceito de conector utilizado atualmente possui um sistema de autotravamento por atrito para efetuar o travamento e a consequente ligação rígida entre dois equipamentos. Esse tipo de conector requer menos componentes e é muito mais dependente do atrito entre as superfícies para a aplicação da pré-carga de projeto do conector. Os documentos do estado da técnica US4516795, US6070669, US7614453 e US 8474537 revelam esse tipo de conector hidráulico.

[004] Como bem conhecido dos técnicos no assunto, os conectores de cabeça de poço são projetados para conectar um BOP {BIow Out Preventer) à cabeça de poço, de forma direta ou, de forma indireta via flow-line.

[005] Tipicamente, tais conectores incluem um corpo principal anular que é alinhado e conectado axialmente à cabeça de poço submarina. Para conceber a conexão, o conector é comumente provido de um anel de carnes, que se move radialmente devido a um atuador hidráulico, normalmente um pistão atuado hidraulicamente, forçando o anel de carnes e, consequentemente, os mordedores, para fins de travamento ou destravamento.

[006] Uma configuração utilizada para a conexão em cabeças de poço consistia em um grampo, em geral em forma de "C", com superfície única de contato. Posteriormente, foram projetadas conexões com perfis H4 que são caracterizados por distribuir melhor as tensões comparadas àquelas usadas com superfície única.

[007] Entre os exemplos do estado da técnica, podemos citar de forma específica o documento US4496172 que revela um conector compreendendo mordentes acionados por um anel de carnes que se move paralelamente ao anel de travamento, sendo ligado a hastes de pistões em cilindros, por intermédio de uma placa anular. O acionamento dos pistões é feito remotamente e preferencialmente por linhas de fluido hidráulico.

[008] O documento GB2480571 também ilustra um conector com perfil multidentado que escalona a carga pelo perfil impondo melhor confiabilidade na conexão e menor desgaste do conector. O documento US3096999 exemplifica um conector com perfil de superfície de contato única.

[009] Outros exemplos de conectores podem diferir em tamanho, forma, número de dentes, tipos de atuadores hidráulicos, sistemas de travamento etc.

[010] Os conectores de travamento paralelo possuem, dentre outros, um importante inconveniente técnico que é a extrema dependência de um elevado número de componentes que permitam o ajuste da pressão necessária para a montagem do equipamento, levando também a um importante inconveniente de custos de fabricação e montagem. Por outro lado, os conectores de autotravamento por atrito possuem extrema dependência entre a pré-carga e o coeficiente de atrito entre as superfícies dos diversos componentes do conector. Além disso, o conector de autotravamento por atrito apresenta uma grande sensibilidade às tolerâncias de fabricação, tornando a conexão suscetível ao destravamento acidental, principalmente na presença de vibração, o que obriga ao conector incluir um sistema de segurança no intuito de evitar referido destravamento acidental para a obtenção de maior confiabilidade. Essa exigência de componentes extras e também para esse tipo de conector gera um grande inconveniente técnico, que adicionalmente promove um significativo aumento dos custos de fabricação, montagem e, consequentemente, o custo da operação.

[011] Portanto, é o principal objetivo da presente invenção prover um conector hidráulico, notadamente para aplicação em cabeça de poço em operações de produção e extração de petróleo, notadamente no leito submarino, que solucione vantajosamente os inconvenientes técnicos e desvantagens económicas acima apontadas.

Descrição Resumida da Invenção

[012] O conector hidráulico segundo a presente invenção é do tipo "Titus" e possui características de travamento paralelo, mas sem requerer componentes extras para ajuste da pressão de travamento.

[013] Para tanto, o conector hidráulico da presente invenção possui formato anular para aplicação em cabeça de poço em operações de produção e extração de petróleo no leito submarino, compreendendo características de travamento paralelo via linhas de travamento primário e destravamento primário e secundário, sem com isso requerer componentes extras para ajuste da pressão de travamento.

[014] A utilização destas duas metodologias de travamento no mesmo conector hidráulico introduz no setor petroleiro um novo conceito de autoajuste com ângulo de autotravamento por atrito, eliminando os tradicionais sistemas de regulagem durante o procedimento de montagem, além de garantir que o conector não destrave por vibração.

Breve Descrição das Figuras

[015] O conector hidráulico de acordo com a presente invenção poderá ser melhor compreendido com a descrição das figuras em anexo, que de forma não limitativa, ilustra um exemplo de configuração básica de sua estrutura. Assim temos:

- A Figura 1 - vista em detalhe dos componentes internos do conector (posição travada).

- A Figura 2 - vista em detalhe dos componentes externos do conector. - A Figura 3 - detalhe dos componentes do sistema travamento (posição destravada).

Descrição Detalhada da Invenção

[016] Como pode ser observado nas Figuras 1 -3, o conector hidráulico de acordo com a presente invenção permite a conexão entre dois corpos cilíndricos (1 ) e (2) e compreende mordentes (3) posicionados e pré- carregados por um pistão hidráulico atuador (4) através da câmara de pressurização (5). O conector hidráulico possui redundância no destravamento através do pistão hidráulico secundário (6). As câmaras de pressurização (5), (7) e (8) são estabelecidas pelos elementos de vedação (9, 10, 1 1 , 12), pelos pistões principal (4) e secundário (6), camisa externa (13) e guia inferior (14). O conector hidráulico da presente invenção compreende também uma tampa superior bipartida (15) fixada à camisa externa (13) por parafusos (16). Dita tampa superior bipartida (15) é igualmente fixada ao corpo cilíndrico superior (1 ), mas através de um anel bipartido (17) cujas duas partes são fixadas entre si preferencialmente por parafusos (18) posicionados na direção circunferencial do dito anel bipartido (17).

[017] Como é de conhecimento do estado da arte, as tolerâncias de fabricação dos componentes, juntamente com variações possíveis do coeficiente de atrito entre as superfícies, modificam o valor nominal de pré-carga especificada para o equipamento. Assim, de forma a solucionar esse inevitável problema, a superfície cónica (20) entre os mordentes (3) e o pistão principal (4) do conector hidráulico segundo a presente invenção tem como função ajustar a pré-carga final do equipamento e prover característica de autotravamento por atrito. [018] O processo para a realização de conexão hidráulica segundo a presente invenção compreende o travamento do conector hidráulico de acordo com a presente invenção, juntamente com a aplicação da pré-carga especificada, através de linhas de fluido hidráulico de travamento (22) proveniente de qualquer origem. Essa linha de fluido hidráulico (22) pressuriza a câmara (5) acionando o pistão principal de travamento (4). O pistão principal de travamento (4), que possui faces cilíndricas (19), é então forçado em movimento vertical para baixo ocasionando a interferência das ditas faces cilíndricas (19) com os diâmetros internos do pistão principal (4) na região, movendo os mordentes (3) na direção radial de modo a efetuar a ligação entre as superfícies dos corpos cilíndricos (1 ) e (2) pré-carregando desta forma a conexão. Após o travamento do conector a pressão hidráulica é retirada ficando o equipamento travado sem a necessidade de aplicação de forças externas.

[019] O destravamento do conector hidráulico ocorre pela pressurização das câmaras de destravamento primária (7) ou secundária (8) utilizando as linhas de fluido hidráulico (21 ) e (23), respectivamente. Esse procedimento força o pistão secundário (6) a atuar sobre o pistão principal (4) provocando seu movimento vertical para cima e retirando a carga sobre os mordentes (3), levando os mordentes (3) a moverem-se radialmente para fora, de volta à posição destravada.

[020] Como apreciado pelos técnicos versados no assunto, o conector hidráulico segundo a presente invenção, utilizando o travamento juntamente com a aplicação da pré-carga especificada, permite então dispensar os componentes extras para o sistema de regulagem durante o procedimento de montagem, além de garantir o não destravamento acidental na presença de vibração. [021] O conector hidráulico da presente invenção reúne no mesmo equipamento as vantagens do travamento paralelo com a vantagem de não requerer regulagem durante a montagem do conjunto do equipamento, proporcionando ainda características de travamento positivo com vantagem adicional de não requerer componentes adicionais para efetuar o ajuste da pressão de travamento do equipamento. As várias faces com travamento paralelo permitem a redução do curso do pistão de acionamento e sua defasagem durante o acionamento permite também a redução da força necessária para o travamento do conector hidráulico.

[022] Ressalta-se, adicionalmente, que o conector hidráulico objeto da presente invenção foi concebido, notadamente, para utilização em equipamentos submarinos para a conexão rígida de dois equipamentos, tais como cabeça de poço, ANM, PLET, MCV, rísers entre outros tantos.

Claims

Reivindicações

1 . CONECTOR HIDRÁULICO, para a conexão entre dois corpos cilíndricos (1 ) e (2), caracterizado por compreender mordentes (3) posicionados e pré- carregados por um pistão hidráulico atuador (4) através da câmara de pressurização (5), dito conector hidráulico possuindo redundância no destravamento através do pistão hidráulico secundário (6) e câmaras de pressurização (5), (7) e (8) sendo ainda dotado de uma tampa superior bipartida (15) fixada à camisa externa (13) e ao corpo cilíndrico superior (1 ), através de um anel bipartido (17) cujas duas partes são fixadas entre si preferencialmente por parafusos (18).

2. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que ditas câmaras de pressurização (5), (7) e (8) são formadas pelos elementos de vedação (9), (10), (1 1 ) e (12) e pelos pistões principal (4) e secundário (6) envoltos por uma camisa externa (13) e guia inferior (14).

3. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que dita redundância no destravamento através do pistão hidráulico secundário (6) cria as referidas câmaras de destravamento primária (7) e secundária (8).

4. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de dita tampa superior bipartida (15) é fixada à camisa externa (13) por meio de parafusos (16).

5. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que são aplicados parafusos de fixação (18) posicionados na direção circunferencial para fixação das duas faces do dito anel bipartido (17).

6. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o dito pistão principal de travamento (4) possui faces cilíndricas (19).

7. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que compreende superfície cónica (20) entre os ditos mordentes (3) e o dito pistão principal (4).

8. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que dita camisa externa (13) é dotada de linhas de fluido hidráulico (22) e (23), e que o pistão principal (4) possui a linha hidráulica (21 ).

9. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que possui característica de travamento positivo e sistema de ajuste de pré-carga através de ângulo de autotravamento por atrito.

10. CONECTOR HIDRÁULICO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que é utilizado em equipamentos submarinos para a conexão rígida de cabeça de poço, ANM, PLET, MCV, rísers e em ferramentas de instalação destes equipamentos dentre outros.

1 1 . PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE CONEXÃO HIDRÁULICA, caracterizado pelo fato de que compreende a aplicação de um conector hidráulico conforme definido em quaisquer das reivindicações 1 -9, utilizando travamento paralelo sem regulagem durante a montagem simultaneamente com a aplicação de uma pré-carga especificada, sendo a pressão hidráulica de travamento retirada no final do processo.

12. PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE CONEXÃO HIDRÁULICA, de acordo com a revindicação 1 1 , caracterizado pelo fato de que a etapa de travamento do conector hidráulico compreende a aplicação simultânea da pré-carga especificada através de linhas de fluido hidráulico de travamento (22), a qual pressuriza a câmara (5) acionando o pistão principal (4) de travamento forçando-o em movimento vertical para baixo e ocasionando a interferência das faces cilíndricas (19) com seus diâmetros internos naquela região, pré- carregando assim os mordentes (3) e fazendo-os se moverem na direção radial de modo a efetuar a ligação entre as superfícies dos corpos cilíndricos (1 ) e (2).

13. PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE CONEXÃO HIDRÁULICA, de acordo com a revindicação 1 1 , caracterizado pelo fato de que a etapa de destravamento do conector hidráulico compreende pressurização das câmaras de destravamento primária (7) ou secundária (8) pelas linhas de fluido hidráulico (21 ) ou (23), respectivamente, de modo a forçar o pistão secundário (6) a atuar sobre o pistão principal (4) provocando seu movimento vertical para cima e retirando a carga sobre os mordentes (3), levando assim ditos mordentes (3) a mover-se radialmente para fora, de volta à posição destravada.

14. PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE CONEXÃO HIDRÁULICA, de acordo com a revindicação 12, caracterizado pelo fato de que o travamento paralelo não requer regulagem durante a montagem do conjunto do equipamento, proporciona travamento positivo e não requer ajuste da pressão de travamento do equipamento.

15. PROCESSO PARA REALIZAÇÃO DE CONEXÃO HIDRÁULICA, de acordo com a revindicação 12, caracterizado pelo fato de que o travamento paralelo em mais de uma região cilíndrica reduz o curso do pistão de acionamento, cuja defasagem proporciona redução da força necessária para o travamento do conector hidráulico.