BRPI0517055A2 - aperfeiçoamentos em ou relacionados a arìete - Google Patents

Abstract

<B>APERFEIçOAMENTOS EM OU RELACIONADOS A ARIETE.<D> é divulgado um atuador para entregar uma forçasuplementar ao pistão de um aríete de cisalhamento em um controlador preventivo de explosão (BO?), e um BOP correspondente. Em uma concretização, um atuador suplementar de força (12) é divulgado para o uso em um aríete hidráulico (10) , o atuador compreendendo um corpo de atuador (30) conectado ao aríete hidráulico; primeira e segunda câmaras (38, 36) situadas no corpo, as câmaras isoladas uma da outra por um pistão do atuador (46) ; uma haste (42) conectada a um pistão operacional (24) do aríete hidráulico, passando através da primeira câmara e do pistão atuador, e estendendo-se pelo menos em uma porção da segunda câmara; em que o pistão atuador é acoplável, de forma liberável, à haste pelos meios de fixação (48); e em que o aríete hidráulico é operado por uma força do movimento do pistão operacional por uma força suplementar do movimento do pistão atuador.

Description

Relatório descritivo de patente de invenção para"APERFEIÇOAMENTOS EM OU REFERENTES A ARÍETE".

A presente invenção se refere a gavetas hidráulicas e,em particular, embora não exclusivamente, a um atuador paradistribuir uma força suplementar para o pistão de umagaveta cisalhante em um elemento de prevenção de explosão.

Há um número de aplicações onde gavetas hidráulicassão usadas. Cada gaveta inclui, tipicamente, um pistão queé mandado para frente por uma força hidráulica. Emperfuração de poços de petróleo, gavetas hidráulicas, estãolocalizadas em elementos de prevenção de explosão. Em umprocedimento de emergência, quando um poço precisa serfechado para impedir uma explosão durante a perfuração,duas gavetas opostas são colocadas juntas para vedar o furode poço. Essas gavetas são referidas, tipicamente, comogavetas cisalhantes, visto que elas incluem uma lâmina decisalhamento na face frontal do pistão usado para cortartubo de perfuração ou tubo de revestimento no furo de poço.

Quando as gavetas cisalhantes são atuadas por umaforça hidráulica, as lâminas de cisalhamento opostas sãopostas juntas para interagir, com as lâminas sendoacionadas pelos pistões hidráulicos. As lâminas decisalhamento primeiro esmagam a coluna de perfuração, otubo de revestimento ou outra tubulação no poço. À medidasque os poços são perfurados em profundidades maiores, astubulações são de diâmetro crescente, espessura de paredee graus de aço aumentados. Conseqüentemente, ocisalhamento da tubulação no poço requer mais forçahidráulica. Isso pede um pistão de atuador maior, portanto,volumes de fluido de operação maiores e pressões defechamento mais altas.

Para gavetas cisalhantes empregadas onshore (em terrafirme) ou em instalações offshore (longe da costa) fixas, otamanho crescente é inconveniente, mas pode ser acomodado.Para gavetas cisalhantes que são empregadas submarinas, ovolume de fluido hidráulico que deve ser armazenado sobpressão em acumuladores de fluido/ gás aumentaexponencialmente com a profundidade da água. 0 volume e opeso desses acumuladores tornam o elemento de prevenção deexplosão submarino ou sistema de desligamento mais pesadoe, portanto, mais difícil de empregar.

Está entre os objetivos das modalidades da presenteinvenção proporcionar um atuador de força suplementar parauso em uma gaveta hidráulica para aumentar a forçaaplicada, sem aumentar, substancialmente, o volume dofluido hidráulico requerido.Também está entre os objetivos das modalidades dapresente invenção proporcionar um método de dois estágiosde operação de uma gaveta hidráulica.

Também está entre os objetivos de pelo menos umamodalidade da presente invenção proporcionar um elemento deprevenção de explosão tendo um mecanismo atuador de doisestágios para cisalhamento aperfeiçoado do tubo deperfuração, tubo de revestimento ou outras tubulações.

De acordo com um primeiro aspecto da presenteinvenção, é proporcionado um atuador de força suplementarpara uso em uma gaveta hidráulica, o atuador compreendendo:Um corpo de atuador incluindo meios de fixação paraconectar o corpo a uma gaveta hidráulica;

Primeira e segunda câmaras localizadas no corpo, ascâmaras isoladas uma da outra por um pistão de atuador;

Uma biela adaptada para ser conectada a um pistãooperacional da gaveta hidráulica, passar através daprimeira câmara e do pistão de atuador e se estender pelomenos em uma porção da segunda câmara;

O pistão de atuador sendo encaixável liberavelmentecom a biela por meios de agarramento; e

Em que a gaveta hidráulica é operada por uma força demovimento do pistão operacional e por uma força suplementarde movimento do pistão de atuador.Desse modo, uma vez que o pistão operacional normaltenha movido a gaveta para esmagar um objeto, o pistão deatuador pode ser liberado para proporcionar uma forçasuplementar na gaveta.

De preferência, o atuador inclui um mecanismo deliberação para operar o pistão de atuador. Dessa maneira, opistão de atuador pode ser liberado em ou perto do final docurso do pistão operacional e, desse modo, proporcionar aforça suplementar onde ela é mais requerida.

De preferência, um elemento de separação estálocalizado entre a gaveta hidráulica e o corpo. Maispreferivelmente, uma ou mais vedações são dispostas noelemento de separação para atuar a biela e impedir aliberação de fluido hidráulico do corpo em uma câmara defluido hidráulico da gaveta hidráulica.

De preferência, o atuador incluir meios dearmazenamento de energia dispostos para proporcionar umaforça para atuar o pistão de atuador.

Em uma primeira modalidade, o meio de armazenamento deenergia é um meio mecânico . De preferência, o meiomecânico é uma ou mais molas mantidas em compressão.Vantajosamente, o meio mecânico é uma pluralidade de molasBellville como são conhecidas na técnica.Em uma segunda modalidade, o meio de armazenamento deenergia é um meio hidráulico. De preferência, o meiohidráulico é fluido hidráulico mantido sob pressão.

De preferência, também, o atuador inclui meio deretorno para mover o pistão de atuador de volta para suaposição de operação original. De preferência, o atuadortambém inclui meio de retorno de gaveta para mover o pistãode operação de volta para sua posição original. Dessamaneira, a gaveta hidráulica pode ser reiniciada.

De preferência, o meio de agarramento compreende umdispositivo de agarramento de esferas e pode compreender umdispositivo do tipo divulgado na patente norte-americanaNo. 2.062.628 (Yannetta) ou patente norte-americana No.2.182.797, cujas exposições são aqui incorporadas atravésde referência.

O dispositivo de agarramento de esferas podecompreender uma pluralidade de esferas montadas em umelemento de montagem de esferas, que pode ser uma gaiola deesferas ou luva, tendo uma pluralidade de aberturas, cadaabertura associada com uma esfera correspondente. 0atuador, em particular, o pistão de atuador pode seradaptado para impelir as esferas para encaixe com a biela,para agarrar a biela. Isso pode facilitar a aplicação daforça suplementar.O pistão de atuador pode definir uma ou maissuperfícies de carne ou rampa, para impelir uma ou mais dasesferas, radialmente, para encaixe com a biela

O dispositivo de agarramento de esferas pode sradaptado para agarrar a biela, durante movimento do pistãode atuador em uma primeira direção e liberar a biela,durante movimento em uma segunda direção, oposta. Parafacilitar isso, o dispositivo pode compreender um mecanismode liberação de esferas para permitir o movimento relativoentre o elemento de montagem de esferas e o pistão deatuador. O mecanismo de liberação de esferas podecompreender um ressalto ou semelhante, que, durante omovimento de retorno do pistão de atuador, pode seradaptado para apoiar o elemento de montagem de esferas, afim de exercer uma força sobre o elemento de esferas, a fimde desencaixar as esferas da biela. O elemento de montagemde esferas pode compreender um flange ou placa de mola epelo menos uma mola pode ser proporcionada entre o flange eo pistão de atuador. A mola pode facilitar a operação do atuador e pode impedir o pistão de atuador de impactaroutros componentes do atuador em seguida ao desencaixe dasesferas da biela. Em seguida à liberação, a biela pode semover independentemente da volta do pistão de atuador a umaposição de início.De acordo com um segundo aspecto da presenteinvenção, é proporcionado um método de operação de umagaveta hidráulica, compreendendo as etapas de:

(a) liberação de um primeiro pistão para atuar em umagaveta;

(b) uso do movimento do primeiro pistão para dispararum mecanismo de liberação;

(c) liberação de um segundo pistão em operação domecanismo de liberação, para atuar na gaveta.

De preferência, o método inclui a etapa de compressão/pressurização de fluido hidráulico atrás do primeiropistão, que é, então, usado para operar o primeiro pistão.De preferência, o método inclui a etapa de encaixe,liberavelmente, do segundo pistão no primeiro pistão, demodo que o segundo pistão fique estacionário, quando oprimeiro pistão opera e o segundo pistão também move oprimeiro pistão mediante operação do segundo pistão.

Vantajosamente, o mecanismo de liberação é disparadoem ou perto do final do curso do primeiro pistão.

De preferência, o método inclui a etapa de reinicio dagaveta hidráulica através do movimento dos primeiro esegundo pistões de volta para suas posições de operaçãooriginais.Outras características do método são definidas emrelação ao primeiro aspecto da invenção.

De acordo com um terceiro aspecto da presenteinvenção, é proporcionado um elemento de prevenção deexplosão para uso em perfuração de poços de petróleo, oelemento de prevenção de explosão compreendendo:

Um par de gavetas hidráulicas opostas, cada gavetatendo uma lâmina de cisalhamento em uma face dianteira;

Pelo menos um atuador de força suplementar de acordocom o primeiro aspecto carregado em pelo menos uma dasgavetas hidráulicas.

De preferência, um atuador de força suplementar édisposto em cada uma das gavetas hidráulicas . Dessamaneira, as gavetas, inicialmente, esmagarão a tubulaçãopor meio da ação do pistão operacional e, então, atubulação é cisalhada pela operação do pistão de atuador.

De preferência, o meio de armazenamento de energia éum armazenamento de energia hidráulica. Dessa maneira, oelemento de prevenção de explosão pode ser mantido dentrodas dimensões de 5,7 m χ 5,7 m, para emprego através de umamoon pool (passagem existente no convés de uma plataforma,logo abaixo da torre de perfuração).Modalidades da presente invenção será agora descritas,à guisa de exemplo apenas, com referência aos desenhos aseguir, em que:

A figura 1 é uma vista seccional transversalesquemática de uma gaveta hidráulica, incluindo um atuadorde força suplementar de acordo com uma primeira modalidadeda presente invenção, mostrado em uma primeira posição deoperação;

A figura 2 é uma ilustração do mecanismo de liberaçãodo atuador de força suplementar da figura 1;

A figura 3 é uma vista seccional transversalesquemática da gaveta hidráulica, incluindo um atuador deforça suplementar da figura 1, mostrado em uma segundaposição de operação;

A figura 4 é uma vista seccional transversalesquemática da gaveta hidráulica, incluindo um atuador deforça suplementar da figura 1, mostrado em um terceiraposição de operação;

A figura 5 é uma vista seccional transversalesquemática de uma gaveta hidráulica, incluindo um atuadorde força suplementar de acordo com uma segunda modalidadeda presente invenção;

A figura 6 e uma vista seccional transversalesquemática de uma gaveta hidráulica, incluindo um atuadorde força suplementar de acordo com uma terceira modalidadeda presente invenção; e

As figuras 7 e 8 são vistas seccionais transversaisesquemáticas de parte de um atuador de força suplementarde acordo com uma outra modalidade da presente invenção,mostrado nas segunda e terceira posições de operação,respectivamente;

Referência é feita, inicialmente, à figura 1 dosdesenhos, que mostra uma gaveta hidráulica, em geral,indicada pelo numerai de referência 10, na qual é montadoum atuador de força suplementar 12, de acordo com umaprimeira modalidade da presente invenção.

A gaveta hidráulica 10 é parte de um elemento deprevenção de explosão 14. O elemento de prevenção deexplosão 14 compreende um corpo 16, tendo um furo axial 18através dele e pelo menos um orifício transversal 20,acessando o furo 18. Montada no orifício transversal 20está a gaveta hidráulica 10. A gaveta 10 compreende o eixocilíndrico 22, tendo um pistão 24 em uma primeiraextremidade e uma lâmina de cisalhamento 26 montada em umaextremidade oposta. O pistão é operado pela pressurizaçãode fluido hidráulico atrás do pistão 24, em uma câmara degaveta 36.Como é convencional, um tubo de perfuração outubulação 28 está localizado através do furo 18. No caso deuma explosão, o pistão 24 é atuado para forçar o eixo 22 emdireção ao furo 18. Tipicamente, duas gavetas hidráulicasopostas 10 são montadas através do furo, de modo que aslâminas de cisalhamento 2 6 interagem. As lâminas decisalhamento primeiro esmagam e, então, cisalham atubulação 28. As lâminas de cisalhamento são dispostas demodo que, quando elas se encontram, o furo 18 é vedado e aexplosão é impedida.

0 atuador de força suplementar 12 é conectado a umagaveta hidráulica existente 10. Dessa maneira, o atuador 12pode ser reajustado para sistemas de gaveta existentes. Umatampa de extremidade pode ser removida da gaveta existentee o corpo 30 é, então, localizado nessa posição 32. 0 corpo30 é fixado à gaveta, sendo preso por meio de parafusos 34ou outro meio de fixação aceito. Uma placa de separação 40isola a câmara de gaveta 36 do interior do corpo 30.

O corpo 30 compreende primeira e segunda câmaras 38,37, respectivamente. Nessa modalidade, essas câmaras 37, 38têm um diâmetro maior do que a câmara 36. As câmaras sãodivididas por um pistão 46.

0 pistão 24 da gaveta convencional 10 é encaixado comuma biela adicional 42, que se estende através de vedações44 na placa de separação 40. As referidas vedações 44contêm a pressão hidráulica total que é aplicada parafechar a gaveta 10.

A biela 42 se desloca através da primeira câmara 38 eatravés do centro do pistão 46. Montado dentro do pistão 46está um dispositivo de agarramento 48. Na modalidadeilustrada, o dispositivo de agarramento 48 é um dispositivode agarramento de esferas do tipo descrito na norte-americana 2.062.628, aqui incorporada através dereferência. O dispositivo de agarramento de esferas 4 8 eaqui descrito depois com referência às figuras 5 e 6.Essencialmente, o dispositivo 4 8 agarra, seletivamente, abiela 42, de modo que o pistão 46 e a biela 42 se movemjuntos. Será compreendido que os dispositivos deagarramento de vários tipos diferentes podem serutilizados.

Montada atrás do pistão , na segunda câmara 37, estáum conjunto de molas Bellville 50. Essas molas 50 podemarmazenar enormes quantidades de energia, mas a forçaaplicada cai rapidamente através de uns poucos centímetrosde deslocamento. A câmara 3 8 é disposta para proporcionarapenas uma pequena distância de deslocamento possível parao pistão 46. A finalidade do pistão 46 é comprimir e reteras molas Bellville 50 dispostas no modo radial em torno dabiela 42. A pressão aplicada à câmara 38 atuando sobre opistão 46 comprime as molas Bellville 50.

A carga nas molas Bellville comprimidas 50 é retidapor um "meio pino" giratório 52. Isso é construído de açode alta tensão, capaz de suportar ou reter cargas muitoaltas acima de 100 toneladas métricas. O movimento do "meiopino" giratório é efetuado por meio de uma ligação, braçode alavanca ou placa circular 54, conforme ilustrado nafigura 2. A figura 2 é um diagrama esquemático de ummecanismo de liberação, em geral, indicado pelo numerai dereferência 56. A escolha da ligação depende das medidastomadas para a segurança do pessoal na liberação da energiaarmazenada. Uma placa circular 54, conforme ilustrado nafigura 2, tem vantagens óbvias de segurança.

Um braço de ligação carregado à mola 58 gira o "meiopino" 52 uma vez que o pistão 46 tenha comprimido as molasBellville 50. A carga é suportada na seção achatada do"meio pino" giratório, conforme indicado pela seta dafigura 2. O braço de ligação 58 é preso a um colarajustável 60 fixado à biela 42, de modo que, quando ele émovido por um comprimento pré-ajustado, a mola opera arotação da placa circular 54 e, portanto, o "meio pino"giratório.Através da mudança da posição do colar ajustável 60, ooperador pode ajustar em que ponto, no fechamento da gavetacisalhante, as Molas Bellville 50 descarregarão a suacarga. Essa característica será útil onde as propriedadesdo aço e de outros materiais a serem cisalhados devem sermudadas. Também afetando o ponto ótimo de descarga estará ageometria do tubo ou tubos a serem cisalhados. Por exemplo,o tubo, no cisalhamento do tubo, pode requerer um ponto dedescarga mais cedo do que as configurações de tubo únicas.

Em uso, as câmaras 36, 38 são cheias com fluidohidráulico de modo a mover os pistões 24, 46 para longe dofuro 18. à medida em que o pistão 24 se move, ele retrai alâmina de cisalhamento 26 da gaveta 10. O braço de ligação58 também se move, girando a placa 54, conforme descritoacima. O pistão 4 6 se move independentemente da biela 42para comprimir as molas Bellville 50 sob a força do fluidohidráulico fornecido para as câmaras 36, 38. Essa posiçãode operação é como ilustrado na figura Iea gaveta 10 e oatuador 12 podem permanecer fixos nesta posição até quemovimento da gaveta seja requerido.

A operação da gaveta cisalhante é ilustrada na figura3. O operador faz funcionar os controles do pistãohidráulico 24 e do eixo 22 como ocorreria em uma gavetaconvencional 10. Através do fornecimento de fluidohidráulico entre uma face posterior do pistão 24 e da placa40, o pistão 24 é impelido para frente, a fim de avançar oeixo 22, de modo que as lâminas de cisalhamento 26 começama esmagar o tubo 28 a ser cisalhado. Em um ponto crítico nodeslocamento da biela 42, o braço de ligação 58 faz com quea placa circular 54 e o "meio pino" 42 girem e liberem aenergia armazenada nas molas Bellville 50. Isso é porque aseção recortada de "meio pino" está nivelada com a seçãocircular da parede do atuador. Na liberação da energiaarmazenada, o pistão 46 se move em direção ao furo 18. Àmedida que o pistão 4 6 se move. O dispositivo deagarramento 48 força as esferas contra a biela 42 e a biela42, assim, é forçada em direção ao furo 18, também. Essemovimento da biela 42 é passado no eixo 22 e as laminas 26são forçadas ainda mais no furo 18. Desse modo, a forçamecânica das molas 5 0 é adicionada à força hidráulicagerada no fechamento, proporcionando força de cisalhamentomaciça proporcional à área do pistão, pressão hidráulicaaplicada e comprimento e configuração das molas Bellville50.

A figura 4 mostra a configuração quando a força dasmolas Bellville 50 foi expandida. Uma segunda gaveta,referenciada 10a, é ilustrada para mostrar que as laminas26, 26a interagem para vedar o furo 18. Para reajustar osistema, um sistema de controle dirige fluido hidráulicopara a câmara 36 na face frontal do pistão 24. Isso começa,imediatamente, a comprimir as molas Bellville 50. Quando opistão 48 faz contato com a luva de atuador 62, acompressão das molas Bellville 50 está completa.

Neste ponto, o "meio pino" carregado à mola 52 girapara reter a energia armazenada. Movimento adicional dabiela 42 faz com que o dispositivo de agarramento deesferas fêmea 48 contate a luva de atuador 62. Issocomprime uma gaiola de esferas dentro do dispositivo deagarramento de esferas 48 e permite que a biela 42 continueseu deslocamento até que o pistão 4 6 tenha retornadocompletamente em seu curso. A luva de atuador 62 podeprecisar ser ativada hidraulicamente para liberar a gaiolade esferas dentro do dispositivo de agarramento de esferas48 para assegurar contato imediato com a biela 42.Orifícios de fluido 54, 66, nas câmaras 37, 38, podem serusados para aplicar pressão de fluido ou ventilar fluido emambos os lados do pistão 46.

Será apreciado por aqueles habilitados na técnica queas molas Bellville 50 poderiam ser substituídas por umamola helicoidal comum a fim de proporcionar uma modalidadealternativa. Outros tipos de dispositivos de agarramento deesferas podem ser empregados, tais como aqueles do tipodivulgado na patente norte-americana 2.182.797, paraDillon, cuja exposição é aqui incorporada através dereferência. Modalidades adicionais poderiam usardispositivos de agarramento mecânico alternativos em lugar do sistema de agarramento de esferas 48, por exemplo, combase em cunhas afuniladas. Outros mecanismos de retenção demola poderiam ser usados com base, por exemplo, nosmecanismos de agarramento de esferas.

A ligação mecânica automatizada do mecanismo de liberação 56 poderia ser mudada em modalidadessubseqüentes, por exemplo, em lugar de uma molaconvencional, um pistão hidráulico fechado pequeno poderiaser usado.

Outra modalidade seria usar uma chave de proximidade ou algum método eletrônico de pré-determinação do ponto emque a energia mecânica armazenada na mola Bellville 58 édescarregada. Nesse caso, o mecanismo de liberação 56 seráoperado por solenóide.

Ainda outra modalidade proporcionaria um mecanismo de liberação baseado em um valor pré-estabelecido de pressãohidráulica. Uma vez que esse limite de pressão hidráulicaseja alcançado, a comunicação para o mecanismo de liberação56 poderia ser através de uma linha hidráulica piloto, umsolenóide ou mesmo uma linha pneumática, no caso de omecanismo ser empregado em pressão atmosférica.

Referência é feita agora à figura 5 dos desenhos, queilustra uma gaveta hidráulica, indicada, em geral, pelonumerai de referência 110, incluindo um atuador de forçasuplementar 112 de acordo com uma segunda modalidade dapresente invenção. Às partes semelhantes àquelas dasfiguras de 1 a 4 foram dados os mesmos numerais dereferência, com a adição de 100.

O atuador 12 na primeira modalidade tinha umcomprimento de desenho de 1,761 metros. Quando incorporadoem um conjunto submarino de elementos de prevenção deexplosão (BOP), o comprimento global do desenho era 7,61metros. Como o conjunto de BOPs deve ser diminuído atravésde uma moon pool para emprego submarino, esse tamanho éinaceitável visto que muitas moon pools têm dimensões de6,5 metros por 6,5 metros. 0 comprimento do atuador podeser reduzido pelo re-desenho das molas Bellville 50. Assim,em lugar de um único conjunto, há muitos conjuntos,tipicamente quatro, em número, dispostos radialmente emtorno da biela 42. Contudo, para alguns BOPs, o diâmetrodo atuador resultante 12 bateu no espaço da gavetaseguinte, que estava localizada em série abaixo do furo depoço.Mesmo com o re-desenho, o comprimento global doatuador 12 é 1,18 metros, o que resulta em um conjunto deBOPS com um comprimento global de desenho de 5,966 metros,exatamente fora do limite estabelecido por certascompanhias de petróleo de 5,7 metros.

A segunda modalidade procura alcançar os mesmosobjetivos, isto é, reduzir o volume de frascos deacumulador requeridos para cisalhamento do tubo,especialmente em águas profundas, ao mesmo tempo em quemantém ou otimiza a força de cisalhamento armazenadadisponível, mas com um comprimento global reduzido

A gaveta 110 da figura 5 tem a mesma disposição dasfiguras de 1 a 4. 0 atuador 112 é similar, exceto que aprimeira câmara 13 8 é mais estreita do que a segunda câmara137, de modo que o corpo 130 aumenta em diâmetro em umaextremidade, tipicamente em um cilindro de 18'. 0 pistão deatuador 146 está localizado na segunda câmara 137. 0 pistão146 é conectado diretamente ao dispositivo de agarramentode esferas 148, que é do tipo descrito na norte-americana2.062.628.

O dispositivo de agarramento de esferas 148 compreendeuma superfície de seções afuniladas, formando superfíciesde carne ou rampas 139 em cada uma das quais uma esfera 141pode se deslocar na borda afunilada. Um elemento demontagem de esferas, na forma de uma gaiola de esferas 143,é impulsionado, através de molas, por exemplo, pararestringir as esferas 141 dentro das seções afuniladas 139.As esferas 141, assim, se deslocam nos afunilamentos 139,restringidos pela gaiola de esferas 143. Quando as esferas1412 se deslocam para baixo dos afunilamentos 129, elasagarram a biela 142. Para retraí-las, a gaiola de esferas14 3 é movida de modo que as esferas podem se retrair emcavidades dentro das seções afuniladas 141. Na primeiramodalidade, é o contato entre a gaiola 143 e a luva deatuador 62 que causa o movimento da gaiola 143 para retrairas esferas 141.

A finalidade do pistão de atuador 14 6 é aplicar umaforça de segundo estágio, uma vez que o pistão primário 124tenha tido pressão de fluido aplicada ao mesmo e tenha semovido o suficiente para deformar e esmagar o tubo no furode poço 18.

A liberação do pistão de atuador 146 é controlada eatuada por meio de um sinal de pressão do fluido hidráulicoaplicado ao pistão primário 124 ou de um indicador/ sensorde posição, medindo o comprimento desejado do curso.

No valor de pressão ou posição do sensor de cursoapropriado, a válvula de entrada 164 é aberta para umafileira de acumuladores separados, contendo fluidooperacional, cuja pressão, normalmente, é armazenada em 200bar. O movimento do pistão 14 6 faz com que o dispositivo deagarramento de esferas 148 encaixe a biela 142 e aplique aforça total da pressão aplicada através da área seccionaltransversal do pistão de atuador 146. Ao mesmo tempo,pressão operacional completa é aplicada ao pistão 124 naprimeira câmara 136. As lâminas de cisalhamento 126, assim,encaixarão e cisalharão a tubulação 128, vedando o furo 118e fechando o poço.

O pequeno volume de fluido requerido para operar opistão de atuador 14 6 na câmara 13 7 significa que a pressãodo acumulador não cairá tão rapidamente como seria o casocom um pistão de volume maior. Além disso, uma bombaelétrica operando de um reservatório submarino pode serusada para assegurar pressão máxima aplicada è entrada 164sempre.

Após a distribuição da força combinada aplicada aopistão 124 e ao pistão de atuador 146, o poço pode seraberto pela aplicação de uma pressão pequena no orifício170 na segunda câmara 138. A vedação 172 faz com que odispositivo de agarramento de esferas 14 8 se mova para adireita e permite que as esferas sejam retraídas e,portanto, o poço possa ser aberto pela aplicação de pressãoà face frontal do pistão 124.O comprimento do curo do pistão de atuador 146 êpequeno, em geral, cerca de 50 mm, que é o bastante paraaplicar força máxima no ponto em que ela é necessária paracortar o tubo 128 no furo de poço 118. É esperado que opistão de atuador 146 e a câmara 141 que ele ocupa terão,tipicamente, cerca de 270 mm de comprimento e o dispositivode agarramento de esferas 148 cerca de 250 mm decomprimento. O comprimento total do atuador 112 será cercade 520 mm de comprimento.

Para águas muito profundas, onde os volumes deacumuladores requeridos são muito grandes, uma abordagemalternativa para os controles do sistema pode serimplementada. Isso está ilustrado na figura 6. Às partessemelhantes àquelas da figura 5 foram dados os mesmosnumerais de referência.

Nesta modalidade, um acumulador 174 de um dado volumeé cheio com nitrogênio e mantido tão perto quanto possívelda pressão atmosférica. O acumulador 174 é conectado àentrada 166 por uma válvula 176. As linhas do acumulador eválvula 176 serão classificadas por uma pressão de colapsode pelo menos 300 bar. Quando a pressão limite requerida ouposição é alcançada para operar o pistão de atuador 146, aválvula 176 é aberta. Isso permite que o fluido no lado deretorno do pistão de atuador 14 6 ventile para o acumulador 174.

Em profundidades da água abaixo de 1850 metros, apressão da água do mar sozinha pode ser suficiente paraacionar o pistão de atuador 14 6 para a esquerda e cisalharo tubo 128. Em profundidades da água menores do que isso, apressão do acumulador pode ser requerida na entrada 166para cisalhar o tubo 128.

Voltando agora à figura 7, é mostrada uma vistaseccional transversal esquemática de parte de um atuador deforça suplementar de acordo com uma outra modalidade dapresente invenção, o atuador indicado, em geral, pelonumerai de referência 212. Componentes semelhantes doatuador 212 com o atuador 12 das figuras de 1 a 4, e com oatuador 112 das figuras 5 e 6 compartilham os mesmosnumerais de referência, incrementados por 200 e 100,respectivamente.

O atuador 212 é de estrutura essencialmente similar aoatuador 112 e é para uso com uma gaveta, tal como a gaveta110. Em conseqüência, apenas as diferenças substanciaisentre o atuador 212 e o atuador 112 da figura 5 serãodescritas aqui em detalhes.

Na figura 7, o atuador 212 é mostrado em uma segundaposição de operação, similar àquela do atuador 12 mostradona figura 3. Nessa posição, um pistão de atuador 246 estáretraído. 0 atuador 212 inclui um dispositivo deagarramento de esferas 24 8 de estrutura e operaçãosimilares às do dispositivo 14 8 da figura 5, exceto que odispositivo 24 8, adicionalmente, inclui um mecanismo deliberação 78, que facilita a liberação das esferas 141 deencaixe com uma biela 242. 0 mecanismo de liberação 78compreende um flange ou placa de mola 80 proporcionada emuma gaiola de esferas 243 e um número de molas 82 proporcionadas entre o flange 80 e um ressalto 84 no pistãode atuador 246. 0 mecanismo de liberação 78,adicionalmente, inclui um ressalto 86 formado sobre ou emum corpo alojando o pistão de atuador 246.

O atuador 212 é operado em um modo similar ao doatuador 112 e é mostrado na figura 8 em seguida aomovimento do pistão de atuador 246 em direção a um furo deum elemento de prevenção de explosão, tal como o BOP 14,mostrado na figura 1. Como com o atuador 112, essemovimento faz com que as esferas 141 sejam impelidasradialmente para dentro, para agarrar a biela 242. Quando oatuador 212 é retornado para a posição inicial, para abriro furo do BOP, o pistão de atuador 24 6, conduzindo a biela242, é movido de volta para a posição da figura 7. Duranteesse movimento, o flange da gaiola de esferas 80 entra emcontato com o ressalto 86, antes que o pistão de atuador246 tenha retornado completamente para sua posição inicial.

Em conseqüência, o movimento continuado do pistão deatuador 246 em direção à posição da figura 7 faz com que asesferas 141 desencaixem da haste 242, através do apoioentre o flange 80 da gaiola de esferas e o ressalto 86,visto que, então, é permitido que as esferas 141 se movamradialmente para fora e ao longo das superfícies 239.Movimento adicional do pistão de atuador 24 6 fecha adistância entre o ressalto de pistão 84 e o f lange 80,comprimindo as molas 82. Nesse modo, as molas 82 impedem opistão de atuador de bater em outros componentes do atuador212, em seguida à liberação das esferas 141, tal como umabase 88 em que o ressalto 86 é proporcionado.

A principal vantagem da presente invenção é que elaproporciona um atuador de força suplementar para uso comuma gaveta hidráulica para aumentar a força fornecida pelagaveta hidráulica, sem requerer grandes volumes de fluidoshidráulicos.

Uma outra vantagem da presente invenção é que elaproporciona um atuador de força suplementar para uso comuma gaveta hidráulica em uma aplicação de força em doisestágios para cisalhar um objeto, tal como um tubo. Umaforça inicial é distribuída pela gaveta hidráulica padrão euma força secundária é descarregada em um ponto prê-estabelecido no curso para mais ou menos dobrar a forçaaplicada.

Ainda uma outra vantagem da presente invenção 'e queela proporciona um atuador de força suplementar para usocom uma gaveta hidráulica em que o ponto pré-estabelecidoonde a força suplementar é descarregada é ajustável paraotimizar a carga de corte de tubo no ponto do cursohidráulico conte a força mecânica descarregada é maisefetiva.

Será apreciado por aqueles habilitados na técnica quevárias modificações podem ser feitas na invenção aquidescrita sem afastamento do seu escopo. Por exemplo,múltiplas câmaras podem ser dispostas transversalmente aofuro a fim de proporcionar aumentos escalonados na força doatuador. Como aqui descrito, qualquer mecanismo deliberação pode ser escolhido para ajustar e liberar opistão de atuador. Mecanismos de agarramento alternativostambém podem ser incorporados.

Claims (26)

1. Atuador suplementar de força para o uso em umaríete hidráulico, o atuador caracterizado pelo fato de quecompreende:a) um corpo atuador incluindo meios de fixação paraconectar o corpo a um aríete hidráulico;b) primeira e segunda câmaras situadas no corpo, ascâmaras isoladas uma da outra por um pistão atuador;c) uma haste adaptada para ser conectada a um pistãooperacional do aríete hidráulico, passar através daprimeira câmara e do pistão atuador, e estender-se paradentro de pelo menos uma porção da segunda câmara;d) o pistão atuador sendo acoplável, de formaliberável, à haste pelos meios de aperto; ee) em que aríete hidráulico é operado por uma forçado movimento do pistão operacional e por uma forçasuplementar do movimento do pistão atuador.

2. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuadorinclui um mecanismo de liberação para operar o pistãoatuador.

3. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 1 ou com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que um elemento de separação está localizadoentre o aríete hidráulico e o corpo.

4. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um ou maisselos são dispostos no elemento de separação para agir emcima da haste e para impedir a liberação do líquidohidráulico do corpo em uma câmara hidráulica do aríetehidráulico.

5. Atuador suplementar de força, de acordo comqualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o atuador inclui meios de armazenamento deenergia dispostos para fornecer uma força para agir sobre opistão atuador.

6. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os meios dearmazenamento de energia são meios mecânicos.

7. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os meiosmecânicos são uma ou mais molas presas em compressão.

8. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os meiosmecânicos são uma pluralidade de molas Bellville.

9. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os meios dearmazenamento de energia são meios hidráulicos.

10. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os meioshidráulicos são fluidos hidráulico presos sob pressão.

11. Atuador suplementar de força, de acordo comqualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o atuador inclui meios de restauraçãomover para trás o pistão atuador para sua posição deoperação original.

12. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o atuadorinclui meio de ajuste de aríete para mover para trás opistão operacional para sua posição original.

13. Atuador suplementar de força, de acordo com umadas reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deque os meios de aperto compreendem um dispositivo de apertoesférico.

14. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que odispositivo de aperto esférico compreende uma pluralidade de esferas montadas em um elemento de montagem de esferaque tem uma pluralidade de aberturas, cada aberturaassociada com uma esfera correspondente.

15. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o pistãodo atuador é adaptado para incitar as esferas paraacoplamento com a haste, para prender a haste.

16. Atuador suplementar de força, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizadopelo fato de que o dispositivo de aperto esférico éadaptado para prender a haste durante o movimento do pistãoatuador em uma primeira direção e para liberar a hastedurante o movimento em uma segunda direção oposta.

17. Atuador suplementar de força, de acordo comqualquer uma das reivindicações de 14 a 16, caracterizadopelo fato de que o dispositivo de aperto esféricocompreende um mecanismo de liberação de esfera parapermitir o movimento relativo entre o elemento de montagemde esfera e o pistão atuador.

18. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 17, caracterizado pelo fato de que omecanismo de liberação de esfera compreende um ressaltoadaptado para limitar o elemento de montagem de esfera,para exercer uma força no elemento de montagem de esferapara desacoplar as esferas da haste durante o movimento dopistão atuador na segunda direção.

19. Atuador suplementar de força, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o elementode montagem de esfera compreende um flange e pelo menos umamola fornecida entre a flange e o pistão atuador.

20. Método para operar um aríete hidráulico quecompreende as etapas de:a) liberar um primeiro pistão para agir em umaríete;b) usar o movimento do primeiro pistão para dispararum mecanismo da liberação; ec) liberar um segundo pistão na operação domecanismo de liberação, para agir em cima do aríete.

21. Método para operar um aríete hidráulico, deacordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato deque o método inclui a etapa de pressurizar o fluidohidráulico atrás do primeiro pistão que é usado entãooperar o primeiro pistão.

22. Método para operar um aríete hidráulico, deacordo com a reivindicação 20 ou com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que o método inclui a etapa deacoplar, de forma liberável, o segundo pistão ao primeiropistão, de modo que o segundo pistão seja estacionárioquando o primeiro pistão opera e o segundo pistão tambémmova o primeiro pistão mediante operação do segundo pistão.

23. Método para operar um aríete hidráulico, deacordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 22,caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação édisparado na ou próximo à extremidade do curso do primeiropistão.

24. Método para operar um aríete hidráulico, deacordo com qualquer uma das reivindicações de 2 0 a 23,caracterizado pelo fato de que o método inclui a etapa derestaurar o aríete hidráulico movendo o primeiro e osegundo pistão para trás para suas posições de operaçãooriginais.

25. Controlador preventivo de explosão para uso emperfuração de poço de petróleo caracterizado pelo fato deque compreende:um par de aríete hidráulicos em oposição, cadaaríete tendo uma lâmina de cisalhamento em uma faceprincipal;pelo menos um atuador suplementar de força definidoem qualquer uma das reivindicações de 1 a 19 localizadopelo menos em um dos aríete hidráulicos.

26. Controlador preventivo de explosão, de acordo coma reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que umatuador suplementar de força é disposto em cada um dosaríetes hidráulicos.