BRPI0818055A2

BRPI0818055A2 - conector

Info

Publication number: BRPI0818055A2
Application number: BRPI0818055-5A
Authority: BR
Inventors: David Ernest Mckay
Original assignee: Subsea Technologies Ltd
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2013-06-11
Also published as: US20110025044A1; NO340851B1; NO20100292L; GB2451743A8; BRPI0818055B1; AU2008285300B2; GB0814205D0; GB2451743A; WO2009019515A2; WO2009019515A3; US8317234B2; GB2451743B; AU2008285300A1

Abstract

CONECTOR. Trata-se de um conector para conectar componentes com superfícies de acoplamento correspondente, o referido conector compreendendo meios (18) para travar as superfícies de acoplamento correspondente dos condutos uma à outra, os referidos meios de travamento sendo móveis entre uma posição aberta e outra travada; um meio de acionamento (30) para mover os meios de travamento para a posição travada; e um meio (36) para manter os meios de travamento na posição travada depois que os meios de acionamento forem retraídos, a disposição sendo tal que, quando o meio de retenção é removido, os meios de travamento voltam à posição aberta, permitindo assim a preparação das superfícies de acoplamento correspondente sem a obstrução dos componentes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONECTOR".

A presente invenção refere-se a um conector e, mais especificamente, a um conector adequado para o uso em mar e, ainda mais especificamente, em relação a conexões submarinas e, mais especificamente, a um conector que pode ser desconectado com rapidez em casos de emergência.

As operações de perfuração marítima exigem uma série de conexões entre equipamentos adjacentes tal como, por exemplo, uma conexão entre uma linha de escoamento para transportar hidrocarbonetos de um poço e um ponto de junção de uma árvore-de-natal na cabeça do poço ou riser e colunas de revestimento da base. Tais conexões devem ser capazes de proporcionar uma vedação entre os vários componentes para que o fluido que escoa através dos respectivos componentes não vaze no mar circundante. Além disso, as conexões devem ser capazes de suportar cargas de resistência à tração e/ou momentos de flexão elevados já que os componentes estão propensos ao movimento devido a condições extremas e, em especial, altas pressões, às quais eles são projetados para operar.

Em perfurações submarinas e operações de intervenção, é comum usar embarcações das quais um riser rígido é suspenso no mar e a extremidade livre dele conectada por meio de um ponto de junção a uma estrutura submarina tal como o ponto de junção de uma árvore-de-natal. Isso permite que fluidos, tal como fluidos de processamento, ou ferramentas sejam descidos à cabeça de poço submarina e também que fluidos de produção, como hidrocarbonetos, fluam através do riser até a superfície para recuperação.

A partir do momento em que a conexão for feita até que ela seja desfeita pela liberação da extremidade livre do riser do ponto de junção da cabeça de poço, a embarcação na superfície permanece conectada fisicamente ao fundo do mar pelo riser rígido. É essencial que a embarcação mantenha uma posição diretamente acima da conexão entre o riser e o ponto de junção para evitar que as cargas de flexão na conexão se tornem excessivas a ponto de comprometê-la ou danificar o riser. A posição da embarcação é influenciada por condições predominantes. Hoje em dia, as embarcações usam tecnologia de posicionamento por satélite mundial a fim de manter sua posição sobre o ponto de junção do riser suspenso. No entanto, no caso de perda da potência do motor da embarcação ou de uma situação em que o equipamento de posicionamento venha a falhar, a embarcação pode deslocar-se com bastante rapidez da posição e tanto sua segurança quanto a do equipamento serão comprometidas devido à conexão física da embarcação com o fundo do mar.

Em tais casos, é essencial que as válvulas que controlam o fluxo do riser sejam fechadas antes que ele seja desconectado ou, então, os fluidos dentro dele escoaram para o mar e os fluidos de produção sob pressão da cabeça do poço serão liberados. Conectores hidráulicos para conectar componentes do equipamento submarino são usados há muitos anos. Em termos gerais, eles operam baseados no princípio de que uma das partes de acoplamento correspondente, ou ambas, tem um perfil de travamento usinado nela. Os meios de travamento que são fixados com segurança a uma metade de acoplamento correspondente funcionam de modo a se engatem um ao outro e formar parte do percurso de carga que liga os dois componentes um ao outro.

Em geral, esses conectores podem ser divididos

entre os que criam uma carga compressiva positiva ao longo da interface de modo a pré-carregar a conexão contra variações de tensão e a separação decorrente de carregamentos externos subsequentes, e os que simplesmente criam uma trava mecânica que se move e se separa frente a cargas dentro dos limites das aberturas físicas e da elasticidade do material.

Um método que costuma ser usado para tais conectores é uma configuração em que os meios de travamento são recebidos em recessos dentro de um componente e movidos para dentro e para fora através do recesso para se engatarem ao perfil de acoplamento correspondente do componente de acoplamento correspondente.

Em outra configuração comum, os meios de travamento são membros de tração construídos em um dos componentes de acoplamento correspondente e, em funcionamento, movem-se para uma posição em que se engatam ao mesmo tempo ao perfil do componente de acoplamento correspondente, fixando-os assim uns aos outros. O pedido de patente WO 03/048512 apresenta um exemplo de um conector desse tipo.

Várias aplicações cruciais exigem uma conexão

pré-carregada para:

1. proteção contra vazamentos resultantes da separação dos componentes de acoplamento correspondente sob carga;

2. impedir um movimento relevante dos

componentes que possa resultar no atrito entre as superfícies e, portanto, danificar as peças e

3. impedir flutuações de tensão que possam resultar no colapso prematuro do componente devido à fatiga.

Para conexões pré-carregadas, ambas as

configurações supramencionadas utilizam alguma forma de indução de força mecânica para forçar os meios de travamento a adotarem a posição correta e, ao fazê-lo, geram uma força compressiva entre os dois componentes de acoplamento

r

correspondente. E uma prática comum que tal força seja aplicada por meio de cilindros hidráulicos que atuam diretamente sobre um anel de ressalto, que, por sua vez, atua sobre os meios de travamento. A fim de gerar pré-carga suficiente, a interface do anel de ressalto com os meios de travamento geralmente é

projetada de modo que as superfícies de contato sejam em um ângulo raso, gerando assim uma vantagem mecânica por meio de uma ação de acunhamento.

A ação de acunhamento usada para gerar a pré- carga do conector exige que o came de acionamento e, portanto, o cilindro hidráulico tenham um curso razoavelmente amplo para mover primeiramente os meios de travamento de uma posição totalmente desengatada para um contato inicial e para fora para obter uma pré-carga total. Durante a construção do conector, este curso amplo não é um grande problema, salvo pelo espaço físico necessário para alojá-lo. No entanto, em algumas aplicações específicas, o tempo gasto para desconectar o conector é importantíssimo, já que faz parte de uma seqüência de eventos que devem acontecer automaticamente para fechar e proteger um poço e desconectar a embarcação da infraestrutura submarina. Além da interface geral do conector, a

concepção deve ser tal que, depois da desconexão, o conector desengate-se e afaste-se por completo sem obstruções e sem danos, o que impediria sua reconexão posterior.

Um dos objetivos da presente invenção é o de oferecer um conector que supere, ou ao menos reduza, os problemas supramencionados.

Outro objetivo da presente invenção é o de oferecer uma conexão que possa ser liberada com rapidez caso surja uma emergência. De acordo com um aspecto da presente

invenção, propomos um conector para conectar componentes com superfícies de acoplamento correspondente, o referido conector sendo caracterizado por compreender meios para travar as superfícies de acoplamento correspondente dos condutos uma à outra, os referidos meios de travamento sendo móveis entre uma posição aberta e outra travada; um meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada; e um meio de retenção para manter os meios de travamento na posição travada depois que os meios de acionamento forem retraídos, a disposição sendo tal que, quando o meio de retenção é removido, os meios de travamento voltam à posição aberta, permitindo assim a separação das superfícies de acoplamento correspondente sem a obstrução dos componentes.

De preferência, o curso do meio de retenção para liberar os meios de travamento é menor do que o curso do meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada.

De forma vantajosa, o meio de retenção e o meio de acionamento são movidos por respectivos pistões.

De preferência, os pistões são acionados

hidraulicamente.

Mais preferencialmente, o volume de fluido hidráulico necessário para liberar o meio de retenção é menor do que o volume de fluido necessário para ativar o meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada. De forma vantajosa, a força necessária para liberar o meio de retenção é menor do que a necessária para ativar o meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada.

De preferência, são incluídos meios de inclinação para inclinar os meios de travamento para a posição aberta.

De forma vantajosa, são incluídos meios para pré-tensionar os meios de travamento.

De preferência, os meios pré-tensores constituem meios para aumentar o comprimento dos meios de travamento.

Em geral, os meios pré-tensores constituem um cilindro hidráulico montado dentro dos meios de travamento.

Como alternativa, os meios de acionamento são munidos de uma superfície perfilada correspondente a uma superfície perfilada nos meios de travamento para pré-tensionar os meios de travamento enquanto eles se movem para a posição travada.

De preferência, os meios de travamento constituem vários grampos conectados de forma pivotante a um dos referidos componentes.

Também de preferência, os referidos vários grampos têm uma superfície de travamento que forma um anel substancialmente contínuo quando na posição travada. De preferência, o meio de acionamento constitui um colar anular que é montado de forma deslizante em um dos referidos componentes.

Em geral, o meio de acionamento é montado abaixo dos referidos meios de tratamento e erguido para mover os meios de travamento para a posição travada.

De forma vantajosa, o meio de retenção constitui um colar anular.

De preferência o referido colar anular é montado de forma deslizante sobre os meios de travamento.

Em geral, o conector compreende condutos primeiro e segundo adaptados para serem conectados a um riser e a uma instalação submarina respectivamente, condutos estes em que são incluídas superfícies de acoplamento correspondente.

A seguir, descreveremos as concretizações da presente invenção a título exemplificativo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Fig. 1 é uma vista esquemática em corte transversal de um conector de acordo com um aspecto da presente invenção na configuração aberta;

A Fig. 2 é uma vista em perspectiva de um meio de travamento do conector da Fig. 1;

A Fig. 3 é uma vista em perspectiva do meio de travamento da Fig. 2 montado em um bloco;

A Fig. 4 é uma vista esquemática em corte transversal do conector da Fig. 1 na configuração travada; A Fig. 5 é uma vista esquemática do conector da Fig. 1 com os meios de retenção acionados;

A Fig. 6 é uma vista esquemática do conector da Fig. 1 com os meios de travamento liberados; A Fig. 7 é uma vista esquemática dos meios de

travamento da Fig. 6 enquanto o conector é desengatado;

A Fig. 8 é uma vista esquemática da parte inferior de um conector da Fig. 1;

A Fig. 9 é uma vista esquemática de cima da parte inferior do conector da Fig. 8;

A Fig. 10 é uma vista esquemática posterior de um meio de travamento alternativo do conector;

A Fig. 11 é uma vista anterior do meio de travamento da Fig. 10; A Fig. 12 é uma vista anterior de mais um meio

de travamento alternativo do conector;

A Fig. 13 é uma vista esquemática do meio de travamento da Fig. 12 montado no conduto inferior do conector; A Fig. 14 é uma vista esquemática em

perspectiva de uma instalação submarina com a parte inferior do conector da Fig. 1 na devida posição;

A Fig. 15 é uma vista esquemática em perspectiva da instalação submarina da Fig. 14 com a metade superior do conector da Fig. 1 removida; As Figs. 16 e 16a são vistas esquemáticas em perspectiva de um meio de travamento alternativo da presente invenção em uma primeira posição destravada;

As Figs. 17 e 17a são vistas esquemáticas em perspectiva do meio de travamento alternativo das Figs. 16 e 16a em uma segunda posição travada; e

A Fig. 18 é uma vista esquemática em perspectiva de uma região ampliada da Fig. 17a.

Voltando-nos agora às figuras, a Fig. 1 ilustra um conector 1 adequado para conectar um riser rígido suspenso por uma embarcação na superfície a uma instalação submarina como, por exemplo, o ponto de junção de uma cabeça de poço ou o BOP de intervenção.

O conector compreende condutos anulares superior 2 e inferior 3 adaptados para serem montados na extremidade livre do riser e na parte superior da instalação submarina, respectivamente. Como alternativa, os condutos superior e inferior podem ser integrados ao riser e ao ponto de junção ou outro componente da instalação submarina.

Com relação à descrição a seguir, o conduto montado na extremidade livre do riser será descrito como conduto superior 2, e o montado na instalação submarina será descrito como conduto inferior 3. Em algumas outras aplicações, evidentemente, os condutos superior e inferior podem ser invertidos. Na concretização ilustrada, a extremidade inferior do conduto superior termina um flange anular 4 com uma superfície superior afunilada 5 que inclina-se para baixo da superfície externa do conduto à borda externa do flange. A extremidade inferior do flange possui um corte 6 para oferecer uma configuração saltada na extremidade final do conduto de modo que a parte central 7 do conduto anular projete-se além da superfície de corte. A transição 8 da superfície de corte à parte central do conduto anular constitui uma extremidade anular inclinada que inclina-se do corte à parte central.

Um segundo flange anular 9 é incluído ao redor da superfície externa do conduto, sendo afastado do flange terminal 4 e posicionado sobre ele. O segundo flange tem um corte transversal substancialmente retangular.

A extremidade final superior do conduto inferior tem uma parte central anular 10 rebaixada encaixada na extremidade final do conduto superior, e uma transição 11 da parte central à extremidade final principal constitui uma extremidade anular inclinada que se inclina da parte central à extremidade final principal. Sendo assim, quando as extremidades finais dos condutos superior e inferior são unidas, a extremidade principal do conduto inferior encosta no corte 6 do flange da parte superior, e a parte central 7 do conduto superior encaixa-se na parte central rebaixada 10 do conduto inferior.

A extremidade de transição 8 de um conduto encosta ou engata-se à extremidade de transição 11 do outro. Na concretização ilustrada, um meio de vedação, por exemplo, uma gaxeta 50, é montado entre as extremidades finais dos condutos superior e inferior. A gaxeta pode ser montada na extremidade final do conduto superior, conforme a Fig. 7 ilustra em mais detalhes. A extremidade final de um dos condutos superior e inferior, ou de ambos, pode ser rebaixada para receber a gaxeta. A Fig. 7 também ilustra o recesso 51 do conduto inferior. De preferência, a gaxeta pode ser de formato anular com uma aba anular 52 em torno de sua superfície externa.

A gaxeta estabelece uma vedação estanque entre os condutos superior e inferior.

Os condutos superior e inferior são cercados pelos elementos de armação superior 12 e inferior 13 do conector. São incluídos meios para estabelecer uma conexão hidráulica através dos elementos de armação. Na concretização ilustrada, um ou mais orifícios 14 ou aberturas são incluídos no elemento de armação superior, que correspondem às posições dos orifícios ou aberturas 15 incluídos no elemento de armação inferior.

O elemento de armação superior 12 compreende uma carcaça principal 120 que, de preferência, é tubular e circunda o conduto superior ou, como alternativa, pode circundar o riser ou outro componente no qual o conduto superior seja montado em algumas concretizações.

Além disso, o elemento de armação superior compreende um flange anular 121 que circunda a carcaça 120. O flange anular estende-se substancialmente na horizontal da carcaça até uma um rebordo voltado para cima 122.

Na concretização ilustrada, o rebordo possui um primeiro componente 123, que se estende substancialmente na vertical em relação ao flange 121, e um segundo componente 124, de preferência integrado ao primeiro, que se estende acima do primeiro componente, mas afunila rumo ao interior da carcaça.

A transição entre o flange anular 121 e o segundo componente afunilado forma um cotovelo 125. A superfície externa do cotovelo é substancialmente curvada entre o flange anular 121 e o primeiro componente, substancialmente reta

na região do primeiro componente e inclinada entre os

í

componentes primeiro e segundo.

Os orifícios 14 ou aberturas são formados no flange anular 121.

Em sua superfície superior, o elemento de armação inferior 13 possui uma carcaça anular com uma base 130, onde são formados orifícios ou aberturas 15. Uma parede periférica 131 circunda a base e estende-se substancialmente na vertical (na posição de uso) a partir da base. Em algumas concretizações, a parede periférica pode afunilar levemente rumo ao centro da base.

Um funil 132 estende-se a partir da extremidade superior da parede periférica. De preferência, o funil 132 é formado como parte integral da parede periférica. O funil afunila para fora a partir da parede periférica e serve como guia para o conduto superior quando ele for descido rumo ao conduto inferior para conexão.

Um rebordo anular substancialmente horizontal 133 circunda a borda superior do funil 132. De preferência, o rebordo é formado como parte integral do funil.

Vários acopladores de controle 16 são incluídos nos cilindros 17 dentro dos orifícios do elemento de armação inferior, cada cilindro contendo um acoplador 16 que pode estender-se para dentro do orifício correspondente do elemento de io armação superior.

Os acopladores de controle hidráulico são retraídos abaixo da superfície do elemento de armação inferior até que o elemento de armação superior esteja na posição correta para eles não impeçam o encontro dos elementos de armação e para evitar danos aos conectores durante a inserção.

Outra vantagem dos acopladores de controle hidráulico serem retraídos antes da conexão é que eles obstruem com eficácia os orifícios do elemento de armação inferior, impedindo assim que resíduos os entupam durante o processo de inserção e, por terem a pressão equilibrada, também permitem que as linhas de alimentação hidráulica tenham a pressão testada em relação aos acopladores hidráulicos sem o elemento de armação superior estar posicionado.

Meios são incluídos para travar as extremidades laterais dos condutos superior e inferior uma à outra para gerar uma conexão segura entre o riser e a instalação submarina. No exemplo ilustrado, os meios de travamento constituem vários grampos 18 que são montados de forma pivotante adjacentes à extremidade superior do conduto inferior. Cada grampo é capaz de girar de uma posição aberta, ilustrada na Fig. 1, em que o grampo estende-se para fora do conduto inferior, para uma posição travada, ilustrada na Fig. 4, em que o grampo fica substancialmente em paralelo à direção axial do conduto inferior e engate-se ao flange inferior do conduto superior, conforme descreveremos com mais detalhes abaixo.

Os grampos 18 têm um corpo em sua maior parte retangular e alongado com uma abertura 19 em uma extremidade para receber um pino-pivô 20. Em algumas concretizações, o pino-pivô pode ser integrado ao corpo do grampo. A outra extremidade do corpo tem uma cabeça alongada 21 que se estende transversalmente em ângulos retos a partir do corpo de modo a formar um par de ombros 22. Uma região saltada 23 é formada na cabeça do grampo com uma transição inclinada 24 entre a cabeça e a região saltada, que corresponde, em profundidade, à extremidade inclinada 5 do flange terminal 4 do conduto superior.

A região saltada 23 projeta-se além da extremidade da cabeça do grampo para formar um recesso 25 na extremidade superior dele. Em algumas concretizações, a região saltada pode ser integrada à cabeça do grampo. A superfície superior 26 da região saltada é arqueada e corresponde à curvatura do conduto superior de modo que, quando os grampos estiverem na posição travada, forme-se um anel substancialmente fechado em torno do conduto superior do conector.

Como alternativa, a superfície superior da região saltada pode ser reta com os grampos formando uma série de superfícies planas de acoplamento correspondente a áreas planas usinadas semelhantes do conduto superior, formando assim um hexágono, pentágono ou outro formato poligonal fechado conforme adequado para o número de grampos.

A superfície externa 27 do grampo é afunilada io para fora da extremidade aberta ao ombro conforme será discutido em detalhes mais abaixo.

Cada grampo é conectado com um pino-pivô 20 a um bloco-pivô individual 28. O bloco-pivô tem o formato de modo que ele seja adjacente a ambos os lados da extremidade inferior do grampo. O pino-pivô 20 atravessa um lado do bloco- pivô, a extremidade inferior do grampo e o outro lado do bloco- pivô. A montagem do bloco-pivô e do grampo é então inserida nos recessos de correspondentes 29 do lado do conduto inferior em uma configuração em que a carga axial sobre o grampo durante a operação reaja diretamente dentro do corpo do conduto inferior.

O pino-pivô pode ser um componente separado, conforme descrito acima, ou pode ser uma bossa cilíndrica usinada diretamente no corte inferior do material do grampo. Neste caso, o bloco-pivô seria separado e engatado a cada uma das bossas integrais. Os grampos podem ser inclinados para a posição aberta simplesmente pela força da gravidade desde que a configuração ilustrada seja montada na vertical. Como alternativa, um meio de inclinação (não-ilustrado), por exemplo, na forma de membros de mola de tração, pode ser incluído para inclinar os grampos para a posição aberta. Uma desconexão pela aplicação de tração e força de curvatura, como ocorreria em um destravamento de emergência, age de modo a mover os grampos à posição aberta à força. Uma desconexão sob condições controladas, como também pode vir a ocorrer, de preferência, incorpora um meio de inclinação conforme o descrito acima. Como alternativa, uma mola de torção pode ser incluída no ponto de pivô do grampo.

Um meio de acionamento é incluído para mover os grampos da posição aberta à fechada, ao contrário dos meios de inclinação. O meio de acionamento no exemplo ilustrado é um colar substancialmente anular 30.

A superfície interna do colar tem um perfil substancialmente cônico com uma conicidade rasa. Fendas 31 são cortadas no perfil interno do

colar 30 para criar um recesso. Tal recesso forma um espaço para os grampos 18 quando na posição aberta, permitindo assim que eles voltem à sua posição plenamente aberta. A borda 32 na parte inferior deste recesso, que se encosta à parte posterior dos grampos, atua para erguê-los da posição plenamente aberta para a posição travada com o movimento axial contínuo do colar. A conicidade rasa engata-se ao perfil correspondente na parte posterior 27 dos grampos (após o colar ter girado os grampos em grande parte até a posição final) e gera forças de pré-carga elevadas por uma ação de acunhamento. Um flange superior 33 é incluído na parte

externa do colar, sob o qual os cilindros de acionamento 34 são montados. Os cilindros 34 atuam sobre este flange para forçar o colar para cima. O colar também pode ser configurado com recessos cilíndricos individuais para alojar os cilindros individuais io com os cilindros sendo montados por completo dentro dos recessos ou os recessos em si formando uma parede de retenção de pressão dos cilindros.

Um anel anular perfilado adicional 35 é ligado à superfície superior do meio de acionamento. O perfil é tal que as superfícies internas 26 dos grampos e a superfície interna do anel adicional 35 proporcionem uma superfície cônica amplamente lisa livre de protuberâncias que possa ser recolhida pela metade superior quando da liberação e livre de quaisquer orifícios/cavidades substanciais em que parte da metade superior possa ser presa. Esse recurso é projetado para garantir que, quando da liberação do conector, as duas metades sejam separadas por completo sem nenhum obstáculo causado por qualquer ligação secundária involuntária. Isso é importante para garantir que uma desconexão inicial rápida e completa não seja impedida por nenhuma obstrução subsequente. Um meio de retenção 36 é incluído para manter os meios de travamento 18 na posição travada. O meio de retenção tem a forma de um colar substancialmente anular montado de forma deslizante em torno do conduto superior. Na concretização ilustrada, o meio de retenção é acionado por um ou mais pistões hidráulicos 37 montados sobre o flange anular 9 do conduto superior. Os pistões 36 abaixam o meio de retenção para engatá-lo ao recesso 25 na cabeça dos grampos quando eles estiverem na posição travada, A profundidade do meio de retenção que se

engata ao recesso 25 dos grampos é significativamente menor do que a altura da extremidade lateral do meio de acionamento 30, que é usado para aplicar força aos grampos para levá-los à posição travada.

Agora, descreveremos a operação do conector.

O conduto inferior 3 é montado na extremidade superior de uma instalação submarina usando meios de montagem conhecidos. O meio de acionamento 30 encontra-se na posição retraída e os meios de travamento 18 na posição aberta. O conduto superior 2 do conector é montado na extremidade inferior de um riser, que é, por sua vez, suspenso de uma embarcação na superfície à instalação submarina. O meio de retenção 36 do conduto superior é mantido na posição erguida em contato com a extremidade inferior do flange 9. À medida que o conduto superior desce rumo ao

conduto inferior, a parte de protuberante central 7 do conduto superior engata-se ao recesso central 10 do conduto inferior e o conduto superior desce até as extremidades de transição 8 e 11 e as superfícies de contato 6 se engatarem.

O alinhamento dos elementos de armação pode ser feito por uma protuberância em um membro de armação engatando-se a uma fenda perfilada no outro membro de armação. À medida que os dois membros de armação são unidos e as extremidades dos condutos superior e inferior se aproximam, a fenda perfilada ajuda no posicionamento correto dos membros de armação para alinhar os orifícios.

À medida que os elementos superior e inferior são reunidos, o cotovelo 125 do elemento de armação superior encaixa-se dentro da parede periférica 131 da carcaça anular do elemento de armação inferior em uma configuração de encaixe fechado.

Em seguida, bombeamos fluido hidráulico aos cilindros 34 para erguer o meio de acionamento 30 e o anel perfilado 35 em torno da extremidade superior do conduto inferior 3.

À medida que o membro de acionamento sobe, há um contato inicial entre a borda inferior 32 dos recessos do colar, conforme descrito acima, e a superfície externa inferior dos grampos 18. Esses pontos de contato erguem a parte posterior 27 dos grampos, levando-as a uma posição amplamente vertical. Esse estágio inicial gira os grampos por um grande ângulo para um percurso axial relativamente curto do colar devido à geometria do ponto de contato em contraste ao eixo de pivô do grampo.

Perto do fim deste percurso, o contato entre o colar e os grampos é transferido à superfície cônica correspondente do colar que se engata à superfície cônica correspondente 27. Com o percurso para cima contínuo do colar colocando as duas extremidades em contato à força, cria-se uma ação de acunhamento para pré-carregar a conexão.

Os acopladores de controle hidráulico 16 estendem-se além dos orifícios do elemento de armação inferior e entram nos orifícios do elemento de armação superior, gerando assim uma conexão hidráulica entre o conector.

Os ombros 22 dos grampos podem ser recebidos em fendas na superfície externa do conduto inferior. A superfície superior 26 da região saltada é arqueada e corresponde à curvatura do conduto superior, de modo que, quando os grampos estiverem na posição travada, forme-se um anel substancialmente fechado em torno do conduto superior do conector.

Uma vez que as regiões saltadas 23 dos grampos 18 forem engatadas ao flange inferior 4 do conduto superior, e enquanto o meio de acionamento 30 permanece na posição em torno dos meios de travamento, o meio de retenção 36 é ativado por acionamento hidráulico e move-se para baixo em torno do conduto superior até que engatar-se ao recesso 25 dos grampos. Após a ativação inicial dos meios de travamento 18 e o engate posterior do meio de retenção 36, o meio de acionamento 30 volta à sua posição inferior junto com anel perfilado 36. Isso gera o espaço necessário para os grampos 18 voltarem à posição aberta quando da liberação do meio de retenção. Quando o meio de acionamento encontra-se na posição inferior, o anel perfilado adicional oferece aberturas para as quais os grampos sustentados podem voltar.

A força de fechamento mecânica submetida à interface entre os condutos superior e inferior é mantida pela tração dos grampos 18. O meio de retenção 36 mantém a extremidade superior dos grampos na condição carregada, assim como mantém a pré-carga do conector após os cilindros de acionamento principais 34 terem sido retraídos. Tal pré-carga resiste às pressões de operação altas dentro do conector somadas à tração e às forças de curvatura aplicadas externamente, impedindo assim a separação da interface.

O meio de retenção 36 resiste ao movimento radial para fora da extremidade superior dos grampos que permitiria que a pré-tensão dos grampos fosse liberada.

A partir de então, as válvulas acima e abaixo do conector (não-ilustradas) podem ser abertas a fim de estabelecer um percurso fluido entre o riser e a instalação submarina.

Caso ocorra uma emergência, como a perda da potência do motor por parte da embarcação ou a perda dos meios de posicionamento, a embarcação começará a deslocar-se da posição imediatamente acima do riser rígido. Neste caso, as válvulas acima e abaixo do conector são fechadas de acordo com os procedimentos de segurança padrão e dentro um período de tempo fixo, e os acopladores de controle 16 são abaixados para remover todas as conexões periféricas entre os membros de armação superior 12 e inferior 13 antes da liberação do meio de travamento principal.

Logo que as válvulas forem fechadas e a conexão fluida entre os condutos superior e inferior interrompida, o conector poderá ser liberado pela ativação dos pistões hidráulicos 37, elevando assim o meio de retenção 36 por completo do engate com o recesso 25 dos grampos 18. O curso do meio de retenção 36 é significativamente menor do que o do meio de acionamento 30 e, portanto, uma economia imediata no volume do fluido hidráulico necessário para elevar o meio de retenção 36 em comparação ao volume necessário para ativar o meio de acionamento resulta em uma economia de tempo e energia correspondente durante um processo de desconexão de emergência, em que todo segundo é importantíssimo.

Além disso, além do curso do meio de retenção ser menor do que o do meio de acionamento, a geometria da conexão é tal que a força necessária para liberar o meio de retenção é menor do que a necessária para gerar a pré-carga nos grampos 18 durante o travamento do conector. Isso resulta em uma área hidráulica necessária menor e, portanto, em um volume reduzido de fluido hidráulico para ativar o meio de acionamento e liberar os meios de liberação, nesta ordem. Cada um desses, isto é, o curso menor e o volume de liberação reduzido, separados ou combinados, serve para reduzir o volume de liberação e, portanto, o tempo necessário para desconectar o conector.

Logo que o membro de retenção 36 é erguido, os grampos 18 voltam à posição aberta. Visto que o meio de acionamento 30 é retraído assim que o meio de retenção 36 é ativado, a abertura dos meios de travamento é desimpedida pelo meio de acionamento 30 e não há risco de danificar o meio de acionamento 30 ou os meios de travamento pela força dos grampos voltando à posição aberta.

À medida que os condutos superior e inferior se separam, o primeiro componente 123 do rebordo voltado para cima 122 move-se verticalmente para cima em contato com a parede periférica 131 até o elemento de armação superior afastar- se por completo do elemento de armação inferior. Ao mesmo tempo, as extremidades livres dos condutos separam-se substancialmente na vertical, garantindo que a gaxeta 50 não seja danificada durante o processo de desconexão. A proteção oferecida pelo alinhamento substancialmente vertical entre o cotovelo do rebordo voltado para cima 122 e a parede periférica 131 só é necessária por uma distância curta o suficiente para cobrir a altura da gaxeta 50.

Caso o elemento de armação superior seja retirado do elemento de armação inferior de forma inclinada, por exemplo, quando a embarcação se mover na superfície durante o processo de desconexão, a transição entre a base 130 e a parede periférica 131 da carcaça no elemento de armação inferior oferece um ponto de rotação em torno do qual o cotovelo 125 do elemento de armação superior pode girar, permitindo assim que as superfícies dos condutos superior e inferior separem-se substancialmente na vertical sem danificar a gaxeta 50.

O conduto superior 2 pode então ser erguido para longe do conduto inferior 3. Visto que a superfície superior do anel perfilado 35 afunila para cima e para fora da borda do conduto inferior, ela não impede a remoção do conduto superior e, portanto, se o conduto superior sair da posição de contato de forma inclinada devido ao deslocamento da embarcação, isso pode ser acomodado e o flange inferior 4 do conduto superior não se prender a qualquer um dos componentes do conduto inferior do conector.

Conforme se perceberá, o conector pode ser desconectado com rapidez em situações de emergência, garantindo assim que uma embarcação afetada possa se desconectar de qualquer conexão física ao fundo do mar o mais rápido possível.

Além disso, visto que o meio de acionamento 30 do conector é retraído após o meio de retenção 36 ser posicionado, a desconexão dos condutos pode ser feita sem danificar as superfícies correspondentes dos condutos ou os componentes do conector em si. Ou seja, o conector pode ser reutilizado após ser desconectado em uma situação de emergência, o que é uma vantagem significativa da presente invenção.

Ademais, após um processo de desconexão de emergência, o conector pode ser reativado assim que a potência voltar à embarcação, reduzindo assim o tempo de inatividade da instalação submarina após tal situação.

É possível fazer modificações e aprimoramentos sem divergir do âmbito da presente invenção. Por exemplo, embora o meio de acionamento e o meio de retenção da concretização descrita acima sejam ativados por um ou mais cilindros hidráulicos, um ou ambos os componentes podem ser ativados por um ou mais cilindros hidráulicos, pistões ou uma combinação de ambos.

Um meio alternativo de girar os grampos 18 em torno da extremidade inferior e ainda incluir um meio para reagir à tensão substancialmente axial seria formar a extremidade inferior do grampo perfilada e engatá-la à geometria de acoplamento correspondente no conduto inferior de modo que os

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dois perfis de acoplamento pudessem girar em torno do eixo desejado, além de incluir as duas superfícies de acoplamento, quando na posição travada, com resistência e área de cisalhamento o suficiente para resistir a cargas axiais. Isso é ilustrado nas 12 e 13, em que os grampos 18' têm uma superfície perfilada 38 que se encaixa a uma fenda perfilada 39 no bloco de montagem 28'. Como outra alternativa, ilustrada nas Figs. IOe 11, acionadores, por exemplo, na forma de cilindros hidráulicos 40 podem ser montados dentro dos grampos 18" de modo que, quando de sua operação, o comprimento dos grampos seja aumentado, o que induziria uma pré-carga dentro dos grampos.

Em outra concretização, o meio de retenção 36 pode ser munido de um flange anular interno correspondendo em profundidade ao segundo flange anular do conduto superior. A extremidade inferior do meio de retenção pode ser munida de um flange anular externo.

O flange anular externo na extremidade inferior do meio de retenção resiste a forças radiais elevadas que, em outros contextos, distorceriam a extremidade inferior do meio de retenção.

Um meio de interrupção anular pode ser

incluído em torno do conduto superior e ter o tamanho de modo a encaixar-se entre a superfície externa do conduto superior e o meio de retenção.

O meio de interrupção anular e o segundo flange do conduto superior definem os limites superior e inferior do movimento vertical do meio de retenção. Duas câmaras hidráulicas de volume variante são definidas, a primeira entre a superfície superior do flange interno do meio de retenção e do meio de interrupção, e a segunda entre a superfície inferior do flange interno do meio de retenção e o segundo flange do conduto superior. Quando o conector está na posição destravada, o flange anular interno do meio de retenção encontra-se adjacente à extremidade inferior do meio de interrupção anular. Quando o conector está na posição travada e os meios de travamento engatados, o meio de retenção pode ser descido a uma posição travada forçando o fluido a entrar na primeira câmara hidráulica em que a extremidade interior do flange anular interno do meio de retenção encosta na superfície superior do flange superior do conduto superior.

À medida que o meio de retenção é descido, o flange anular externo do meio de retenção engata-se ao recesso atrás da cabeça dos grampos para mantê-los na posição travada.

O fluido hidráulico circula para dentro da segunda câmara de fluido entre o flange interno do meio de retenção 36 e o flange superior 9 do conduto superior para erguer o meio de retenção para longe do engate com os grampos, permitindo que eles voltem à posição aberta.

Em outra concretização, os grampos podem ser substituídos por grampos substancialmente em forma de C radialmente expansíveis de uma posição aberta dentro do anel perfilado para uma posição travada estendida em que se fecham em torno dos flanges correspondentes dos condutos superior e inferior. Nesta concretização, os grampos podem ter protuberâncias superior e inferior que se estendem substancialmente axialmente aos condutos. O meio de retenção na forma de um ou mais anéis de travamento que pode ser ativado pelas protuberâncias mantém os grampos na posição travada. Os grampos podem ser inclinados elasticamente na posição aberta de modo que, quando da liberação do meio de retenção, eles voltem à posição aberta para permitir que a conexão seja liberada com segurança.

Em ainda outra concretização, o meio de acionamento que move os grampos para a posição travada pode ser implementado por um pistão hidráulico atuando sobre a extremidade dos grampos de travamento adjacente ao ponto de pivô para girar os grampos da posição aberta à posição de fechamento vertical e por outro pistão montado transversalmente operado para aplicar uma força radial ao pistão em contato com a superfície externa do conduto superior para pré-carregar os grampos antes de o meio de retenção ser ativado.

As Figs. 16 a 17a ilustram outra concretização da invenção compreendendo grampos de travamento modificados 180 As Figs. 16 e 16a ilustram os grampos de travamento em uma primeira posição destravada, ao passo que as Figs. 17 e 17a ilustram-nos em uma segunda posição travada.

Nesta concretização, os grampos de travamento são conectados de forma pivotante a um par de membros de tração alongados 181. Tais membros de tração são feitos de aço ou de qualquer outro material metálico adequado semelhante em resistência aos grampos em si. A quantidade de carga que pode ser aplicada ao grampo, e, por conseguinte, a quantidade de pré- carga que pode ser atingida, é determinada pelas características do material (resistência à tração e área de corte transversal (CSA)). Para qualquer dada carga (com CSA e resistência fixas), a extensão (estiramento) do grampo é determinada pelo comprimento do membro sob tensão. A função dos membros de tração adicionais é a de oferecer comprimento adicional e, portanto, alongamento (estiramento) às montagens dos grampos para uma dada carga aplicada. A concepção é tal que, quando o conector está travado, o grampo é estendido a uma distância "x" ilustrada na Fig. 18. A dimensão "x" está sujeita à variação devido às tolerâncias de usinagem inevitáveis, e esta variação, por sua vez, resultará em uma leve variação na quantidade de carga na montagem do grampo. Os membros de tração adicionais oferecem estiramento axial adicional a uma dada carga para reduzir os efeitos da variação na dimensão "x" no estiramento (e, portanto, na carga) da montagem do grampo.

Cada um dos membros de tração compreende um braço retangular substancialmente plano 182 com uma cabeça alongada 183 em cada extremidade. Na concretização ilustrada, cada cabeça alongada é substancialmente circular e formada como parte integral do braço. Uma abertura 184 é formada através de cada cabeça alongada, as aberturas sendo substancialmente circulares quanto à forma e localizadas no centro das cabeças alongadas.

Os grampos de travamento têm formato e perfil semelhantes aos descritos acima e cada um deles é conectado a um pino-pivô 185, que pode ser formado como parte integral dos grampos ou ser fornecido como um componente separado. O pino-pivô 185 do grampo atravessa as aberturas circulares 184 das cabeças alongadas de uma extremidade dos membros de tração 181 para permitir que o grampo gire em torno do eixo do pino nos membros de tração. Um membro de montagem é incluído entre as outras extremidades dos membros de tração para facilitar a montagem dos grampos à extremidade superior do conduto inferior 3. Nesta concretização, o meio de montagem é um bloco 186 com uma largura adequada para permitir que ele passe entre as extremidades livres dos membros de tração 181.

O bloco tem uma bossa protuberante 187 de cada lado com um diâmetro que corresponde ao das aberturas 184 nas cabeças alongadas dos membros de tração. As bossas 187 atravessam as aberturas 184 nas cabeças alongadas dos membros de tração, o que possibilita a rotação independente de cada extremidade dos membros de tração 181.0 benefício dos meios de montagem dos membros de tração adicionais é que, já que os membros de tração são livres para girar em torno do eixo das bossas de montagem (extremidades superior e inferior), nenhum momento de curvatura é estabelecido nas peças quando da aplicação de carga. A aplicação de carga é simplesmente tração direta, garantindo assim uma distribuição de tensão uniforme ao longo do corte transversal dos membros de tração adicionais. Já que nenhuma tensão de curvatura local é estabelecida nos membros de tração sob carga, então suas espessuras podem ser controladas e reduzidas, aprimorando, assim, sua capacidade de estirar-se sob carga.

Sendo assim, a inclusão dos membros de tração adicionais montados conforme descrito acima permite o uso máximo do corte transversal do material para atingir a extensão axial máxima sob carga.

Além do supramencionado, o método de conexão permite que o grampo em si ainda gire para fora em torno do ponto A, conforme ilustra a Fig. 17 conforme descrito acima. A concepção do presente conector é tal que o grampo afasta-se a um ângulo bastante elevado (cerca de 45 graus em sua configuração atual) para permitir uma desconexão desobstruída completa.

Ao garantir que a conexão do grampo com o membro de tração possa girar, quando os grampos afastarem-se quando da desconexão, eles definirão um arco muito menor do que conexões que não permitem a rotação. Portanto, diminui-se o espaço do envoltório geral ocupado pelo conector, o que é uma vantagem significativa. Orifícios 188 são formados através dos blocos

de montagem para receber meios de fixação (não-ilustrados) para conectar o bloco ao conduto inferior.

Nesta concretização, à medida que o meio de travamento move-se da posição destravada para a travada, os grampos são pré-carregados por meio dos membros de tração 181, e essa pré-carga resiste a pressões operacionais elevadas dentro do conector para impedir a separação da interface.

Assim como ocorre com as concretizações descritas acima, os grampos de travamento movem-se da posição destravada, ilustrada nas Figs. 16 e 16a, para a posição travada, ilustrada nas Figs. 17 e 17a, pela elevação do meio de acionamento 30 a partir da posição retraída ao longo da parte traseira dos grampos. Com isso, os grampos são engatados e estirados, girando para a posição travada. Uma força de tração é submetida aos cortes transversais dos grampos enquanto eles movemí-se da posição destravada para a travada.

Tal força de tração não deve exceder a capacidade de tração máxima dos grampos, o que causaria a flexão deles e, por conseguinte, a inoperabilidade do conector. Para garantir que a pressão em excesso nos cilindros de acionamento 34 não faça com que o meio de acionamento 30 exerça uma força excessiva, o movimento do grampo para dentro rumo ao conduto inferior 3 é controlado pelo contato com a superfície de contato A-B. Com isso, a carga sendo aplicada pela cabeça do

grampo 21 a partir da interface entre a superfície externa afunilada 27 do grampo e o meio de acionamento 30 é transmitida diretamente através da cabeça do grampo para o conduto inferior 3, interrompendo assim o estiramento excessivo do grampo. Para impedir a cabeça do grampo de mover-se

mais adiante ainda que com contato de deslizamento axial na interface de contato A-B caso seja aplicada uma força excessiva, uma proteção adicional é incluída pelo fato de que as superfícies da interface de contato C-D entram em contato direto com firmeza o bastante para interromper qualquer estiramento adicional do grampo e garantir que a força de tração dele continue dentro dos limites toleráveis.

Nas concretizações descritas acima, o meio de acionamento 30 é descrito como uma parte integral do conector que permanece no elemento de armação inferior após ser retraído e o meio de retenção engatado. No entanto, deve-se compreender que o meio de acionamento 30 pode ser uma peça separada ligada à montagem para criar a força de pré-carregamento inicial e, mais tarde, removida após o meio de retenção ser engatado.

Claims

1. - Conector para conectar componentes com superfícies de acoplamento correspondente, o referido conector sendo caracterizado por compreender meios para travar as superfícies de acoplamento correspondente dos condutos uma à outra, os referidos meios de travamento sendo móveis entre uma posição aberta e outra travada; um meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada; e um meio de retenção para manter os meios de travamento na posição travada depois que os meios de acionamento forem retraídos, a disposição sendo tal que, quando o meio de retenção é removido, os meios de travamento voltam à posição aberta, permitindo assim a separação das superfícies de acoplamento correspondente sem a obstrução dos componentes.

2. - Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o curso do meio de retenção para liberar os meios de travamento é menor do que o curso do meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada.

3. - Conector, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o meio de retenção e o meio de acionamento são movidos por respectivos pistões.

4. - Conector, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os pistões são acionados hidraulicamente.

5. - Conector, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o volume de fluido hidráulico necessário para liberar o meio de retenção é menor do que o volume de fluido para acionar o meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada.

6. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a força necessária para liberar o meio de retenção é menor do que a necessária para ativar o meio de acionamento para mover os meios de travamento para a posição travada.

7. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir meios de inclinação para inclinar os meios de travamento na posição aberta.

8. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir meios para pré-tensionar os meios de travamento.

9. - Conector, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios pré-tensores constituem meios para aumentar o comprimento dos meios de travamento.

10. - Conector, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que os meios de pré-tensores constituem um cilindro hidráulico montado dentro dos meios de travamento.

11. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o meio de acionamento é munido de uma superfície perfilada que ajuda uma superfície perfilada dos meios de travamento a pré- tensionar os meios de travamento à medida que eles se movem para a posição travada.

12. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os meios de travamento constituem vários grampos montados de forma pivotante em um dos referidos componentes.

13. - Conector, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que, em sua extremidade inferior, io os grampos são montados de forma pivotante em um dos referidos componentes.

14. - Conector, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que os grampos são montados de forma pivotante em um membro alongado, o referido membro alongado sendo montado em um dos referidos componentes.

15. - Conector, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os grampos são munidos de um pino-pivô recebido em uma abertura do membro alongado.

16. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 15, caracterizado pelo fato de que os vários grampos têm uma superfície de travamento que forma um anel substancialmente contínuo quando na posição travada.

17. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o meio de acionamento constitui um colar anular montado de forma deslizante em um dos referidos componentes.

18. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o meio de acionamento é montado abaixo dos meios de travamento e erguido para mover os meios de travamento para a posição travada.

19. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o meio de retenção constitui um colar anular.

20. - Conector, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o referido colar é montado de forma deslizante sobre os meios de travamento.

21. - Conector, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que o conector compreende condutos primeiro e segundo adaptados para serem montados em um riser e em uma instalação submarina respectivamente, condutos estes em que são incluídas superfícies de acoplamento.

22. - Conector sendo caracterizado por ser substancialmente conforme descrito acima com referência a qualquer uma das Figuras de 1 a 18 dos desenhos em anexo ou conforme ilustrado em qualquer uma delas.