Relatório Descritivo da Patente de Invenção para
CONJUNTO DE COLUNA DE TUBO.
[001] A presente invenção refere-se a um arranjo para um acoplamento e desacoplamento não prejudicial a colunas de tubulação em uma posição de subsuperfície a partir de uma instalação de superfície. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um arranjo para evitar impactos prejudiciais em virtude dos movimentos verticais causados pelos movimentos verticais da instalação de superfície durante conexão ou desconexão em uma posição de subsuperfície.
ANTECEDENTES [002] É conhecida a provisão de instalações de superfícies fora da costa, tais como sondas de perfuração usadas em conexão com operações de poço submarino, com compensadores de movimento vertical (heave compensator). Um compensador de movimento vertical é disposto na interface entre uma coluna de tubos que se estende para baixo para o solo oceânico e a instalação de superfície. Quando a instalação de superfície é movida verticalmente em virtude de ondas e ondulações, o compensador de movimento vertical garante que o movimento vertical da instalação não é transferido para a coluna de tubos, mantendo a coluna de tubos verticalmente fixa com relação ao solo oceânico. Entretanto, se a coluna de tubos é desconectada a partir da instalação do solo oceânico, tal como uma instalação de poço submarino, a coluna de tubos exibirá alguns movimentos verticais, apesar do compensador de movimento vertical. Por exemplo, com movimentos de verticais da instalação de superfície da ordem de 7 metros, a coluna de tubos talvez se moverá verticalmente para cima e para baixo, a uma distância da ordem de cerca de 30 cm.
[003] Em virtude do compensador de movimento vertical, a instalação de superfície pode se manter operante mesmo em um mar
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2/13 relativamente bravo com ondas de vários metros de altura. Entretanto, se as condições se tornarem demasiadamente extremas, a operação deve ser interrompida e a instalação de superfície deve ser desconectada a partir da coluna de tubos que se estende dentro do poço.
[004] Por exemplo, quando se perfura um poço submarino a partir de uma sonda de perfuração flutuante, o tubo de perfuração pode se estender por diversos milhares de metros para baixo dentro do poço. A fim de desconectar o tubo de perfuração da sonda de perfuração, o tubo de perfuração é suspenso em cima do poço. Para fazer isto, primeiro, o tubo de perfuração é puxado para cima para a sonda de perfuração com uma distância aproximadamente correspondente à profundidade do mar. Então, uma ferramenta para suspensão (hang-off tool) é conectada ao tubo de perfuração abaixo do mesmo e abaixada para a parte de cima do poço em um tubo de perfuração conectado à parte superior da ferramenta. Com a ferramenta para suspensão, o tubo de perfuração é suspenso em cima do poço, por exemplo, na cabeça do poço, na árvore, ou no protetor de furo, enquanto se estendendo dentro do poço perfurado. A ferramenta para suspensão é, então, desconectada a partir do tubo de perfuração acima do mesmo, no qual a mesma foi abaixada, deste modo se tornando desconectada a partir da sonda de perfuração. [005] Quando as condições de superfície retornaram para as condições de operação, a sonda de perfuração pode ser conectada novamente à ferramenta para suspensão. Um elemento de suspensão, tal como um tubo de perfuração, é abaixado para dentro a partir da instalação e se conecta a ferramenta para suspensão. A ferramenta para suspensão é, novamente, puxada para cima para a plataforma e removida. Então o tubo de perfuração é mais uma vez estendido e abaixado, e as operações podem ser retomadas.
[006] Quando se desconecta a ferramenta para suspensão a partir
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3/13 do elemento de suspensão, tal como a coluna de tubos acima do mesmo, o elemento de suspensão exibirá algum movimento vertical apesar do compensador de movimento vertical na sonda de perfuração se ondas consideráveis afetarem a sonda. Deste modo, logo após a desconexão, a coluna de tubos pode se mover para baixo e colidir com a parte a partir da qual a mesma foi desconectada. Em virtude do peso dos elementos de suspensão, isto pode causar dano substancial a ambas as interfaces de conexão. Ou seja, não só a parte inferior, mas também a superior das partes de conexão correspondentes podem ser danificadas. O mesmo problema surge quando as partes têm que ser reconectadas. Na medida em que a parte superior se fecha na parte inferior no momento de ser abaixada a partir da superfície, a mesma pode, além de abaixamento intencional, exibir movimentos verticais alternados. Antes da parte de conexão superior ser adequadamente conectada à parte inferior, a interface de conexão pode, deste modo, ser danificada.
[007] Meios convencionais de conexão são roscas. Deste modo, quando se conecta ou se desconecta, a parte de conexão superior é girada na medida em que a mesma é abaixada em ou puxada para cima a partir da parte inferior. Portanto, as roscas mais externas são danificadas com frequência. Um meio óbvio de superar este problema seria de usar roscas mais largas que toleram maiores impactos. Roscas mais largas, entretanto, implicariam em um passo de rosca mais largo, o que pode aumentar o risco da conexão desparafusar a si mesma. Ademais, mesmo roscas mais largas poderiam ser danificadas gravemente o suficiente para ocasionar problemas quando se conecta ou se desconecta. Em qualquer caso, os movimentos verticais ocasionariam rupturas e desgastes indesejáveis.
[008] Ainda outro meio de conexão liberável pode ser usado.
Entretanto, independente do tipo de conexão sendo usada, um
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4/13 elemento de suspensão que se move para baixo na forma de uma coluna de tubo representa forças substanciais que em qualquer caso são desejáveis que sejam reduzidas .
[009] Deste modo, o objetivo da presente invenção é proporcionar uma solução para o problema acima mencionado de danos a uma interface de conexão quando se desconecta e reconecta.
A PRESENTE INVENÇÃO [0010] De acordo com a presente invenção, é proporcionado um arranjo de amortecimento de forças para amortecer forças entre duas partes interconectáveis em uma coluna de tubo, da qual a parte inferior é conectada à extremidade superior de um elemento de coluna que se estende para dentro de um poço submarino e uma parte superior é suspensa a partir de uma instalação de superfície flutuante através de, pelo menos, um elemento de suspensão que se estende para cima para a dita instalação de superfície. O elemento de coluna pode, por qualquer tipo de elemento de coluna que se estende para dentro de um poço submarino, tal como uma coluna de fio, tubo de perfuração, ou tubo enrolado. De acordo com a presente invenção, o arranjo de amortecimento de forças é conectado à coluna de tubo acima da porção de coluna que se estende para dentro do dito poço submarino, e abaixo pelo menos da porção do dito elemento de suspensão. Adicionalmente, o arranjo de amortecimento de forças exibe seções superior e inferior que são verticalmente móveis uma em relação à outra, deste modo cedendo às forças de impacto entre as ditas partes superior e inferior interconectáveis resultantes a partir do movimento vertical da dita porção de elementos de suspensão que se move verticalmente em relação ao elemento de coluna.
[0011] O termo verticalmente não deve ser interpretado como uma direção estritamente normal com relação à horizontal. Em vez disso, o mesmo deve ser entendido como a direção geral do elemento de coluna
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5/13 ou elemento de suspensão no lugar do arranjo de amortecimento de forças. Esta direção em geral será substancialmente vertical. Entretanto, também pode-se imaginar uma inclinação para esta direção, com relação a estrita direção vertical.
[0012] Em uma modalidade da presente invenção, as seções superior e inferior são rotacionalmente interconectadas de tal modo que a rotação de uma seção instantaneamente ou eventualmente resultará em rotação de ou forças rotacionais exercidas sobre a outra seção. Deste modo, uma força rotacional aplicada à coluna de tubo de perfuração, por exemplo, a partir da instalação de superfície flutuante, será transmitida através do arranjo de amortecimento de forças para baixo nas seções inferiores do tubo de perfuração, disposto abaixo do arranjo de amortecimento de forças.
[0013] Em uma modalidade adicional, o dito elemento de suspensão compreende uma coluna de perfuração. Deste modo, em um uso prático do arranjo de amortecimento de forças, este é usado quando uma coluna de perfuração tem que ser suspensa em um poço submarino. Em tal caso, a coluna de perfuração é elevada a uma distância aproximadamente correspondente à profundidade do mar, então a ferramenta para suspensão é disposta ao restante da coluna de perfuração. Na ferramenta para suspensão, ou preferivelmente pelo menos próximo à mesma, o arranjo de amortecimento de forças é então conectado. Posteriormente, o conjunto é abaixado na dita coluna de perfuração, a coluna de perfuração sendo, então, o elemento de suspensão.
[0014] Quando em um modo desconectado das ditas partes interconectáveis, o elemento de coluna é preferivelmente suspenso com a ferramenta para suspensão.
[0015] Em uma modalidade, as duas partes interconectáveis exibem uma conexão roscada. Deste modo, quando se conecta ou se
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6/13 desconecta as ditas partes interconectáveis a uma distância abaixo da instalação de superfície flutuante, tal como no poço submarino, o arranjo de amortecimento de forças protegerá as roscas mais externas contra os movimentos verticais danosos.
[0016] Preferivelmente, uma das ditas seções exibe um compartimento no interior do qual a porção da outra seção pode alternar na direção vertical. A dita característica torna possível proporcionar uma função de amortecimento. Em uma modalidade, a outra seção se estende no interior do dito compartimento com uma parte direta não concêntrica que percorre através de uma abertura não concêntrica na seção que exibe o compartimento, com o que um movimento rotacional de uma primeira seção resultará em forças rotacionais sobre a segunda seção. Este é um meio de proporcionar transmissão de forças rotacionais.
[0017] Ademais, a dita outra seção pode exibir um componente de pistão disposto no dito compartimento, cujo compartimento é formado como um cilindro de pistão, e uma vedação pode ser disposta para vedar entre o dito cilindro de pistão e o componente de pistão.
[0018] Em uma modalidade particularmente preferida, o arranjo de amortecimento de forças compreende uma ou uma pluralidade de ventilações para o fluxo para dentro ou fluxo para fora da água circundante para dentro ou para fora de, respectivamente, o dito compartimento, a(s) dita(s) ventilação(ões) funcionando como amortecedor para os movimentos relativos entre as ditas duas seções. [0019] Uma das ditas partes interconectáveis pode ser integrada com uma das ditas seções. Deste modo, a função de amortecimento de força será orientada próxima da interface de interconexão, vantajosamente resultando em uma pequena massa entre a dita interface e o arranjo de amortecimento de forças.
[0020] Em uma modalidade da presente invenção, o conjunto de
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7/13 amortecimento de força adicionalmente compreende uma mola que é funcionalmente disposta entre as ditas duas seções para amortecer o movimento mutuamente vertical.
[0021] Preferivelmente, para o arranjo de amortecimento de forças, de acordo com a presente invenção para funcionar bem, o mesmo deve ser arranjado próximo das duas partes interconectáveis ou da interface das mesmas. Deste modo, o arranjo de amortecimento de forças deve preferivelmente ser disposto mais próximo do solo oceânico do que da superfície, quando o elemento de coluna está em uma posição ou situação a ser suspenso no poço. Na dita posição ou situação, as partes interconectáveis estão normalmente próximas da cabeça de poço submarino.
EXEMPLO DE MODALIDADE [0022] O exemplo de modalidade a seguir e não limitante é apresentado de modo a iluminar e explicar as características e vantagens da presente invenção. O exemplo é apresentado com referência aos desenhos, nos quais [0023] a figura 1 mostra uma vista principal esquemática da sonda de perfuração flutuante no processo de reconectar à ferramenta para suspensão, a ferramenta para suspensão suspendendo um tubo de perfuração que se estende para dentro do poço submarino;
[0024] a figura 2 mostra uma seção transversal de duas partes interconectáveis liberáveis em uma posição conectada, assim como um arranjo de amortecimento de forças, de acordo com a presente invenção;
[0025] a figura 3 mostra uma vista em seção em perspectiva do arranjo de conexão na figura 2;
[0026] a figura 4 mostra uma vista em perspectiva em seção transversal do arranjo de conexão na figura 3;
[0027] a figura 5 mostra uma vista parcial em seção transversal na
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8/13 direção axial do arranjo de conexão;
[0028] a figura 6 mostra uma modalidade alternativa de um arranjo de amortecimento de forças, de acordo com a presente invenção; e [0029] a figura 7 mostra uma vista em seção transversal do arranjo na figura 6.
[0030] A figura 1 ilustra a sonda de perfuração 1 no processo de reconexão a um tubo de perfuração 3a deixado no poço submarino 5. A sonda de perfuração 1 pode ter sido desconectada a partir do tubo de perfuração 3a em virtude do mau tempo. O tubo de perfuração 3b que se estende para baixo a partir da sonda de perfuração 1 é deste modo desconectado a partir da seção do tubo de perfuração 3a. O tubo de perfuração 3a no poço submarino pode se estender diversos milhares de metros dentro do solo oceânico, tal como a um reservatório 7. Quando desconectado da sonda 1, o tubo de perfuração 3a é suspenso com a ferramenta para suspensão 9 disposta na cabeça de poço 11 no solo oceânico 13. Deve ser observado que a figura 1 é apenas um esboço inicial, a fim de ilustrar uma situação possível para uso do arranjo de amortecimento de forças, de acordo com a presente invenção.
[0031] A figura 2 mostra uma seção transversal de um arranjo de amortecimento de forças 100, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Nesta modalidade, duas partes interconectáveis liberáveis 101, 103 são mostradas em uma posição conectada. A parte interconectável inferior 101 exibe roscas voltadas para dentro 101a, enquanto que a parte interconectável superior 103 tem de modo correspondente roscas voltadas para fora 103a. Deste modo, as partes inferior e superior 101, 103 podem ser conectadas e desconectadas por rotação mútua entre as mesmas. A parte inferior 101 é adaptada para ser conectada à coluna de tubo de perfuração 3a (figura 1) que se estende para dentro de um poço submarino 5, através de uma seção de
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9/13 tubo 105. De modo correspondente, a segunda parte 103 é adaptada para ser conectada a um tubo de perfuração 3b através de uma seção de tubo 109e.
[0032] O arranjo de amortecimento de forças 100 compreende seções superior e inferior 109, 111 que são axialmente móveis uma com relação à outra. A seção inferior 111 exibe um compartimento 111a no interior do qual uma parte da seção superior 109 é disposta. Esta parte é formada como um componente de pistão 109a que pode alternar axialmente dentro do compartimento 111a. Na face radialmente externa do componente de pistão 109a são fixadas duas vedações 109b que vedam contra a superfície do compartimento voltada para dentro 111a. A seção superior 109 se estende para dentro do compartimento 111a com uma parte direta em forma de quadrado109c, através de um orifício direto formado de modo correspondente 111c na parte superior da seção inferior 111. Deste modo, a rotação da seção superior 109 resultará em uma rotação correspondente da seção inferior 111.
[0033] A conexão e a desconexão entre as partes roscadas das partes de interconexão inferior e superior 101, 103 podem ser proporcionadas pela rotação apropriada da seção superior 109 com relação à seção inferior 111.
[0034] Deve ser observado que nesta modalidade, a seção inferior 111 do arranjo de amortecimento de forças 100 é o mesmo componente que a parte interconectável superior 103 referida acima.
[0035] Na parte superior da seção inferior 111 é disposta uma pluralidade de canais diretos 111d que proporcionam conexão de fluido entre o compartimento 111a, acima do componente de pistão 109a, e a água do mar circundante. A função principal dos canais diretos 111d é de ventilar o compartimento acima do componente de pistão 109a para evitar travamento hidrostático do componente de pistão 109a. A função secundaria é para amortecer o movimento axial entre as seções
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10/13 superior e inferior 109, 111. A última função é realizada ao dimensionar apropriadamente os canais diretos 111d. Pequenas seções transversais e poucos canais reduzirão os respectivos movimentos axiais entre as seções superior e inferior 109, 111. Por outro lado, seções transversais maiores e muitos canais resultarão em menos ruptura do movimento. [0036] Como já discutido na parte geral da presente descrição, quando se conecta ou se desconecta as duas partes de interconexão, a parte superior pode se mover para cima e para baixo com relação à parte inferior em virtude dos movimentos verticais da instalação de superfície flutuante a partir da qual a mesma é suspensa. Em virtude do peso dos elementos de suspensão, tal como o tubo de perfuração 3b (figura 1), estes movimentos podem ocasionar forças de impacto significantes entre as ditas partes. Com referência à figura 2, pode ser observado que a seção inferior 111 será axialmente ou verticalmente móvel com relação à seção superior 109 antes (e após) o alinhamento e a conexão das partes interconectáveis 101, 103 uma com a outra. Deste modo, durante a fase inicial do aparafusamento da parte interconectável superior 103 à parte interconectável inferior 101, esta característica protegerá as roscas mais externas e superfícies contra danos. Quando se desconecta as partes interconectáveis 101, 103 ao se desparafusar as roscas 101a, 103a, as roscas são protegidas contra danos de modo correspondente se um movimento vertical para baixo da seção superior 109 ocorresse logo antes ou logo após o o desparafusamento ter terminado.
[0037] Observa-se que um orifício direto 113 percorre axialmente através de todo o arranjo mostrado na figura 2, a partir da seção de tubo 109e acima para a seção de tubo 105 abaixo, através das partes interconectáveis e através das seções superior e inferior 109, 111. Deste modo, em um modo conectado, a conexão de fluido é mantida através do arranjo de amortecimento de forças 100.
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11/13 [0038] As figuras 3 e 4 mostram uma vista em perspectiva e uma vista em perspectiva em seção transversal, respectivamente, do arranjo de amortecimento de forças 100 na figura 2. Com referência primeiro à figura 3, quatro fendas 101c são dispostas perifericamente sobre a circunferência da parte interconectável inferior 101. De modo correspondente, a parte interconectável superior 103 tem fendas 103c. As fendas 101c, 103c proporcionam trajetos de fluido entre as partes interconectáveis 101, 103 e a superfície interna de um condutor articulado (não mostrado). Isto facilita o movimento vertical dentro do condutor articulado, na medida em que o fluido no tubo ascendente possa fluir livremente adiante das partes interconectáveis 101, 103. No caso das fendas 101c na parte interconectável inferior 101 não são alinhados com as fendas correspondentes 103c na parte interconectável superior 103, uma fenda disposta circunferencialmente 101b proporciona conexão de fluido entre as fendas desalinhadas 101c e 103c.
[0039] Com referência à figura 4, a parte de interconexão superior 103 exibe duas vedações 103b que vedam contra a parte de interconexão inferior 101 no modo conectado. Uma vedação 103b é disposta em cada lado (acima e abaixo) das roscas 103a. Junto com as vedações 109b, as vedações 103b vedam o fluido no orifício 113 e a câmara 111a (abaixo do componente de pistão 109a) diferente da água do mar circundante, e vice versa, quando no modo conectado.
[0040] Como pode ser visto não só na figura 2, mas também na figura 4, a seção de tubo 105 é fixada à parte interconectável inferior 101 por meio de uma pluralidade de parafusos roscados 115.
[0041] A figura 5 é uma seção transversal vista da parte interconectável superior 103, a qual nesta modalidade é o mesmo componente que a seção inferior 111. Esta vista ilustra particularmente a forma de formato quadrado do orifício direto 111c e da parte direta
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109c, tornando a transmissão de forças rotacionais possível.
[0042] De acordo com a presente invenção, as partes interconectáveis inferior e superior não têm que ser parte do arranjo como mostrado na modalidade descrita com referência às figuras 1 a 5. Em vez disso, as partes interconectáveis podem estar ou abaixo ou acima do arranjo de amortecimento de forças, de acordo com a presente invenção. Entretanto, de modo a ir de encontro ao objetivo principal da presente invenção em um modo favorável, o arranjo de amortecimento de forças deve preferivelmente ser disposto em uma tal posição acima das partes interconectáveis de modo que pouco peso é disposto entre as partes interconectáveis e o arranjo de amortecimento de forças. Tal peso pode resultar nas forças indesejadas descritas acima entre as partes interconectáveis logo antes da interconexão ou logo após o desacoplamento das partes interconectáveis em virtude dos movimentos verticais daquele peso.
[0043] Se o arranjo de amortecimento de forças for disposto abaixo das partes interconectáveis, por outro lado, deve preferivelmente ser disposto próximo às partes interconectáveis. Deste modo, qualquer peso entre o arranjo de amortecimento de forças e as partes interconectáveis é minimizado, deste modo reduzindo a sua inércia e deste modo quaisquer forças resultantes a partir da colisão de duas partes interconectáveis. Quando o arranjo de amortecimento de forças é disposto abaixo das partes interconectáveis, o arranjo de amortecimento de forças pode ser proporcionado com um meio de direcionamento de mola, de modo a direcionar a seção superior em uma posição superior, deste modo tornando a seção superior pronta para ser forçada para baixo no caso de uma colisão entre as partes interconectáveis.
[0044] As figuras 6 e 7 mostram uma vista vertical e uma vista em seção transversal, respectivamente, de uma modalidade alternativa do
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13/13 arranjo de amortecimento de forças 100', de acordo com a presente invenção. Aqui, nenhuma parte interconectável é mostrada. A parte superior da seção superior 109' e a parte inferior da seção inferior 111' têm interfaces de conexão roscadas para conexão com uma junção de tubo de perfuração. Deste modo, o arranjo de amortecimento de forças 100' é disposto para ser inserido na coluna de tubos, entre os comprimentos da coluna de tubos.
[0045] Ademais, nesta modalidade, os meios para proporcionar a transmissão de forças rotacionais entre as seções superior e inferior, 109', 111' é uma pluralidade de listas de deslize que se estendem axialmente 109f' que se estendem nas fendas dianteiras 111f' na parte superior da seção inferior 111'.
[0046] Independente de onde o arranjo de amortecimento de forças 100, 100' é disposto com relação às partes interconectáveis 101, 103, o mesmo pode ser proporcionado com uma meio de direcionamento de mola (não mostrado), de modo a direcionar as seções superior e inferior 109, 109', 111, 111' na posição axialmente estendida. Deste modo, o arranjo de amortecimento de forças 100, 100' irá a qualquer momento, desde que o mesmo não seja axialmente comprimido, estar em um modo onde o mesmo esteja pronto para ceder a forças de colisão verticais.
[0047] Preferivelmente, o arranjo de amortecimento de forças é disposto dentro de 30 metros de interface entre as partes interconectáveis. Ainda mais preferivelmente, é disposto dentro de 10 ou mesmo 5 metros da interface entre as partes interconectáveis. Entretanto, na modalidade especialmente preferida, uma das partes interconectáveis é o mesmo componente que uma das seções do arranjo de amortecimento de forças.