CONEXÕES DE CHAPA DE INTERLIGAÇÃO Campo da Invenção A presente invenção se refere âs conexões de chapa de interligação.
Antecedentes da Invenção Energia elétrica e hidráulica, injeção de substâncias químicas e comunicações são tipicamente transmitidas para os poços submarinos por intermédio de um umbilical a partir de uma plataforma de superfície ou baseada em terra, o umbilical sendo terminado em um conjunto de terminação umbilical (UTA). As cargas para energia hidráulica e injeção de substância química são efetuadas a partir do UTA para uma árvore de poço, a qual aloja um sistema de controle de poço, mediante uma multiplicidade de conectores individuais de autovedação. Para facilitar o casamento ou o descasamento dos conectores de energia hidráulica e de injeção de substância química submarinos por intermédio de um veículo remotamente operado (ROV), eles são tipicamente montados em conjunto em uma chapa conhecida como uma chapa de interligação, de modo que uma ação de ROV singular casa todos os conectores. Tal arranjo de chapa de interligação é normalmente reservado para as cargas de injeção de substância química e de energia hidráulica para o poço. O ROV posiciona a chapa de interligação para uma chapa recíproca fixa montada na árvore submarina, e, tipicamente, um mecanismo de parafuso é operado pelo ROV para forçar o casamento das duas chapas e o trava das mesmas em conjunto. O mecanismo de parafuso de casamento e trava é, tipicamente, parte da conexão de chapa de interligação e permanece submarino durante a operação do poço. O descasamento da conexão de chapa de interligação para fins de manutenção/reparo envolve uma operação por um ROV de desaparafusar o mecanismo de parafuso, o qual é projetado para forçar a separação das chapas casadas. Há dois problemas com o arranjo descrito acima. Deixar o mecanismo de parafuso submarino por períodos prolongados de tempo pode resultar em corrosão e contaminação (por exemplo, desenvolvimentos biológicos) que podem fazer com que o mecanismo de parafuso emperre. O resultado é a necessidade de outros métodos potentes de separar a chapa de interligação a partir da chapa fixa (invariavelmente resultando em dano dispendioso na árvore de poço e partes da conexão de chapa de interligação) ou o custo adicional de incluir um mecanismo secundário de liberação no projeto da conexão de chapa de interligação. Além disso, mecanismos de trava existentes, embora funcionais, também deixam grandes quantidades de equipamento dispendioso construído em cada conexão de chapa de interligação, aumentando o peso, a complexidade e o custo.
Sumário da Invenção De acordo com a presente invenção a partir de um aspecto, é provido um método de prover uma conexão de chapa de interligação, compreendendo as etapas de: (a) prover uma primeira parte compreendendo uma chapa de interligação e a qual é fixada a uma estrutura subaquática; (b) prover uma segunda parte compreendendo uma chapa de interligação carregada pelo aparelhamento; (c) engatar o aparelhamento com a primeira parte; (d) usar o aparelhamento para unir a primeira e a segunda parte de modo que as chapas de interligação casem uma com a outra; (e) usar o aparelhamento para travar juntas a primeira e a segunda parte mediante engate de uma porção carregada pela primeira parte com uma porção carregada pela segunda parte; (f) desengatar o aparelhamento a partir da primeira parte; e (g) remover o aparelhamento a partir da conexão de chapa de interligação. O aparelhamento poderia ter uma parte de extremidade que engata ou desengata da primeira parte como um resultado da passagem através da primeira e segunda parte. A porção da segunda parte poderia compreender um grampo de trava deslocado utilizando-se o aparelhamento. Nesse caso o aparelhamento poderia deslocar um colar carregado pela segunda parte para mover o grampo de trava, o colar compreendendo uma conexão do tipo baioneta para ser travado ou destravado a partir da segunda parte como resultado da rotação do colar.
Alternativamente, as porções poderiam compreender um membro de engate giratório de uma entre a primeira e a segunda parte que se engata com um membro de engate da outra da primeira e segunda parte.
As etapas (c) e (g) são realizadas preferivelmente utilizando-se um ROV carregando o aparelhamento. A presente invenção também compreende uma conexão de chapa de interligação provida por um método de acordo com a invenção. A presente invenção compreende ainda um método de desconectar uma conexão de chapa de interligação provida por um método de acordo com a invenção, compreendendo as etapas de: (h) engatar o aparelhamento com a primeira e segunda parte; (i) utilizar o aparelhamento para destravar a primeira e a segunda parte, uma da outra, mediante desengate das porções da primeira e segunda parte; (j) utilizar o aparelhamento para descasar as chapas de interligação uma da outra; e (k) utilizar o aparelhamento para mover a segunda parte.
As etapas (h) a (k) são preferivelmente realizadas utilizando-se um ROV carregando o aparelhamento.
De acordo com a presente invenção a partir de um aspecto adicional, é provido um arranjo para proporcionar uma conexão de chapa de interligação, compreendendo: uma primeira parte para ser fixada a uma estrutura submarina e compreendendo uma chapa de interligação; e uma segunda parte compreendendo uma chapa de interligação carregada pelo aparelhamento, o arranjo sendo tal que: o aparelhamento é engatável com a primeira e a segunda parte; o aparelhamento pode ser usado para unir a primeira e a segunda parte de modo que as chapas de interligação casam uma com a outra; o aparelhamento pode ser usado para travar juntas a primeira e a segunda parte mediante engate de uma porção carregada pela primeira parte com uma porção carregada pela segunda parte; e o aparelhamento é desengatável a partir da primeira parte e removível a partir da conexão de chapa de interligação.
Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 ilustra os componentes de um primeiro exemplo de um arranjo de acordo com a invenção para prover uma conexão de chapa de interligação;
As Figuras 2-4 ilustram as etapas na provisão da conexão de chapa de interligação; A Figura 5 ilustra a conexão de chapa de interligação resultante;
As Figuras 6-9 ilustram as etapas em destravar, descasar e separar a conexão de chapa de interligação; A Figura 10 é uma vista explodida de um segundo exemplo de um arranjo de acordo com a invenção para prover uma conexão de chapa de interligação; A Figura 11 é uma vista destacada mostrando parte do arranjo da Figura 10 em uso; e A Figura 12 é uma vista destacada de um terceiro exemplo de um arranjo de acordo com a invenção.
Descrição Detalhada dos Exemplos da Invenção A Figura 1 ilustra as partes componentes de um arranjo no qual uma parte fixa compreendendo uma chapa de interligação e uma parte removível compreendendo uma chapa de interligação são unidas utilizando aparelhamento enroscado e então travados no lugar mediante grampos de deslizamento mantidos no lugar por um colar de trava do tipo baioneta. Mais particularmente, o arranjo de chapa de interligação compreende uma parte fixa compreendendo uma chapa de interligação 1, fixada a uma estrutura subaquática (tal como uma árvore de poço) e uma segunda parte removível compreendendo uma chapa de interligação 2, carregando conectores 3 alimentados tipicamente a partir de um UTA, e aparelhamento recuperável compreendendo um módulo de aparelhamento roscado 4 carregando a chapa de interligação 1. A chapa de interligação 1 carrega os conectores 5 a serem casados com os conectores 3, para clareza, os conectores, 5 e 3, são omitidos nas figuras restantes. Embora apenas quatro conectores, 3, e quatro conectores, 5, sejam mostrados para simplicidade, na prática, poderia haver mais. A chapa de interligação 1 carrega um tubo 6 com duas ranhuras circunferenciais e um bloco de âncora 7, com um orifício central tendo uma seção transversal cruciforme conforme mostrado na vista A, ambos fixados na chapa de interligação 1. A chapa de interligação 2 carrega uma gaiola de suporte de retentor 8, presa na chapa de interligação 2 e com um orifício que tem uma seção transversal conforme mostrado na vista B, um colar de trava do tipo baioneta 9, um par de grampos de trava 10 e um localizador de pino de trava do tipo baioneta 11. O módulo de aparelhamento recuperável 4 tem uma extremidade chanfrada 12, com uma seção transversal cruciforme conforme ilustrado pela vista D, uma chapa de engate/desengate 13, cuja seção é uma versão-macho do orifício na gaiola de suporte de retentor 8 (vide a vista C), um eixo 14 o qual é fixado a um colar 15 do módulo de aparelhamento recuperável 4, e é enroscado e desenroscado em um tubo internamento roscado 16 do módulo de aparelhamento, um colar 17, fixado em torno do tubo 16, um eixo de extremidade quadrada 18 que se estende concentricamente através do tubo 16 e uma porção afilada 19 na extremidade do tubo 16 antes da extremidade 12 do módulo de aparelhamento 4. A chapa 3 é encaixada no eixo 16 - vide Vista C.
As Figuras 2 a 9 ilustram as etapas na operação do arranjo de chapa de interligação efetuado por um ROV que transporta o módulo de aparelhamento 4. A Figura 2 mostra o primeiro estágio do casamento da chapa de interligação 2 com a chapa de interligação fixa 1, com a extremidade chanfrada 12 do módulo de aparelhamento recuperável 4 localizada no tubo 6. A Figura 3 mostra a chapa de interligação 2 adicionalmente empurrada em direção â chapa de interligação fixa 1, de modo que a extremidade chanfrada 12 do aparelhamento recuperável 4 passa através do orifício do bloco de âncora 7. A extremidade chanfrada 12 é girada em aproximadamente 45 graus para travar o módulo de aparelhamento recuperável 4 na chapa de interligação fixa 1 com a extremidade chanfrada 12 engatada com a chapa de interligação 1 por intermédio do bloco de âncora 7 e porção de extremidade afilada 19 recebida na entrada afilada para o orifício. Isso ê obtido mediante giro do eixo de extremidade quadrada 18, o qual se estende concentricamente através do módulo de aparelhamento recuperável 4 e é fixado na extremidade chanfrada 12. Tendo casado e travado a extremidade 12 com o bloco de âncora 7, o eixo roscado 14 é girado para enroscar no tubo 16 de modo que o colar 15 pressiona contra a chapa de engate/desengate 13, e assim a gaiola de suporte de retentor 8, forçando as chapas de interligação 1 e 2, a se unirem e proporcionando a força substancial exigida para casar os conectores 3 e 5 montados nas chapas de interligação. A Figura 4 mostra, após a conclusão do casamento das chapas de interligação por intermédio dos conectores 3 e 5, a próxima ação de empurrar para frente o colar de trava do tipo baioneta 9, de modo que os grampos de trava 10 são forçados a engatar com as ranhuras no colar 6. O colar de trava do tipo baioneta 9 é então girado para engatar seus pinos de baioneta no localizador de pino de trava de baioneta 11, assim travando as chapas de interligação casadas 1 e 2 em conjunto. O eixo roscado 14 é girado para desenroscamento a partir do tubo 16 de modo que a força sobre o colar 15 e a chapa de engate/desengate 13 sobre a gaiola de suporte de grampo 8 é liberada, permitindo assim que o eixo de extremidade quadrada 18 seja girado em aproximadamente -45 graus, desse modo permitindo a liberação da extremidade chanfrada 12 do módulo de aparelhamento recuperável 4 e permitindo sua remoção a partir das chapas de interligação casadas 1 e 2, o resultado sendo como mostrado na Figura 5. Se for necessário, o módulo de aparelhamento 4 é retornado à superfície utilizando-se o ROV. A Figura 6 mostra o primeiro estágio de descasamento das chapas de interligação (tipicamente usando um ROV) , o módulo de aparelhamento recuperável 4 sendo inserido no tubo 6 e o eixo de extremidade quadrada 18 girado para travar a extremidade chanfrada 12 atrás do orifício do bloco de âncora 7. As chapas são presas em conjunto mediante giro do eixo roscado 14 dentro do tubo 16 para unir as chapas e descarregar os grampos de trava. A Figura 7 mostra o próximo estágio, que é a rotação do colar de trava do tipo baioneta 9 para desengatar o mesmo do localizador de pino de trava do tipo baioneta 11, permitindo que o colar 9 seja retirado para a direita na figura, o que libera os grampos de trava 10, desse modo destravando as chapas de interligação 1 e 2. Nesse ponto as chapas de interligação, embora destravadas pela rotação do colar de trava do tipo baioneta 9, ainda são mantidas juntas pelo módulo de aparelhamento recuperável 4, isto é, as conexões de chapa de interligação ainda estão conectadas e completamente operacionais. Essa característica fornece a capacidade de exercitar o mecanismo de engate permanentemente instalado enquanto o sistema de conexão de chapa de interligação estiver completamente operacional. Isso dá suporte ao fato de que esse sistema não precisa de um mecanismo secundário de liberação e é uma característica importante do arranjo de acordo com a invenção.
Para separar as chapas de interligação 1 e 2, considerável força é necessária para descasar as chapas de interligação 1 e 2. Conforme mostrado na Figura 8, isso é provido mediante o movimento da chapa de engate/desengate 13 para o interior da gaiola de suporte de grampo 9, Nesse estágio a pré-carga aplicada pelo eixo 14 e pelo tubo 16 terá sido liberada e certa separação parcial das chapas terá ocorrido, permitindo que o próximo estágio de separação de chapa ocorra como descrito aqui. A chapa de engate/desengate 13 é encaixada na superfície externa do tubo 16 de tal modo que a rotação do calor 15, preso ao tubo 16, gira a chapa 13 permitindo que ela deslize para a esquerda nas figuras ao longo da estria, com a chapa 13 passando através do orifício da gaiola de suporte de grampo 8. O tubo 16 é girado adicionalmente em aproximadamente 45 graus para impedir que a chapa de engate/desengate 13 passe de volta através da gaiola de suporte de grampo 8, deixando o conjunto na posição conforme mostrado na Figura 8. A Figura 9 mostra a separação das chapas de interligação, 1 e 2, concluída mediante desenroscamento do eixo roscado 14 a partir do tubo 16, pelo que o colar 17, preso ao tubo 16, pressiona contra a chapa de engate/desengate 13, e assim a superfície interna da gaiola de suporte de grampo 8, forçando assim a separação das chapas de interligação 1 e 2. A remoção da chapa de interligação 2, em conjunto com o módulo de aparelhamento recuperável 14, é finalmente obtida por intermédio da rotação do eixo de extremidade quadrada 18, para desengatar a extremidade chanfrada 12 a partir do bloco de âncora 7 e a remoção do conjunto para a direita conforme mostrado na Figura 9.
Com referência agora às Figuras 10 e 11, o numeral de referência 20 designa o aparelhamento na forma de um módulo de aparelhamento carregado por ROV compreendendo um membro de trava giratório operado por ROV alongado 21 dentro de uma ferramenta de fixação giratória operada por ROV, geralmente cilíndrica 22. A ferramenta 22 carrega um pino 23 e três placas 24 e o membro de trava 21 carrega as placas 25. Uma parte removível 26 para a conexão de chapa de interligação compreende um alojamento 27 dentro do qual há um anel de trava 2 8 (vide Figura 11) , um alojamento de anel de trava 29 e uma chapa de interligação 3 0 (em seguida chamada de "chapa volante") . Na abertura frontal do alojamento 27 há três placas 31. Uma parte fixa 32 para a conexão de chapa de interligação é fixada em uma estrutura subaquática tal como uma árvore de poço e compreende um alojamento central fixo 33 tendo em sua abertura três placas externas 34 e quatro placas internas 35, uma chapa de interligação fixa 36 e uma borda fixa 37 para a chapa de interligação 36 e alojamento 33. A operação do arranjo da Figura 10 é como a seguir. PROCESSO DE INSTALAÇÃO DE CHAPA DE INTERLIGAÇÃO Estágio 1-0 módulo de aparelhamento apanha a chapa volante O módulo de aparelhamento 20 é inserido na parte 2 6 com o membro de trava 21 passando através da chapa volante 30. O pino 23 e as placas 24 são inseridos entre as placas 31 no alojamento 2 7 de modo que o pino 23 casa com uma fenda no anel 28 que é montado, e gira, entre o alojamento 27 e o alojamento de anel de trava 29. A ferramenta de fixação 22 é girada em aproximadamente 45 graus no sentido anti-horário na Figura 10 por intermédio de um mecanismo de rosca de parafuso de um ROV carregando o módulo de aparelhamento 20 para engatar o módulo de aparelhamento 20 na chapa volante 30. As placas 24 são engatadas atrás das placas 31 para travar a chapa volante no módulo de aparelhamento, com a rotação da ferramenta de fixação 22 também girando o anel 28 para uma posição "destravada" por intermédio do pino 23 estabelecendo interface com a fenda no anel 28. O módulo de aparelhamento 20 agora carrega o conjunto de chapa de interligação, volante compreendendo a parte 26. O módulo de aparelhamento 20 é empurrado contra a face frontal do alojamento 27, na prática por intermédio de uma cuba de ROV que foi omitida para clareza.
Estágio 2 - Chapa volante instalada na chapa fixa O módulo de aparelhamento 20 desloca a chapa volante 30 sobre a chapa fixa 36, estabelecendo interface com o alojamento 33. O membro de trava 21 passa dentro do alojamento 33 e as chapas, 3 0 e 36, são casadas como a seguir. O membro de trava 21 é girado em aproximadamente 45 graus no sentido horário na Figura 10 para engatar as placas 25 com as placas internas 35 do alojamento 33. O membro de trava 21 é então puxado pelo mecanismo de rosca de parafuso para puxar a parte 26 para sobre a parte 32 utilizando as faces posteriores das placas 35 como um ponto de reação e a face frontal do alojamento 27 como um segundo ponto de reação, a instalação sendo concluída quando a face posterior do alojamento de anel de trava 29 casa com a face frontal da chapa fixa 36 com os conectores das chapas 30 e 36 sendo acoplados entre si.
Estágio 3 - Instalação de Engate Com pré-carga completa aplicada (isto é, com o alojamento de anel de trava 29, casado com a chapa fixa 36) , a ferramenta de fixação 22 e o pino 23 são girados no sentido horário na Figura 10 em aproximadamente 45 graus para engatar o anel de trava 2 8 com as placas externas 34 do alojamento 33. Isso trava juntas as duas chapas 30 e 36 e também alinha as placas 24 com as fendas entre as placas 31 na frente do alojamento 27 para remoção.
Estágio 4 - Remoção do módulo de aparelhamento Com o anel de trava 28 engatado, a pré-carga sobre o membro de trava 21 é removida, permitindo que as chapas, 30 e 36, sejam acomodadas na posição engatada (isto é, travada). O membro de trava 21 é então girado no sentido anti-horário na Figura 10 em aproximadamente 45 graus para desengatar o mesmo das placas 35 dentro do alojamento 33. O módulo de aparelhamento 20 pode então ser agora retirado (por exemplo, sendo retornado para a superfície utilizando o ROV), a conexão de chapa de interligação estando agora concluída com as chapas, 30 e 36, instaladas e travadas. OPERAÇÕES DE DESCONEXÃO/REMOÇÃO DE CHAPA DE INTERLIGAÇÃO Estágio 5 - Inserção de módulo de aparelhamento O módulo de aparelhamento 20 é instalado no centro das chapas casadas, pino 23 e placas 24 sendo alinhados para passar entre as placas 31 na frente do alojamento 27 - nessa posição, o pino 23 será acomodado na fenda no anel de trava 28. Além disso, o membro de trava 21 é alinhado para passar entre as placas 35 no interior do alojamento 33.
Estágio 6 - Desengate O membro de trava 31 é girado no sentido horário na Figura 10 em aproximadamente 45 graus na Figura 10 para engatar as placas 25 com as placas 35 e uma pré-carga é aplicada ao membro de trava 21, suficiente para descarregar o anel de trava 28. A ferramenta de fixação 22 e o pino 23 são então girados no sentido anti-borãrio na Figura 10 em aproximadamente 45 graus para desengatar o anel de trava 28 e engatar as placas 24 na ferramenta de fixação 22 com os lados internos das placas 31 no exterior do alojamento 27.
Estágio 7 - Desengatando as chapas Uma carga reversa é aplicada no membro de trava 21 por intermédio de um mecanismo de rosca de parafuso de um ROV carregando o módulo de aparelhamento 20 para aplicar uma força de separação entre os pontos de reação (o interior do alojamento 33 atrás das placas 35 e as faces internas das placas 31 na frente do alojamento 27) . O carregamento é aplicado até que todos os conectores nas chapas 30 e 36 tenham se separado completamente. O membro de trava 21 é então girado no sentido anti-horário na Figura 10 em aproximadamente 45 graus para desengatar o mesmo das placas 3 5 e a parte 26 é então retirada, a desconexão da chapa de interligação estando agora completa. Estágio 8 - Removendo o módulo de aparelhamento a partir da parte de chapa volante Com a parte 26 sustentada, a ferramenta de fixação 22 e o pino 3 3 são girados no sentido horário na Figura 10 em aproximadamente 45 graus para desengatar as placas 24 na ferramenta de fixação 22 a partir das placas 31 no alojamento 2 7 e o módulo de aparelhamento 20 é retirado da parte 26 pelo ROV.
Com referência agora â Figura 12 (na qual os itens que são idênticos aos da Figura 10 têm os mesmos numerais de referência como na Figura 10) será descrito agora outro exemplo de um arranjo de acordo com a invenção no qual um módulo de aparelhamento é operado hidraulicamente. Na Figura 12, o numeral de referência 38 designa um acionador giratório, o numeral de referência 39 designa um corpo de acionador hidráulico, o numeral de referência 40 designa um pistão de acionador hidráulico no eixo de acionador hidráulico 41 (o qual é uma extensão do membro 21), o numeral de referência 42 designa uma alavanca de operação de engate e o numeral de referência 43 designa uma caçamba de ROV. O módulo de aparelhamento hidraulicamente acionado 20 opera o mesmo arranjo de conexão de chapa de interligação como descrito acima com referência às Figuras 10 e 11.
Contudo, mais propriamente usar um mecanismo de rosca de parafuso para aplicar a pré-carga exigida para unir as chapas, 30 e 36, o arranjo de acionador hidráulico linear 39, 40, 41 (com um curso curto de aproximadamente 5 polegadas) é usado em vez disso. O arranjo de acionador hidráulico é montado no acionador hidráulico giratório 3 8 e esse por sua vez é fixado a um ROV mediante montagens adequadas. Força hidráulica é provida a partir do ROV para acionar a) o arranjo de acionador hidráulico linear e b) o acionador giratório. O eixo acionador linear 41 é fixado no acionador giratório 36 por intermédio de um flange ou dispositivo similar e isso fará com que o eixo gire em aproximadamente 45 graus em qualquer direção como exigido pra engatar e desengatar o membro de trava 25 a partir das placas 35 dentro do alojamento 33.
Como o eixo 41 é fixo, o movimento do pistão 40 faz com que o módulo de aparelhamento se desloque lateralmente, desse modo aplicando pré-carga para conexão da chapa de interligação, ou alternativamente, proporcionando forças de separação atuando sobre as faces de reação como descrito acima. O anel de trava giratório 2 8 está na mesma posição no conjunto de chapa volante e é operado pelo pino 23 montado na ferramenta de fixação 22, que é operada pela alavanca 42, embora o acionamento hidráulico mencionado acima possa ser usado. O ângulo de rotação exigido é de aproximadamente 45 graus como descrito anteriormente. A sequência de operações é como acima, mas o acionamento é por intermédio de força hidráulica.
Vantagens em utilizar a invenção A invenção possibilita uma redução em peso e complexidade e assim o custo dos sistemas de chapa de interligação mediante remoção da maior parte dos mecanismos de trava para um aparelhamento recuperável e deixando equipamento mínimo, tal como o mecanismo de trava, submarino para instalação de longo prazo. Além disso, a invenção possibilita a remoção da necessidade de sistemas de liberação, secundários, complicados e dispendiosos, providos no caso de emperramento, nas chapas de interligação, reduzindo ainda mais a complexidade e o custo; e a capacidade de permitir o emprego, no local, do mecanismo de trava sem efetiva separação das chapas de interligação .