"MONTAGEM TUBULAR PARA CONEXÃO, SUB DO REVESTIMENTO DE COMPENSAÇÃO E MÉTODO DE CONEXÃO"
Campo Da Invenção
O dispositivo descrito no presente documento refere-se de modogeral à produção de óleo e gás. Mais especificamente, o dispositivo aquidescrito se refere a um dispositivo tensionador expansível e/ou retrátil parauma montagem de ligação.
Descrição Da Técnica Relacionada
Algumas plataformas marítimas têm uma produção de árvore ouárvores acima da superfície marítima sobre a plataforma. Nesta configuração,uma coluna de revestimento se estende a partir do alojamento da cabeça depoço disposto no leito submarino. O revestimento de produção inserido nointerior do furo do poço é sustentado pelo leito submarino por um suspensor noalojamento submarino. A coluna de revestimento entre o fundo do mar e osalojamentos da cabeça de poço da superfície é tensionada para evitar oarqueamento que pode ser causado pela expansão térmica proveniente dosfluidos aquecidos do furo do poço ou da vibração decorrente das cargaslaterais aplicadas. Adicionalmente, o comprimento ou a altura da coluna sãotipicamente ajustados para assentar ou pousar o suspensor do revestimentosuperior no interior da cabeça de poço da superfície.
Uma submontagem pode ser fixada à coluna de revestimento eusada para tensionar a coluna de revestimento, ajustando seu comprimento.As submontagens tipicamente compreendem um par de alojamentosacasalados que, em resposta à força aplicada, são mecanicamente retráteis aolongo do comprimento. As submontagens ajustáveis se conectam em linha nointerior da coluna ou em sua extremidade superior, e quando retraídas,conferem a força de tensão sobre a coluna de revestimento, e através dessaretração, reduzem o comprimento da coluna de revestimento.Sumário Da Invenção
É revelada no presente uma m ontagem tubular para conexãoentre uma plataforma e a montagem da cabeça de poço submarina. Em umamodalidade, a montagem tubular compreende um riser anular para conexãoentre a plataforma e a montagem da cabeça de poço submarina e um membroexpansível e retrátil axialmente conectado ao riser anular. O membroexpansível e retrátil inclui um tubular dotado de uma parede formada paraexpandir e contrair axialmente uma grandeza por incremento linear maior que oriser. O tubular pode ser formado a partir de uma construção de um corpoúnico. Quando a parede do membro expansível e retrátil se expande e contrai,essa mantém uma força axial. A parede pode incluir uma série de fendas aolongo do comprimento da parede formada alternadamente em torno dacircunferência interna da parede e em torno da circunferência externa daparede, cada fenda repousando em um plano substancialmente perpendicularao eixo geométrico do membro. Como alternativa, a parede do membro podeser feita de segmentos dobráveis anulares empilhados coaxialmente ao longodo eixo geométrico do membro. Os segmentos dobráveis podem ter umaseção transversal em forma de "S" e o diâmetro interno e externo do segmentopode ser variável ao longo do comprimento do eixo geométrico do membro. Aparede pode ter uma forma do tipo fole. Uma hélice formada no membro podeconformar de maneira seletiva a parede.
É adicionalmente revelado aqui um motor elétrico para conexãoda montagem da cabeça de poço submarina e de uma plataforma desuperfície. O método pode envolver o fornecimento de um membro tubularaxialmente expansível, que conecta o membro tubular em um riser estendidoentre a montagem da cabeça de poço submarina e a plataforma de superfície,e aplicando tensão ao riser e ao membro tubular, sendo que o membro tubularé mais expansível por incremento linear que o riser.Na presente técnica de subs ajustáveis, existe uma pluralidade deelementos vedantes para acomodar o alongamento ou o encurtamento dacoluna de revestimento. O dispositivo aqui descrito elimina a necessidade deelementos de vedação deslizantes e, portanto, o desenho pode ser usado parapressões e temperaturas mais elevas dos fluidos ou gases produzidos. Comoalternativa, o sub do tipo fole irá acomodar uma injeção de líquidos ou gasescom temperaturas mais elevadas no interior do reservatório.
Breve Descrição Dos Desenhos
Tendo discriminado alguns dos recursos e benefícios da presenteinvenção, outros se tornarão evidentes na medida em que a descriçãoprosseguir quando tomados em conjunto com os desenhos anexos, em que:
A figura 1 é uma vista lateral de uma plataforma marítima comuma coluna de revestimento que se estende até o leito submarino, sendo que acoluna de revestimento tem um dispositivo de tensão.
A figura 2 é uma vista em seção lateral de uma modalidade de umdispositivo de tensão.
A figura 3 representa uma porção ampliada do dispositivo detensão da figura 2.
A figura 4 é uma vista em corte lateral de uma modalidadealternativa de um dispositivo de tensão
A figura 5 é uma vista em perspectiva transversal de umamodalidade alternativa de um dispositivo de tensão.
A figura 6 é uma vista em seção lateral de uma modalidade de umdispositivo de tensão dotado de uma luva de suporte externa.
Apesar de a invenção ser descrita tendo por base asmodalidades, o entendimento será de que as mesmas não restringem ainvenção a tais modalidades. Pelo contrário, a intenção é abranger todas asalternativas, modificações e equivalências, desde que incluídas no espírito e noescopo da invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.
Descrição Detalhada Da Invenção
A presente invenção será a partir deste momento descrita comdetalhes mais profundos fazendo referência aos desenhos anexos, os quaissão mostrados nas modalidades da invenção. A presente invenção pode, noentanto, ser incorporada em diversas formas diferentes e não deve serinterpretada como Iimitante às modalidades ilustradas aqui descritas; em vezdisso, estas modalidades são fornecidas para que esta revelação venha a serinteira e completa, e transmitir com plenitude o escopo da invenção aosindivíduos versados na técnica. Números idênticos se referem a elementosidênticos em toda a descrição.
Fazendo referência nesse momento à figura 1, é fornecido nessaFigura um exemplo de uma plataforma marítima 20 em uma vista lateral. Aplataforma marítima 20 compreende um convés 22 situado acima do nível dasuperfície do mar 21 com uma estrutura de torre 24 afixada no topo do convés22. Pernas de sustentação 26 se estendem do fundo do convés 22 e se fixamno leito submarino 28. Uma cabeça de poço submarina 30 é formada acima deum furo do poço 31. Uma coluna de revestimento de ligação 34 se estende nosentido ascendente a partir da cabeça de poço submarina 30 e é acoplada auma cabeça de poço da superfície 32 disposta no interior do convés 22.Alinhada à coluna de revestimento 34 está um membro compensador tubular36. O membro compensador 36 pode ser formado integralmente com a colunade revestimento de ligação 34. Como opção, o membro compensador 36 podeser formado separadamente da coluna de revestimento de ligação 34 e emseguida ali fixado por uma solda, conexão rosqueada, ou conexão por flange.O membro compensador 36 pode compensar as alterações no comprimento dacoluna de revestimento de ligação 34 ao mesmo tempo em que mantém umatensão substancialmente constante na coluna de revestimento de ligação 34.Como alternativa, o membro compensador 36 pode ser conectado em umaextremidade a extremidade superior ou inferior do terminal do riser 34 e em suaoutra extremidade a uma cabeça de poço da superfície 32 ou a uma cabeça depoço submarina 30. O membro compensador 36 pode ser acoplado a qualquerriser e não está limitado ao uso com uma coluna de revestimento de ligação. Omembro compensador 36 pode ser exposto à água do mar ou pode serconfinado ao interior das colunas de revestimento adicionais. Outros exemplosincluem tubulações, linhas de transferência submarina, conexões linha deescoamento submarina, e membro tubulares inseridos no interior de um furo dopoço.
O membro compensador 36 é axialmente compressivo ouexpansível em resposta a uma força axial aplicada. O membro 36 sofrecompressão ou expansão dependendo da magnitude da força aplicada e desua direção. Como se nota acima, a coluna de revestimento de ligação 34tipicamente permanece em tensão durante a operação. Consequentemente, omembro 36 pode ser comprimido em resposta ao alongamento da coluna derevestimento 34 (ou de outro) sem remover a tensão da coluna de revestimento 34.
Com referência nesse momento à Figura 2, nela é ilustrada umavista transversal de uma modalidade do membro compensador 36. Nessamodalidade, o membro compensador 36 inclui um corpo 37 e condutores 39.Os condutores 39 se estendem a partir das extremidades opostas do corpo 37para conectar o corpo 37 à coluna de revestimento 34. Conexões rosqueadas41 são mostradas na extremidade livre dos condutores 39; muito emborasoldas ou flanges pudessem ser utilizados para efetuar a conexão à coluna derevestimento 34. Quando formado de forma integralizada à coluna derevestimento 34, o membro compensador 36 pode opcionalmente não incluirconexões específicas em relação à coluna de revestimento 34. O corpo 37transita de uma espessura menor nas partes adjacentes dos condutores 39 atéuma espessura maior ao longo de sua porção média para formar uma parede38 entre as transições. A seção transversal da parede 38 é delineada em umpadrão repetidamente conformado como "S" ou "Ζ". O padrão pode ser criadopela formação de fendas 40 no interior da circunferência interna e externa daparede 38. Alternando estrategicamente as fendas 40 entre a superfícieinterna da parede 38 e a superfície externa da parede 38 ao longo do eixogeométrico Ax do corpo 37 forma o padrão conformado como "S"/"Z".
A incorporação das fendas 40 altera a estrutura da seçãotransversal da parede 38. Conforme ilustrado em vista ampliada na figura 3, aseção transversal da parede 38 compreende uma série de membros 44, cadaum deles dotado de um elemento de rede 46 a partir de cada extremidade eque se estendem em uma direção oposta. A conexão do membro 44 aoelemento de rede 46 é análoga a uma conexão de cantiléver C. Os membros44 são mostrados em alinhamento substancialmente paralelo um ao outro edispostos perpendicularmente aos elementos de rede 46 e ao eixo geométricoAx do corpo 37. No entanto, existem outras modalidades onde um ou maismembros 44 são dispostos obliquamente a um ou mais membros 44, oblíquosa um ou mais elementos de rede 46, ou oblíquos ao eixo geométrico Ax docorpo 37. Opcionalmente, um ou mais elementos de rede 46 podem seroblíquos ao eixo geométrico Ax do corpo 37.
Ao contrário de um tubular sólido, uma força axial F inicialmenteaplicada à parede 38 não produz uma tensão com distribuição uniforme aolongo da espessura da parede. Em vez disso, a tensão resultante se concentranas conexões em cantiléver C entre o membro 44 e o elemento de rede 46exercendo assim um momento de arqueamento B em torno da conexão C. Ummomento de arqueamento A suficiente sobre um membro 44 deflete o membro44 em direção a uma fenda 40 adjacente que, por sua vez, encurta ocomprimento da parede 38 e do membro 36. De modo semelhante, uma forçaaxial aplicada em uma direção oposta à força F produz momentos dearqueamento orientados contrariamente, os quais aumentam a largura dafenda 40 para alongar o membro 36. Deve-se notar que a configuração domembro compensador 36 aqui descrita é designada para defletir, seja porcompressão ou tensão, antes que as forças aplicadas se aproximem daresistência ao escoamento do riser 34 ou de outros componentes. Assim, omembro compensador 36 sofre expansão ou compressão em um incrementolinear inferior à expansão/compressão linear do rs.
Devido à natureza dinâmica do riser 34 em expansão e contração,o material da parede 38 deve ser suficiente e elasticamente deformável paraacomodar tal carregamento dinâmico. Como é de conhecimento, o número demembros 44 que sofrem deflexão, e o grau de deflexão, depende da magnitudeda força F magnitude, das dimensões da parede 38 e da fenda 40, e domaterial da parede 38. Portanto, o material do corpo 37, as dimensões dafenda 40, o número de fendas 40, e a espessura da parede 38 dependem dascondições operacionais previstas para a fixação da ligação. No entanto, osindivíduos versados na técnica são capazes de estimar essas. Na modalidademostrada, o corpo 37 compreende essencialmente um membro, possuindo,portanto, uma construção em um corpo único. Nesta modalidade, o corpo 37se expande e contrai para manter a tensão do riser sem o movimento relativoentre dois ou mais membros acoplados.
A figura 4 representa um membro compensador 36a alternativoem uma vista em seção lateral. Nesta modalidade, o membro compensador36a inclui um corpo 37a, condutores 39a para fixar o corpo 37a ao riser 34, euma parede 38a entre as transições adjacentes aos condutores 39a. Nestamodalidade, a seção transversal da parede 38a ilustra uma série de dobrassemelhantes a uma série repetitiva de ondulações 50. As ondulações 50 têm,em geral, uma seção transversal em forma de "U", que compreende umaprimeira e segunda porções orientadas, geralmente de forma perpendicular aoeixo geométrico Ax' do corpo 37a, unida por uma porção da base, onde aporção da base se estende geralmente em paralelo ao eixo geométrico Ax' docorpo 37a. Os espaços 52 são definidos na área entre respectivamente cadauma das primeira e segunda porções.
Ainda com referência à Figura 4, as dobras circunscrevem o eixogeométrico Ax' do corpo 37a em seções anulares, seqüencialmente empilhadasao longo do comprimento do corpo 37a; as seções anulares estão assentadasem um plano substancialmente perpendicular ao eixo geométrico Ax'.Similarmente à parede 38 da figura 2, a parede 38a da figura 4 pode responderà expansão ou à contração da coluna de revestimento 34 quando sofre umaexpansão ou contração de modo correspondente, enquanto retém uma tensãosuficiente na coluna de revestimento 34. Como alternativa, a parede 38a domembro compensador 36a da figura 4 é formada como um fole ou como umaestrutura semelhante a um fole. Em outra modalidade, as dobras são formadaspor um par de hélices afastadas axialmente e que são axialmente formadas nacircunferência da parede 38a interna e externa. As hélices atravessamcircularmente o corpo 37a que se estende entre as transições.
É apresentada em uma vista em perspectiva transversal na figura5 uma porção de outra modalidade de um membro compensador do movimento36b. Nesta modalidade, sulcos helicoidais 54, 56 são formados ao longo docorpo 37b. Mais especificamente, um sulco helicoidal 54 interno é formado nasuperfície interna da parede 38b com um sulco helicoidal 56 externocorrespondente formado ao longo da superfície externa da parede 38b. Ossulcos 54. 56 são mostrados em ziguezague ao longo do eixo geométrico Ax domembro 36b, formando desta forma uma seção transversal na forma de "S" ou"Z" similar à modalidade da figura 2. Existem modalidades que possuem umúnico sulco helicoidal, nas superfícies da parede 38b interna e externa. Comoopção, o corpo 37b poderia compreender múltiplos sulcos helicoidais ao longode suas superfícies, isto é, interna, externa ou ambas..
A figura 6 representa uma luva de suporte 58 que circunscreve ocorpo 37. A luva de suporte 58 pode ser incluída para adicionar suporteestrutural ao membro compensador do movimento 36, especialmente aocarregamento tangencial ao eixo geométrico Ax. A luva de suporte 58 podecompreender um único membro tubular ou múltiplos elementos dispostos aolongo do corpo 37. A luva 58 pode consistir em qualquer material capaz deadicionar resistência ao corpo 37, os exemplos incluem aço, ligas e matériascompósitos. A luva 58 é presa, preferencialmente, em sua extremidadesuperior, à cabeça de poço da superfície 32, à plataforma 22, à coluna deligação 34 entre o corpo 37 e à cabeça de poço da superfície 32, ou a qualqueroutra estrutura semelhante. Como opção, a luva 58 pode ser ancorada nofundo à cabeça de poço 30, à coluna de ligação 34 entre o corpo 37 e a cabeçade poço 30, ou a qualquer outra estrutura semelhante.
Em um exemplo do uso do dispositivo descrito neste documento,a coluna de revestimento 34 e o membro compensador 36 são afixados entre acabeça de poço do leito submarino 30 e a cabeça de poço da superfície 32 e étensionada axialmente. A tensão suficiente do membro compensador 36, 36adeforma elasticamente a parede 38, 38a e aumenta a espessura dafenda/espaço 40, 52 que, por sua vez, alonga elasticamente o membrocompensador 36. Estando o membro compensador 36, 36a elasticamentedeformado, o membro compensador 36, 36a pode efetuar uma compressãopara um estado menos alongado e compensar o alongamento da coluna derevestimento 34 em decorrência da exposição de fluido em temperaturaelevada. Como opção, a tensão efetiva aplicada à coluna de revestimento 34 eao membro compensador 36, 36a pode ultrapassar o valor de estabilizaçãonecessário à coluna de revestimento 34. Assim sendo, a tensão da coluna derevestimento 34 pode permanecer acima do valor requerido após qualquerredução da força de tensão experimentada pela compressão do membrocompensador 36.
Uma das vantagens apresentadas pelo membro compensadoraqui descrito é que ele pode consistir em um único membro formado em umaconstrução de corpo único. Mais ainda, cada uma das modalidades domembro compensador apresentadas pode ser formada em uma única unidade.A construção em corpo único elimina os componentes adicionais que podemdificultar a fabricação, assim como incrementar os modos de falha e ospercentuais de falha.
Deve-se compreender que a invenção não se restringe aosdetalhes exatos de construção, operação, materiais exatos, ou às modalidadesapresentadas e descritas, as modificações e equivalências serão evidentespara os indivíduos versados na técnica. Nos desenhos e na especificação,foram reveladas modalidades ilustrativas da invenção e, apesar de terem sidoempregados termos específicos, eles são usados unicamente em um sentidogenérico e descritivo, e não para fins de limitação. Consequentemente, ainvenção deve ser restringida apenas pelo escopo das reivindicações anexas.