BR0303437B1 - Elemento de acoplamento hidráulico submarino com protetor de abertura externo - Google Patents

Elemento de acoplamento hidráulico submarino com protetor de abertura externo Download PDF

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Description

"ELEMENTO DE ACOPLAMENTO HIDRÁULICO SUBMARINO COM PROTETOR DE ABERTURA EXTERNO" FUNDAMENTOS
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se em geral a acopla- mentos hidráulicos e, especificamente, a acoplamentos hi- dráulicos usados em aplicações de perfuração e produção sub- marinas. Mais particularmente, a presente invenção envolve elementos de acoplamento hidráulico tendo aberturas de fluxo radiais ou inclinadas.
DESCRICÃO DA TÉCNICA RELACIONADA
Acoplamentos hidráulicos submarinos são antigos na técnica. Os acoplamentos em geral consistem de um elemento macho e um elemento fêmea com passagens de fluido vedadas conectadas entre os mesmos. 0 elemento fêmea em geral é um corpo cilíndrico com um furo longitudinal de diâmetro rela- tivamente grande em uma extremidade e um furo longitudinal de diâmetro relativamente pequeno na outra. 0 furo pequeno facilita as conexões a linhas hidráulicas, enquanto o furo grande veda e engata deslizantemente o elemento macho do acoplamento. 0 elemento macho inclui uma parte cilíndrica em uma extremidade tendo um diâmetro externo aproximadamente igual ao diâmetro do furo grande do elemento fêmea do aco- plamento. 0 elemento macho também inclui uma conexão em sua outra extremidade para facilitar a conexão a linhas hidráu- licas. Quando a parte cilíndrica do elemento macho é inseri- da no furo grande do elemento fêmea, de acordo com várias modalidades do dispositivo, o fluxo de fluido é estabelecido entre os elementos macho e fêmea. Os acoplamentos deste tipo são mostrados em patentes de propriedade de National Cou- pling Company, Inc. de Stafford, Texas.
Em aplicações de perfuração e produção submarinas, o elemento macho do acoplamento pode ser conectado a uma placa de tubulação ou outra fixação em uma localização sub- marina no interior ou exterior de um furo de poço. Em muitos casos, os elementos machos são posicionados de modo que a extremidade ou face dianteira de cada elemento aponta verti- calmente para cima a partir do fundo do mar. Os elementos fêmea, que também podem ser fixados em uma placa de tubula- ção, são movidos em posição sobre os elementos macho e então abaixados nos elementos macho por um mergulhador ou veículo submarino. Quando os elementos fêmea são posicionados nos elementos macho, o fluido hidráulico tipicamente é do ele- mento fêmea para o elemento macho do acoplamento. Em alguns casos, somente o elemento fêmea do acoplamento possui uma válvula de gatilho. A válvula de gatilho tipicamente inclui uma face de válvula cônica que assenta, na posição fechada, contra um assento de válvula no elemento de acoplamento. A válvula de gatilho abre para permitir o fluxo de fluido, e fecha contra o assento de válvula dentro do furo para deter o fluxo. Em geral, a válvula de gatilho é orientada por mola na posição fechada. A válvula pode incluir um atuador de válvula que pode ser um bico ou haste se estendendo do ápice da face de válvula ao longo do eixo longitudinal da válvula de gatilho.
Freqüentemente, os furos de poço nos quais os aco- plamentos são posicionados estão cheios de resíduos. 0 ele- mento macho, que pode permanecer sob o mar quando o acopla- mento é desconectado, está sujeito a resíduos que se acumu- lam em passagens de fluxo. As passagens de fluxo no elemento macho podem ser diretamente através do espaço entre a face de válvula e o assento de válvula, como mostrado na Patente U.S. 4.694.859. Ou, como mostrado nas Patentes U.S. N°. 4.654.780, 5.099.882 e 4.832.080 para Robert E. Smith, III, o fluxo hidráulico pode ser radial entre os elementos. Cada configuração pode estar sujeita a ingresso de resíduos. Os resíduos podem contaminar o fluido hidráulico ou causar des- gaste para vedações e superfícies de vedação em acoplamentos hidráulicos e sistemas hidráulicos. A Patente U.S. N°. 5.692.538 para Robert E. Smith, III descreve um elemento de acoplamento hidráulico submarino tendo orifícios de fluxo que são inclinados para ajudar a impedir o ingresso de resíduos nas linhas hidráulicas quando os elementos de acoplamento são desconectados. O acoplamento da Patente U.S. N°. 5.692.538 inclui uma passagem cilíndrica onde a haste de válvula ou atuador está posicionado. Embora o acoplamento da Patente U.S. N°. 5.692.538 possa efetiva- mente impedir o ingresso de resíduos, é desejável aumentar a taxa de fluxo de fluido hidráulico através do acoplamento.
Adicionalmente, a válvula de gatilho mostrada na Patente U.S. N°. 5.692.538 é aberta em resposta à pressão de fluido, em vez de engate de um atuador de válvula com o atuador de válvula oposto do elemento fêmea.
Conseqüentemente, é desejável fornecer um acopla- mento hidráulico submarino com orifícios de fluxo radiais ou inclinados para ajudar a impedir o ingresso de resíduos, mas que terá uma taxa de fluxo maior através do elemento de aco- plamento e um atuador de válvula configurado para abrir a válvula quando mutuamente engatados com o atuador de válvula do elemento de acoplamento fêmea.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção reside em um elemento de aco- plamento hidráulico submarino tendo um protetor de abertura externo em torno das passagens de fluxo radiais ou inclina- das na sonda. Quando a válvula de gatilho do elemento de acoplamento está na posição fechada, o protetor de abertura externo é orientado para uma posição na qual cobre os orifí- cios de fluxo.
BREVE DESCRICÃO DO DESENHO A Figura 1 é uma vista em corte de um elemento macho de um acoplamento de acordo com uma modalidade da presente invenção.
DESCRICÃO DETALHADA
Como mostrado na Figura 1, o elemento de acopla- mento macho 10 inclui uma seção de corpo 11 e uma sonda 12 que possui um diâmetro externo menor que a seção de corpo. A primeira extremidade ou face dianteira 13 do elemento de acoplamento macho é orientada tipicamente voltada para cima a partir do fundo do mar, e a segunda extremidade 14 do ele- mento de acoplamento macho pode ser fixada em uma placa de tubulação usando roscas ou outros dispositivos. O furo in- terno 15 se estende através do elemento macho, e em uma mo- dalidade inclui uma seção de furo roscado 16 para conexão a linhas hidráulicas, uma primeira seção 17, um furo de válvu- la 18 tendo um diâmetro menor que a primeira seção, e um furo atuador de válvula 19 tendo um diâmetro menor que o furo de válvula. 0 furo de atuador de válvula se estende para um ressalto interno 20 adjacente à primeira extremidade do elemento de acoplamento macho. 0 assento de válvula côni- co 21 está localizado adjacente a uma extremidade da seção de corpo, entre o furo de válvula e o furo de atuador de válvula. O assento de válvula pode ser um ressalto afunila- do. O elemento macho inclui uma válvula de gatilho 22 tendo um corpo em geral cilíndrico com face de válvula cônica 23 que veda contra o assento de válvula. A válvula de gatilho é impelida para a posição fechada por mola de válvula helicoi- dal 24. A mola de válvula é ancorada por um colar de mola 25 que pode ser mantido no lugar por anel de pressão de braça- deira 26.
Estendendo do ápice da face de válvula cônica está um atuador de válvula 27. Em uma modalidade da presente in- venção, o atuador de válvula possui um diâmetro externo de 50% ou menos que o diâmetro do furo de atuador de válvula. O diâmetro do atuador de válvula pode ser dimensionado para otimizar as taxas de fluxo de fluido hidráulico através do elemento macho do acoplamento hidráulico.
De acordo com a presente invenção, a válvula de gatilho está posicionada na seção de corpo, em vez da seção de sonda do elemento macho. Posicionando-se a válvula de ga- tilho na seção de corpo, o diâmetro externo da sonda pode ser reduzido e o peso do elemento de acoplamento pode ser reduzido sem diminuir a taxa de fluxo de fluido hidráulico através do acoplamento. Consequentemente, a presente inven- ção pode ser usada vantajosamente em acoplamento hidráulico submarino onde a dimensão reduzida e as taxas de fluxo au- mentadas são desejadas.
Em uma modalidade da presente invenção, as abertu- ras de fluxo 28, 29 se estendem entre o furo atuador de vál- vula e a superfície externa 30 da sonda. As aberturas de fluxo podem ser radiais ou inclinadas. Se as aberturas de fluxo são inclinadas, como mostrado na Figura 1, a primeira extremidade ou extremidade interna da abertura de fluxo é adjacente ao furo de atuador de válvula, perto da primeira extremidade ou face dianteira do elemento macho. A segunda extremidade ou extremidade externa da abertura de fluxo, na superfície externa da sonda, é espaçada adicionalmente da primeira extremidade ou face dianteira do elemento macho. Em uma modalidade da presente invenção, as aberturas de fluxo podem ser de 1,58 mm (1/16 polegadas) de diâmetro e espaça- das em intervalos regulares em torno da sonda. Quando o atu- ador de válvula impele a válvula de gatilho aberta, o fluido hidráulico pode ser transmitido através das aberturas de fluxo e através do furo interno do elemento de acoplamento macho. Em uma modalidade da presente invenção, a ponta 39 do atuador de válvula se estende através da seção de furo 40 e a face ou primeira extremidade do elemento de acoplamento. A válvula de gatilho do elemento macho pode ser impelida aber- ta através da aplicação de força mecânica para o atuador de válvula, incluindo engate mútuo da ponta do atuador de vál- vula com o atuador de válvula do elemento de acoplamento fê- mea correspondente. Na modalidade da Figura 1, somente a sonda do elemento macho entra no elemento fêmea do acopla- mento. Quando os elementos de acoplamento estão completamen- te engatados, a seção de corpo e a válvula de gatilho do elemento macho permanecem fora da câmara de recepção do ele- mento fêmea.
Em uma modalidade da presente invenção, quando o elemento macho está desconectado do elemento fêmea, o prote- tor de abertura externo 31 inclui uma luva que é orientada para uma posição que cobre a segunda extremidade ou extremi- dade externa das aberturas de fluxo. Na posição normalmente fechada, o protetor de abertura externo ajuda a manter os resíduos suspensos de entrar nas aberturas de fluxo e no furo interno do elemento de acoplamento macho. Em uma moda- lidade, o protetor de abertura externo pode ter uma superfí- cie externa em geral cilíndrica 32 e uma superfície interna escalonada incluindo uma primeira superfície interna 33, uma segunda superfície interna 34 tendo um diâmetro interno mai- or que a primeira superfície interna, e uma terceira super- fície interna 42 também tendo um diâmetro interno maior que a primeira superfície interna. Os ressaltos internos 35, 36 estão em cada lado da primeira superfície interna. Em uma modalidade, quando o protetor de abertura externo é orienta- do para a posição normalmente fechada, a primeira superfície interna está posicionada radialmente sobre a segunda extre- midade ou extremidade externa das aberturas de fluxo e blo- queia as aberturas de fluxo de ingresso de resíduos. Para orientar ou impelir o protetor de abertura externo para a posição normalmente fechada, a mola 37 pode se estender entre o ressalto 38 no corpo de elemento macho e o ressalto 36 no protetor de abertura externo. A braçadeira 41 fornece um re- forço externo ou ressalto adjacente à primeira extremidade da sonda para limitar a posição longitudinal do protetor de abertura externo. A aplicação de força longitudinal no protetor de abertura externo comprime a mola 37 para impelir o protetor de abertura externo para a posição aberta. Na posição aber- ta, a segunda superfície interna do protetor de abertura ex- terno é posicionada radialmente sobre as aberturas de fluxo, e possui um diâmetro interno suficientemente maior que o di- âmetro externo da sonda, de modo que o fluido hidráulico possa fluir entre o diâmetro externo da sonda e a segunda superfície interna. A posição longitudinal do protetor de abertura externo pode ser limitada pelo ressalto 37. 0 protetor de orifício externo da presente inven- ção pode bloquear as aberturas de fluxo na sonda da entrada de resíduos quando o acoplamento está desconectado e o ele- mento macho permanece sob o mar. 0 protetor de abertura ex- terno pode ser aberto quando a sonda está na câmara de re- cepção do elemento fêmea. 0 protetor de abertura externo pode ser aberto contatando a câmara de recepção ou ressalto no elemento fêmea.
Embora a presente invenção tenha sido descrita com respeito a um número limitado de modalidades, aqueles versa- dos na técnica apreciarão numerosas modificações e variações a partir da mesma. É pretendido que as reivindicações anexas cubram todas as modificações e variações quando dentro do verdadeiro espírito e escopo da presente invenção.

Claims (16)

1. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo (11) tendo um primeiro furo interno (15) se estendendo através do mesmo, um assento de válvula (21) no primeiro furo interno (15), e uma válvula de gatilho (22) vedando contra o assento de válvula (21) na posição normal- mente fechada; uma sonda (12) fixada no corpo (11) tendo uma su- perfície cilíndrica externa (30) e um segundo furo (19) in- terno se estendendo através da mesma, o segundo furo (19) interno menor em diâmetro que o primeiro furo interno, e uma abertura de válvula se estendendo entre o segundo furo (19) interno e a superfície cilíndrica externa (30); um atuador de válvula (27) fixado na válvula de gatilho (22) e se estendendo através do segundo furo (19) interno; e um protetor de abertura externo (31) em torno da superfície cilíndrica externa (30) da sonda (12) orientado para uma posição normalmente fechada bloqueando a abertura da válvula.
2. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o orifício de válvula é inclinado.
3. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura externo (31) é uma luva com uma superfície interna escalonada incluindo uma primeira super- fície interna (33) bloqueando a abertura (28, 29) da válvula na posição normalmente fechada.
4. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmen- te pelo fato de que compreende uma mola (37) entre o prote- tor de abertura externo (31) e o corpo (11), para orientar o protetor de abertura externo (31) para a posição normalmente fechada bloqueando a abertura da válvula.
5. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura externo (31) se estende longitu- dinalmente a partir da sonda (12).
6. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um corpo (11) cilíndrico tendo uma superfície ex- terna escalonada com uma primeira extremidade (13) e uma se- gunda extremidade (14), um furo interno (15) escalonado se estendendo através do mesmo, uma válvula (22) no furo inter- no (15) escalonado, um atuador de válvula (27) fixado na válvula e se estendendo para fora da primeira extremidade do corpo (11), e uma pluralidade de aberturas de fluxo (28, 29) entre o furo interno (15) escalonado e a superfície externa (30) escalonada adjacente à primeira extremidade do corpo (11); e um protetor de abertura (31) engatado no corpo (11) cilíndrico em uma primeira posição cobrindo as abertu- ras de fluxo (28, 29) , e sendo deslizáveis para uma segunda posição descobrindo as aberturas de fluxo (28, 29).
7. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura (31) é orientado para a primeira posição cobrindo as aberturas de fluxo (28, 29).
8. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura (31) possui uma superfície cilín- drica interna (33, 34) escalonada com uma primeira superfí- cie interna (33) cobrindo as aberturas de fluxo (28, 29) na primeira posição.
9. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura (31) se estende a partir da pri- meira extremidade (13) do corpo cilíndrico (11) na primeira posição.
10. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que as aberturas de fluxo (28, 29) são inclinadas.
11. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO adicionalmen- te pelo fato de que compreende um ressalto interno (36) no protetor de abertura (31), um ressalto externo (38) no corpo cilíndrico e uma mola (37) entre o ressalto interno (36) no protetor de abertura (31) e o ressalto externo (38) no corpo cilíndrico.
12. Elemento de acoplamento hidráulico submarino, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura (31) possui uma superfície cilín- drica interna escalonada com uma primeira superfície interna (33) cobrindo as aberturas de fluxo (28, 29) na primeira po- sição, e uma segunda superfície interna (34) tendo um diâme- tro interno maior que a superfície cilíndrica externa (30) adjacente à primeira extremidade (13) do corpo (11).
13. Elemento de acoplamento, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) um elemento macho (10) possuindo um corpo (11) com um primeiro furo interno (15) se estendendo através do mesmo, uma sonda (12) cilíndrica se estendendo a partir da primeira extremidade (13) do corpo (11) e tendo um segundo furo (19) interno menor em diâmetro que o primeiro furo in- terno (15) ; (b) uma pluralidade de aberturas de fluxo (28, 29) inclinadas se estendendo para fora do segundo furo (19) in- terno da sonda (12); e (c) um protetor de abertura (31) em formato de lu- va fixado de modo removível na sonda (12), o protetor de a- bertura (31) tendo uma superfície interna (33) de diâmetro menor e uma superfície interna (34) de diâmetro maior, uma mola (37) entre o protetor de abertura (31) e o corpo (11) para impelir o protetor de abertura (31) em uma posição es- tendida, na qual a superfície interna (33) de diâmetro menor é posicionada radialmente sobre as aberturas de fluxo (28, 29) inclinadas, a mola (37) compressível para deslizar o protetor de abertura (31) em uma posição retraída, na qual a superfície interna (34) de diâmetro maior é posicionada ra- dialmente sobre as aberturas de fluxo (29, 29) inclinadas.
14. Elemento de acoplamento, de acordo com a rei- vindicação 13, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende uma válvula de gatilho (22) no primeiro furo in- terno (15) .
15. Elemento de acoplamento, de acordo com a rei- vindicação 14, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um atuador de válvula (27) se estendendo a partir da válvula de gatilho (22) através do segundo furo interno (19) .
16. Elemento de acoplamento, de acordo com a rei- vindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o protetor de abertura (31) possui um ressalto interno (36), a mola (37) engatando o ressalto interno (36).
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