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Sistemas de Sonda – Ronaldo Ribeiro 1 SISTEMAS DE SONDA

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1. Sistema de Movimentação de cargas1
1.1. A Torre e a Subestrutura1
1.2. Conjunto Bloco / Catarina4
1.3. Guincho10
2. Sistema de Rotação17
2.1. Método Rotativo Convencional17
2.2. Top-drive23
2.3. Motor de Fundo24
3. Sistema de Circulação26
3.1. Tanques de Lama27
3.2. Bombas de Lama27
3.3. Manifold3
3.4. Tubo Bengala / Mangueira de Lama3
3.5. Saída de Lama3

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1. SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS

A função do sistema de movimentação de cargas é permitir içar ou abaixar colunas de perfuração e de revestimento ou quaisquer outros equipamentos de sub-superfície, para dentro ou fora do poço. Seus principais componentes são a torre e a subestrutura, o conjunto bloco/catarina e o guincho.

1.1. A Torre e a Subestrutura

A torre provê a altura necessária ao içamento de uma seção de tubos a ser descida ou a ser retirada do poço. As torres mais comuns têm uma altura útil de trabalho na faixa de 40 metros.

Como torres podemos designar as torres convencionais e os mastros terrestres ou para perfuração marítima.

As torres convencionais são estruturas em treliça que exigem a desmontagem e a montagem das vigas uma a uma. Com isto, conseqüentemente o custo operacional é bastante significativo.

Os mastros são estruturas semelhantes às torres, só que montados ou desmontados em seções. Com isto, o tempo de DTM (Desmontagem -Transporte - Montagem) da sonda fica sensivelmente diminuído (fig. 1.0).

Além da altura, as torres são também especificadas por sua resistência aos esforços desenvolvidos, pelo peso suspenso no gancho, peso estaleirado na plataforma e ação do vento.

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Como exemplo para dimensionamento de uma torre vamos supor uma carga suspensa máxima (Pmax) correspondente ao peso imerso de uma coluna de revestimento na profundidade limite. Para descer esta coluna de revestimento a coluna de perfuração está toda estaleirada em seções apoiada na parte superior da torre. A torre tem que suportar, enquanto se movimenta livremente a carga Pmax, o momento de tombamento criado pelo peso das seções dos tubos em pé e força do vento.

As torres para perfuração marítima são projetadas para resistirem, também, aos esforços dinâmicos que ocorrem durante as operações de reboque das unidades de perfuração.

Fig. 1.0 – Os mastros podem ser desmontados em duas, três ou quatro seções para facilitar no transporte.

A torre se apoia na subestrutura, criando um espaço de trabalho abaixo da plataforma, onde se instala o equipamento de segurança do poço - BOP (fig. 1.1).

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Fig. 1.1 – A subestrutura deve ter altura suficiente que permita a movimentação do BOP sobre a cabeça de poço. 1.2. Conjunto Bloco/Catarina

O conjunto bloco/catarina compõe-se do bloco de coroamento, da catarina e do cabo de perfuração. Sua principal função é permitir o manuseio fácil das elevadas cargas geradas nas operações de perfuração.

Bloco de Coroamento

É um conjunto de polias, em geral de 4 a 6, dispostas em linha através de um eixo central. Este eixo é suportado por dois mancais de deslizamento apoiados sobre vigas de aço localizadas no topo da torre. Na extremidade do eixo existem graxeiros para a lubrificação dos rolamentos das polias e do próprio mancal de apoio (fig. 1.2).

Fig. 1.2 – Bloco de coroamento

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As dimensões das polias estão relacionadas com os diâmetros dos cabos de aço que podem passar por elas. Quanto maior o diâmetro do cabo maior o diâmetro da polia. Se a abertura do canal da polia é estreita para o cabo ambos se desgastarão por abrasão; se é larga demais o cabo se achata ao passar pela polia pela falta de apoio lateral (veja API STANDARD BA).

Catarina/Gancho/Elevador

A catarina é também um conjunto de polias justapostas num pino central mas que não fica fixa à torre. Pela movimentação do cabo passado entre as polias do bloco de coroamento e as suas, a catarina se movimenta ao longo da altura da torre, içando ou descendo equipamentos no poço. Em sua extremidade inferior encontra-se uma alça que a liga ao gancho (fig. 1.3).

Fig. 1.3 – Catarina

O gancho é o elemento de ligação da carga ao sistema de polias (fig. 1.4). Seus principais elementos são:

a) Comando – elemento responsável pela transmissão da carga ao corpo do gancho;

Sistemas de Sonda – Ronaldo Ribeiro 7 b) Mola e amortecedor hidráulico – evitam choques elevados do batente do comando no corpo do gancho. Ao suspender a carga, a mola se comprime suavizando o choque além de forçar o óleo para cima do elemento retentor da mola. Ao se liberar a carga, a mola força o comando para sua posição original com velocidade atenuada pela passagem restringida do óleo; c) Trava – dispositivo que permite ou não a rotação do comando.

Fig. 1.4 – Gancho

O gancho pode ser integrado a catarina formando com ela um equipamento unitário (fig. 1.5).

Fig. 1.5 – Catarina com gancho integrado

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O elevador é o equipamento usado para segurar a tubulação durante as movimentações. O elevador é bipartido, sendo as duas partes ligadas por dobradiças, tendo um trinco para sua abertura e seu fechamento.

A ligação do elevador ao gancho é feita por duas hastes com olhais nas duas extremidades – os braços do elevador (fig. 1.6).

Fig. 1.6 – Elevador e hastes do elevador Cabo de Perfuração

O chamado cabo de perfuração é um cabo formado por arames de aço. Na sua construção são observados os seguintes itens:

(1) Número de pernas e número de fios – o cabo é formado pelo enrolamento de pernas em torno de uma alma e as pernas pelo enrolamento de arames em torno de um arame central (fig. 1.7).

Fig. 1.7 – O cabo 6 x 19, por exemplo, compõe-se de 6 pernas de 19 fios cada

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(2) Composição – disposição dos fios em cada perna (ex: seale, filler, warrington). A composição é importante na seleção de um cabo em vista de sua aplicação. A flexibilidade de um cabo de aço está em proporção inversa ao diâmetro dos arames externos, enquanto que a resistência a abrasão é diretamente proporcional a este diâmetro.

(3) Alma – as almas dos cabos podem ser de fibra natural (AF), de sisal ou rami, ou de fibras artificiais (AFA), geralmente de polipropileno. As almas de fibra em geral dão maior flexibilidade ao cabo de aço. Já as almas de aço dão maior resistência aos amassamentos e aumentam a resistência à tração. A alma de aço pode ser formada por uma perna de caco (A) Ou por um cabo de aço independente (ACI) (fig. 1.8).

Fig. 1.8 – Alma dos cabos

(4) Torção das pernas e do cabo – o cabo é de "torção à direita" quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita e de "torção à esquerda" caso contrário. No cabo de torção regular os fios de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). No cabo de torção lang os fios de cada perna são torcidos no mesmo sentido que o das próprias pernas (em paralelo). A torção lang aumenta a resistência à abrasão do cabo e sua flexibilidade. Por outro lado, a torção regular confere maior estabilidade (menor tendência ao desenrolamento) ao cabo (fig. 1.9).

Cabo com Alma de Fibra

AF (fibra natural) ou AFA (fibra articifical)

Cabo com Alma de Aço

Formada por cabo

Independente AACI

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