BRPI0310001B1

BRPI0310001B1 - Junção de tubulação roscada

Info

Publication number: BRPI0310001B1
Application number: BRPI0310001-4A
Authority: BR
Inventors: Gabriel E. Carcagno; Giuseppe Della Pina; Rita G. Toscano; Antonio Podrini
Original assignee: Tenaris Connections B.V
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2018-03-13
Also published as: DK1514046T4; DK1514046T3; JP2005526219A; ATE364811T1; DE60314417T3; HK1077616A1; CO5631473A2; AU2003232786B2; EG23573A; CN1653289A; CN1284945C; JP4162651B2; CA2485190C; WO2003098089A8; ECSP045419A; EA200401373A1; EP1514046A1; US6905150B2; CA2485190A1; ITRM20020274A0

Abstract

"junção de tubulação roscada". junção de tubulação roscada, a qual compreende um elemento macho (1) e um elemento fêmea (2), roscados e dotados das respectivas superfícies de vedação complementares, as quais definem, quando parafusados um no outro, um entalhe (13) formado no elemento fêmea (2) que tem um comprimento predeterminado (x), e um espaço (7, 8) entre as roscas da seção predeterminada (s ), formando um reservatório para abrigar o lubrificante da junção, o que advém do volume entre as roscas dos elementos fêmea (2) e macho (1) durante o aperto da junção.

Description

(54) Título: JUNÇÃO DE TUBULAÇÃO ROSCADA (51) Int.CI.: F16L 15/00 (30) Prioridade Unionista: 16/05/2002 IT RM2002A000274 (73) Titular(es): TENARIS CONNECTIONS B.V (72) Inventor(es): GABRIEL E. CARCAGNO; GIUSEPPE DELLA PINA; RITA G. TOSCANO; ANTONIO PODRINI ·· ··♦·

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V

Junção de tubulação roscada.

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a uma junção para as tubulações de perfuração e, mais precisamente, a uma junção roscada para unir as tubulações utilizadas na pesquisa e exploração de hidrocarbonetos, particularmente tubulações para o revestimento de poços, tanto para óleo e/ou quanto para gás, a exploração e/ou o bombeamento. As junções são do tipo macho/fêmea, nas quais um desenho particular da rosca e das superfícies de vedação, juntamente com um reservatório para coletar o excesso de lubrificante, assegura a prevenção dos picos de pressão causados pelo lubrificante durante o aperto e uma capacidade de vedação excelente até mesmo sob cargas de tensão axial elevadas. Tais tubulações podem ser utilizadas para revestimentos para poços de perfuração e como colunas para o bombeamento de gás ou óleo.

Estado da técnica

Na indústria da extração de gás natural e óleo, na fase de perfuração preliminar, a perfuração é executada no leito do mar ou em terra, até que o reservatório de petróleo ou gás seja alcançado, o que pode até mesmo ocorrer a profundidades de milhares de metros. Durante tal fase preliminar, a fim de proteger e guiar a haste de perfuração, o poço é revestido com tubulações de um comprimento preestabelecido que são conectadas nas extremidades por meio de junções roscadas à medida que a profundidade de perfuração aumenta.

Uma vez que a perfuração tenha sido concluída, uma outra coluna tubular é introduzida no interior de tal poço revestido, a qual é utilizada para bombear o gás ou o óleo cru para a superfície do reservatório subterrâneo. Essa coluna, que fica disposta ao longo de toda a profundidade do poço e que pode portanto alcançar vários milhares de metros

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no comprimento, também é formada pela união, por meio das junções do mesmo tipo que aquelas acima, das tubulações de aproximadamente dez metros de comprimento.

As tubulações, feitas do aço carbono ou de ligas resistentes à corrosão, no caso em que as condições do poço são particuiarmente agressivas devido à presença de elementos corrosivos, devem resistir à elevada tensão no fundo do poço, como a pressão do líquido que é bombeado, as temperaturas do poço,. particularmente a grandes profundidades, e as variações relativas no tamanho das tubulações, as tensões mecânicas geradas pelo peso da coluna, etc., sempre assegurando a vedação do gás e do óleo. Portanto, é extremamente importante que uma junção também ofereça o mesmo desempenho que o corpo da tubulação, mantendo uma vedação estanque para fluidos, e assegurando também a continuidade das paredes do poço até mesmo em circunstâncias difíceis, devido ao meio ambiente, à profundidade e ao arranjo do poço, que pode ser desviado ou horizontal.

Para tornar mais seguras e mais confiáveis as operações de atarraxamento das junções e da vedação e a integridade destas últimas, novos desenhos de junções roscadas são desenvolvidos continuamente e são testados o comportamento e os efeitos dos meios de lubrificação, os quais são utilizados para evitar emperramentos (graxa ou verniz, ou revestimentos para ajudar no atarraxamento) ou para contribuir para a vedação.

Tais lubrificantes são intercalados no espaço vazio entre as roscas fêmea e macho da junção, e nas áreas de vedação de metal/metal, a fim de assegurar que nenhuma área não lubrificada esteja presente. Entretanto, se nenhuma medida apropriada for tomada, o uso de lubrificantes pode ser extremamente perigoso para a integridade da junção. Realmente, à medida que prossegue a composição,

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partícularmente quando as superfícies de vedação entram em contato umas com as outras e o aperto da junção é iniciado, o lubrificante permanece aprisionado no espaço entre os dentes da rosca e na área entre a vedação e a rosca, e consequentemente ele é fortemente comprimido. Entretanto, uma vez que o lubrificante é incompressível, ocorrem picos de pressão extremamente altos, os quais são extremamente prejudiciais, e que podem causar uma deformação da junção, particularmente das superfícies de vedação de metal/metal.

A fim de resolver esse problema, a patente U.S. N° 4.830.411 propõe um aumento do espaço entre as roscas para abrigar o lubrificante; entretanto, foi verificado que, quando a junção é apertada, picos de pressão muito elevados ainda são atingidos, mesmo que, em tempo, o lubrificante possa fluir e portanto a pressão diminui, e consequentemente os problemas devidos aos picos de pressão permanecem sem solução.

Na patente U.S. N° 5.649.725, é apresentado um reservatório para coletar o lubrificante que escapa da área da rosca durante o aperto da junção. Esse tipo de junção, entretanto, teve a sua atenção focalizada na definição do comprimento da distância L_s ao longo do qual o deslizamento das superfícies de vedação ocorre durante a composição das tubulações, para remover o fenômeno de esfoladura, determinando o mesmo como uma função particular do diâmetro externo da tubulação. O documento, original, por outro lado, não resolveu o problema causado pelos picos de alta pressão que são desenvolvidos com o aperto, particularmente devido ao desenho não ideal do reservatório, para o qual somente o intervalo em que o comprimento pode variar dependendo da taxa da rosca é sugerido. Neste caso, entretanto, o problema do desenvolvimento dos picos de alta pressão durante a composição das junções não foi superado de uma maneira

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satisfatória .

Outras soluções, por exemplo, na patente U.S. N° 5.137.310, proporcionam a redução a um mínimo do intervalo do tempo entre o momento quando as superfícies de vedação entram em contato e o momento do aperto final da junção, por meio de um elevado afunilamento das superfícies de vedação com o respeito ao eixo da junção, desse modo reduzindo a um mínimo o volume do lubrificante que permanece aprisionado. Foi verificado que essas soluções, embora tenham provado que são eficientes do ponto de vista da redução dos picos da pressão no lubrificante, são fracas do ponto de vista da vedação sob cargas de tensão axial elevadas por causa do elevado afunilamento das superfícies de vedação.

Conseqüentemente, até agora, o problema de ter uma junção lubrificada fácil de montar, a qual possa ser completamente apertadas sem efeitos colaterais negativos e que assegure uma vedação até mesmo sob elevadas cargas de tensão axial não foi resolvido favoravelmente.

Sumário da invenção

O objetivo da presente invenção consiste na apresentação de uma junção que apresente, depois do aperto, pressões reduzidas no lubrificante da junção e tenha níveis de desempenho excelentes.

Um outro objetivo da invenção consiste na apresentação de uma junção que mantenha um desempenho excelente até mesmo com o uso excessivo de lubrificante, o que pode resultar de uma aplicação incorreta por usuários ao ser aplicado em operação.

Um outro objetivo da presente invenção consiste na apresentação de uma junção fácil de montar e apertar em circunstâncias operacionais durante a instalação e que pode portanto ser utilizada com usinas automáticas.

Um outro objetivo da presente invenção consiste na

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apresentação de uma junção que possa ser fabricada e utilizada com aço carbono e com ligas resistentes à corrosão, tais como aços inoxidáveis com um elevado teor de cromo ou ligas de cromo/níquel, em que a presença do cromo favorece o emperramento das superfícies de vedação e portanto requer precauções particulares no planejamento e na execução.

Estes e outros objetivos que tornar-se-ão aparentes a partir da presente descrição são atingidos de acordo com a presente invenção por meio de uma junção roscada para tubulações, a qual, em conformidade com a reivindicação 1, compreende um elemento macho geralmente tubular com um diâmetro externo nominal que contém uma respectiva rosca macho próxima uma de suas extremidades, que compreende dentes, cada um dos quais com flancos de avanço e de carga, com bases entre eles e, entre a dita extremidade e a dita rosca respectiva, uma primeira superfície que contém uma primeira superfície de vedação, e um elemento fêmea geralmente tubular que contém uma respectiva rosca fêmea perto de uma de suas extremidades, que compreende dentes, cada um dos quais com flancos de avanço e de carga, com bases entre os mesmos e, entre a dita superfície e a dita rosca respectiva, uma segunda superfície de vedação, complementares à dita primeira superfície de vedação, sendo que as ditas roscas macho e fêmea definem entre elas, quando aparafusadas uma na outra, um espaço para armazenar o lubrificante, os ditos elementos macho e fêmea definem um eixo simétrico comum da junção, e o dito elemento fêmea também é dotado de um entalhe entre a dita rosca fêmea respectiva e a dita segunda superfície de vedação, de uma forma substancialmente toroidal, constituindo um reservatório para o lubrificante que flui para fora do espaço entre as roscas dos elementos fêmea e macho durante o aperto da junção, caracterizado pelo fato de que o dito entalhe tem um comprimento, medido

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A ·· ··· ·· ···· · ·· ·· ·· • · tt « · ·· · ·· 3 · · · • · · · · ·· * * · · · ·· ·· · · «· ·· · · · paralelo ao eixo da junção, entre 4 e 10 mm, que começa a uma distância da superfície de confinamento do elemento fêmea, entre 5 e 12 mm, e tem um volume, expressado em mm³, em valor absoluto, de pelo menos 25 vezes o valor numérico do diâmetro externo nominal, expressado em milímetros, do dito elemento macho.

Em uma realização particular da invenção, junto com o reservatório acima mencionado, a junção é caracterizada pela presença na rosca de um espaço entre o pico do dente da rosca macho e a base do elemento fêmea e também entre os flancos de avanço dos dentes correspondentes, que define uma zona vazia cuja área, no plano de uma seção axial longitudinal da junção, é maior do que 0,4 mm².

Além disso, a escolha do valor particularmente baixo, e substancialmente menor do que o comprimento do entalhe, da distância na direção axial entre o ponto do primeiro contato entre as respectivas superfícies de vedação das extremidades do elemento macho e do elemento fêmea, durante a composição da junção, e a posição final do atarraxamento das superfícies de vedação, permite que a formação da vedação seja retardada com o resultado que o fechamento do entalhe que funciona como um reservatório para o verniz ou a graxa para a junção é retardado e a quantidade de verniz que permanece aprisionada é reduzida.

Finalmente, o desenho da junção, especialmente no que se refere às posições mútuas das roscas e do entalhe, é tal que, quando a junção é apertada completamente, o dente da rosca macho mais próximo do reservatório não ocupa totalmente o espaço do próprio reservatório.

Da combinação dos elementos que compõem a junção de acordo com a invenção e as características geométricas inovadoras desses elementos, resulta uma junção com um desempenho otimizado tal como procurado no preâmbulo.

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Desta maneira, uma redução da pressão da graxa na junção e um melhor comportamento na formação da vedação entre os dois elementos da junção são obtidos, embora ainda mantendo o nível de desempenho estrutural elevado que permite que seja usada até mesmo na presença de tensões elevadas, particularmente em uma direção axial, desse modo tornando o seu uso vantajoso para aplicações particulares.

Outras realizações particulares da invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

Lista de desenhos

A presente invenção será descrita agora com referência a uma realização preferida, ilustrada por um exemplo não limitado dos objetivos e do âmbito da presente invenção nos desenhos anexos, nos quais:

a Figura 1 é uma vista em seção de uma junção de acordo com a invenção após a composição;

a Figura 2 é uma vista ampliada de parte da Figura e mostra, em detalhe, a parte de extremidade da rosca, o reservatório para o verniz e as superfícies de vedação; e a Figura 3 é uma vista ampliada de parte da Figura .

Descrição detalhada de uma realização preferida

Com referência às figuras, uma junção de acordo com a presente invenção é descrita agora como um exemplo não limitador.

A junção de acordo com a presente invenção, utilizada para unir tubulações com um diâmetro nominal D, compreende um elemento macho que contém uma rosca externa 1' e um elemento fêmea 2 que contém uma rosca interna 2' . 0

3 0 eixo comum da	tubulação	e	dos	elementos macho e	fêmea é
indicado com A.
Todos	os dentes	1	, 1’	e 2 das roscas 1'	e 2' têm
respectivamente	flancos	de	avanço, respectivamente	6 e 5,

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inclinados para a esquerda, no sentido da Figura 2, com respeito a uma perpendicular P ao eixo A de um ângulo β entre 10° e 25°, e flancos de carga, respectivamente 4 e 3, inclinados, no sentido da Figura 2, com respeito a uma perpendicular P ao eixo A de um ângulo ct entre -4° e 3°. Os picos 8 e as bases 7 dos dentes são inclinados em relação ao eixo A da tubulação de um ângulo γ de um valor entre 0° e 4°.

A parte interna do elemento macho 1 compreende uma superfície não roscada afunilada 12, e termina com uma porção 10. A parte mais interna da junção do elemento fêmea 2 tem um entalhe 13, e uma superfície de extremidade 11 que, quando a junção tiver sido apertada totalmente, entra em contato com a superfície 10. A extremidade interna do elemento macho 1 tem uma superfície de confinamento em forma de cone truncado 14 paralela a uma superfície de cone truncado 15 correspondente do elemento fêmea 2 e elas devem entrar em contato uma com a outra quando os dois elementos 1 e 2 forem compostos completamente.

Durante o atarraxamento da junção, os flancos 6, 5 e 8, 7 dos dentes da rosca encontram-se a uma distância uns dos outros de modo a definir um espaço entre eles destinado a reter o verniz da área S, definido no plano da seção axial longitudinal e incluído entre os picos 8 da rosca macho, as bases 7 da rosca fêmea e as superfícies dos flancos de avanço 5 e 6. Essa área S é maior do que 0,4 mm² e situa-se preferivelmente entre 0,4 e 0,6 mm².

Quando é aparafusada a junção, o verniz colocado nas roscas flui para o espaço entre as roscas da área A rumo ao entalhe ou ao reservatório 13, que começa a uma distância preestabelecida L, de um valor compreendido entre 5 e 12 mm da superfície de confinamento 15 do elemento fêmea. O dito entalhe 13 tem um comprimento X, medido paralelo ao eixo da junção, entre 4 e 10 mm, preferivelmente entre 4 e 8 mm, e

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ainda mais preferivelmente entre 5 e 8 mm. O volume do reservatório 13 em mm³ é igual, em valor absoluto, a pelo menos 25 vezes o valor numérico do diâmetro externo nominal D, expressado em milímetros, da tubulação 1, e é preferivelmente 30 vezes maior do que D.

Na junção, é vantajoso que o perfil das superfícies de vedação 10 e 11 seja tal que, durante o atarraxamento, a distância δ, medida em uma direção axial entre o ponto do primeiro contato entre as duas superfícies de vedação 10 e 11 e a posição final de atarraxamento dos dois elementos 1 e 2, seja menor do que o comprimento X, preferivelmente menor do que 0,6X, ainda mais preferivelmente menor do que 0,5X. Depois que as superfícies de vedação 10 e 11, durante o atarraxamento, tiverem estabelecido o primeiro contato, o lubrificante que está entre a vedação e a rosca não pode mais fluir para fora e é acumulado no entalhe ou no reservatório 13. A minimização da distância δ permite um retardamento no fechamento do reservatório 13 e consequentemente uma redução da quantidade de verniz aprisionado.

Ao apertar permanentemente a junção, as superfícies e 11 deslizam mutuamente com a interferência, formando uma área de vedação de metal a metal, até que as superfícies de suporte 14 e 15 entrem permanentemente em contato, sinalizando o aperto completado da junção e formando uma outra contribuição para a vedação da junção.

Em uma realização particularmente vantajosa, quando a junção tiver sido completamente composta, o dente 16 da rosca macho mais próximo da superfície de vedação 10 não ocupa o espaço do reservatório 13; em outras palavras, o flanco 6 estará, na posição mais avançada da rosca macho, no máximo alinhado com o flanco 3', deixando desse modo todo o volume do reservatório 13 disponível para o lubrificante, e em tal maneira impede a ocorrência de picos de pressão

10/10 prejudiciais .

Devido ao tamanho e ao volume adotados com a presente invenção, quando o canal de fluxo é fechado, a quantidade de graxa que permanece na junção é menor do que o volume destinado para conter a mesma. De tal maneira, o lubrificante dentro da junção não é comprimido e portanto nenhum pico de pressão é criado. O volume ideal do reservatório 13 oferece esta vantagem sem causar um enfraquecimento inaceitável da junção.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junção de tubulação roscada, um elemento macho geralmente tubular (1) com um diâmetro externo nominal (D) que contém uma respectiva rosca macho próxima a uma de suas extremidades, que compreende dentes (1'), cada um dos quais dotado de flancos de avanço (6) e de bases entre os mesmos e, entre a dita a qual compreende carga (4), extremidade superfície com e

não a dita respectiva rosca, uma primeira roscada (12) que contém uma primeira superfície de vedação (10), e um elemento fêmea geralmente tubular (2) que contém uma respectiva rosca fêmea perto de uma de suas extremidades, que compreende dentes (2'), cada um dos quais contendo flancos de avanço (5) e de carga (3), com bases entre . os mesmos e, entre a dita extremidade e a dita respectiva rosca, uma segunda superfície de vedação (11), complementar à dita primeira superfície de vedação (10), sendo que as ditas roscas macho e fêmea definem entre elas, quando aparafusadas uma na outra, um espaço para armazenar o lubrificante, os ditos elementos macho (1) e fêmea (2) definem um eixo simétrico comum (A) da junção, e o dito elemento fêmea (2) também é dotado de um entalhe (13) entre a dita respectiva rosca fêmea e a dita segunda superfície de vedação (11), de uma forma substancialmente toroidal, constituindo um reservatório para o lubrificante que flui para fora do espaço entre as roscas dos elementos fêmea (2) e macho (1) durante o aperto da junção, caracterizado pelo fato de que o dito entalhe (13) tem um comprimento (X), medido paralelo ao eixo da junção, entre 4 e 10 mm, que começa a uma distância (L) da superfície de confinamento (15) do elemento fêmea, entre 5 e 12 mm, e tem um volume, expressado em mm³, em valor absoluto, de pelo menos 25 vezes o valor numérico do diâmetro externo nominal (D) , expressado em milímetros, do dito elemento macho (1) .
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2 . Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito entalhe (13) tem um comprimento (X) entre 4 e 8 mm. 3 . Junção de tubulação roscada, de acordo com a 5 reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito entalhe (13) tem um comprimento (X) entre 5 e 8 mm. 4 . Junção de tubulação roscada, de acordo com a

reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o volume do entalhe (13) é mais de trinta vezes maior do que o valor

10 numérico do diâmetro externo nominal (D) do elemento macho (1), expressado em milímetros.

5. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que entre o pico (8) de um dente da rosca do elemento macho (1) e a base (7)

15 entre os dentes adjacentes da rosca do elemento fêmea (2) e entre os flancos de avanço (6) e (5) dos mesmos dentes, é definido um espaço cuja área (S) , no plano de uma seção axial longitudinal da junção, é maior do que 0,4 mm² e em que o perfil das superfícies de vedação (10) e (11) é tal que,

20 durante o atarraxamento, o ponto em que o primeiro contato entre as duas superfícies de vedação ocorre é axialmente distante da posição de atarraxamento final dos elementos macho (1) e fêmea (2) por um valor δ menor do que o comprimento (X) do dito entalhe (13).

25 6. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a área (S) do dito espaço situa-se entre 0,4 e 0,6 mm².

7. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o valor de δ

30 é 0,6 vez mais baixo do que o comprimento (X) do dito entalhe (13) .

8. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o valor de δ
3/3 é 0,5 vez mais baixo do que o comprimento (X) do dito entalhe (13) .

9. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, quando a junção estiver apertada completamente, quando as faces (14) e (15) entram em contato uma com a outra, o flanco (6) do dente da rosca do elemento macho (1) mais próximo à primeira superfície de vedação (10) está no máximo circunferencialmente alinhado com o flanco (3') mais próximo da extremidade do dito elemento fêmea (2) do dito entalhe, desse modo deixando todo o volume do reservatório (13) disponível para o lubrificante.

10. Junção de tubulação roscada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os dentes (1, 1') e (2) das roscas dos elementos macho (1) e fêmea (2) têm respectivamente flancos de avanço, respectivamente (6) e (5), inclinados em relação a uma perpendicular (P) ao eixo (A) de um ângulo β com um valor entre 10 e 25°, e flancos de carga, respectivamente (4) e (3), inclinados, com relação a uma perpendicular (P) ao eixo (A) de um ângulo α com um valor entre -4° e 3°.

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