BRPI0808799B1

BRPI0808799B1 - Conexão tubular rosqueada que é à prova de vazamento sob cargas de pressão sucessivas internas e externas

Info

Publication number: BRPI0808799B1
Application number: BRPI0808799-7A
Authority: BR
Inventors: Claire Patureau; Olivier Tartar
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation; Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2019-02-12
Also published as: RU2009137899A; BRPI0808799A2; US8641100B2; WO2008110494A1; EP2122220A1; US20100102553A1; EP2122220B2; RU2449198C2; FR2913746A1; FR2913746B1; MX2009009587A; JP5723934B2; EP2122220B1; CN101631981A; AR065679A1; CN101631981B; JP2014013077A; JP2010520981A; CA2680345A1; CA2680345C

Abstract

conexão tubular rosqueada que é à prova de vazamento sob cargas de pressão sucessivas internas e externas. a presente invenção refere-se a uma conexão tubular rosqueada que é à prova de vazamento para cargas de pressão sucessivas interna e externa, que compreende um elemento macho (11) e um elemento fêmea (12). pelo menos um dos elementos macho ou fêmea (11, 12) compreende uma beira (14, 16) entre o rosqueamento (13, 15) e a extremidade livre do 10 elemento (17, 18). a beira (16) compreende uma primeira zona (20) com uma superfície periférica virada para o outro elemento (11) na qual uma primeira superfície de vedação metálica (22) é disposta, a qual pode ser fixada no lugar radialmente com interferência contra uma segunda superfície de vedação metálica correspondente (23) disposta no outro elemento (11 ). a beira (16) tem uma segunda zona (21) localizada axialmente entre a dita primeira zona (20) e o rosqueamento correspondente (15). a dureza radial da segunda zona (21) é menor do que essa da primeira zona (20) e essa de uma terceira zona adjacente à segunda zona (21) na direção do rosqueamento (15), e a zona (21) pode ser radialmente deformada por uma pressão que é exercida sobre ela.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONEXÃO TUBULAR ROSQUEADA QUE É À PROVA DE VAZAMENTO SOB CARGAS DE PRESSÃO SUCESSIVAS INTERNAS E EXTERNAS.

A presente invenção refere-se a uma conexão tubular rosqueada que é à prova de vazamento sob cargas estáticas tais como tensão axial, compressão axial, curvatura planar, pressão interna ou externa e combinações dessas.

Tais conexões tubulares rosqueadas à prova de vazamento, a seguir chamadas conexões, podem ser obtidas pela montagem de um elemento macho na extremidade de um primeiro componente tubular que pode ser, por exemplo, um tubo de grande comprimento e um elemento fêmea na extremidade de um segundo componente tubular que pode ser, por exemplo, um tubo de grande comprimento ou um acoplamento, cada um dos ditos elementos sendo provido com uma superfície de vedação metálica e sendo radialmente fixo no lugar com interferência contra a superfície de vedação metálica do outro elemento.

As ditas conexões são, em particular, usadas para produzir fileiras de revestimento ou fileiras de tubulação à prova de vazamento para poços de hidrocarboneto ou para poços similares tal como poços geotérmicos.

As superfícies de vedação metálicas (ou superfícies de vedação de metal-metal) dos elementos macho e fêmea de tais conexões são zonas extremamente críticas que produzem as características de vedação da conexão.

Nos poços de hidrocarboneto, tais conexões são submetidas a várias cargas tais como tensão, compressão, curvatura ao longo do eixo geométrico do tubo ou pressão. Essas várias cargas podem variar com o tempo, por exemplo, quando cimentando as fileiras de revestimento (aumento da pressão externa) ou durante a produção (aumento na pressão interna) ou também durante as operações de manutenção (parada de produção, a seguir partida) e elas podem agir sozinhas ou em combinação.

É esperado que tais conexões não somente tolerem tais cargas mecânicas, mas também permaneçam à prova de vazamento quando elas são aplicadas.

Por essa razão, a presente invenção busca melhorar tais conexões a fim de aumentar as suas características de vedação, em particular para otimizar a função das superfícies de vedação metálicas.

A técnica anterior para tais conexões propõe recurso para melhorar as características de vedação de superfícies de vedação de metalmetal que são submetidas a uma ampla variedade de cargas estáticas, que foram descritas em particular na patente francesa FR 2 359 353 e pedido de patente internacional WO 2006/061577.

FR 2 359 353 revela uma conexão que é hermética a pressões diferenciais, compreendendo um elemento macho tendo um rosqueamento macho, um elemento fêmea com um rosqueamento fêmea complementar, um ponto de apoio externo compreendendo uma superfície anular cônica localizada no elemento macho e uma superfície frontal correspondente localizada na extremidade livre do elemento fêmea e uma vedação de metalmetal externa compreendendo uma primeira superfície de vedação metálica disposta no elemento fêmea e uma segunda superfície de vedação metálica disposta no elemento macho.

Quando essa conexão é submetida a uma pressão diferencial externa, isto é, uma sobrepressão externa, as superfícies de vedação metálicas são aplicadas umas contra as outras até mesmo mais fortemente e a conexão é assim de autopressurização. No caso de uma pressão diferencial interna, isto é, uma sobrepressão interna, as superfícies de apoio externas anular e frontal são aplicadas mais fortemente umas contra a outras.

O pedido de patente internacional WO 2006/061577 descreve uma conexão provida com uma vedação de metal-metal externa submetida a cargas de tensão e compressão. Uma tal conexão rosqueada inclui um elemento fêmea compreendendo um ponto de apoio, um rosqueamento e uma ranhura anular localizada entre o dito ponto de apoio e o dito rosqueamento. A dita ranhura anular, que é de forma retangular e relativamente curta, possibilita facilitar a usinagem de roscas de grande altura no elemento fêmea porque a ferramenta de produção da rosca pode ser retirada mais facilmen te, para obter uma conexão que é mais forte na tensão por causa do comprimento mais longo da rosca e para concentrar cargas sobre uma pequena zona na ranhura em vez de no ponto de apoio. A dita concentração de carga sobre uma pequena zona na ranhura possibilita, de acordo com esse documento, localizar uma quantidade máxima de carga nesse nível sem plastificar o ponto de apoio.

Entretanto, o desempenho de vedação de tais conexões da técnica anterior que são sucessivamente submetidas a cargas de pressão interna e externa não foi considerado.

Em particular, os inventores observaram que as conexões, tal como essas descritas na FR 2 359 353, têm desempenho reduzido à prova de vedação quando submetidas em sucessão à aplicação de pressão interna, à seguir a pressão externa.

A presente invenção busca aumentar a pressão do contato de interferência entre as superfícies de vedação de metal-metal dos elementos macho e fêmea de uma conexão submetida a cargas de pressão externa e pressão interna sucessivas superando as desvantagens citadas acima.

A presente invenção também busca obter uma conexão que desempenha bem sob todos os vários modos de carga.

Além do que, a invenção busca em particular ser aplicável a conexões compreendendo uma vedação externa e em particular conexões com um diâmetro externo constante (conexões niveladas) do tipo descrito na FR 2 359 353 e juntas com um diâmetro externo quase constante (seminivelada) do tipo descrito na EP 0 767 335.

De acordo com a invenção, a conexão compreende um elemento macho disposto na extremidade de um primeiro componente tubular compreendendo um rosqueamento macho e um elemento fêmea disposto na extremidade de um segundo componente tubular compreendendo um rosqueamento fêmea correspondendo ao rosqueamento macho.

Pelo menos um dos elementos macho ou fêmea compreende uma beira entre o rosqueamento e a extremidade livre do elemento e o outro elemento compreende um recesso para a dita beira.

A dita beira compreende uma primeira zona com uma superfície periférica que é virada para o outro elemento. Uma primeira superfície de vedação metálica fica localizada na dita superfície periférica. A dita primeira superfície de vedação metálica é capaz de ser fixa no lugar radialmente com interferência contra uma segunda superfície de vedação metálica que corresponde a ela no outro elemento.

A dita beira tem uma segunda zona localizada axialmente entre a dita primeira zona e o rosqueamento correspondente.

De acordo com uma característica principal da invenção, a dureza radial da dita segunda zona é menor do que essa da primeira zona e essa de uma terceira zona adjacente à segunda zona na direção do rosqueamento.

De acordo com a invenção, a dita segunda zona é capaz de ser radialmente deformada pela pressão que é exercida nela.

De acordo com uma outra característica principal da invenção, a dita primeira superfície de vedação metálica é capaz de ficar em contato de ponto de interferência com a dita segunda superfície de vedação metálica correspondente em uma vista seccional axial longitudinal.

Vantajosamente, a segunda zona fica adjacente ao rosqueamento.

Em uma modalidade preferida, a segunda zona tem um comprimento axial na faixa de 50% a 130% do comprimento axial da primeira zona.

Vantajosamente de novo, a dita segunda zona é afinada com relação à primeira zona definida por uma ranhura anular localizada em uma superfície periférica da dita zona afinada.

De preferência, a dita ranhura anular compreende dois flancos inclinados e um fundo que tem uma superfície cilíndrica.

De preferência, a ranhura tem um perfil assimétrico; o flanco localizado no lado da primeira zona é menos inclinado do que esse localizado no lado do rosqueamento.

Vantajosamente, a dita superfície cilíndrica tem um comprimento axial na faixa de 5% a 75% do comprimento axial da segunda zona.

Em uma modalidade vantajosa, a dita zona afinada tem uma espessura mínima na faixa de 50% a 90% da espessura da dita primeira zona, medida no ponto de contato da primeira e da segunda superfícies de vedação metálicas.

De preferência, o dito flanco da ranhura localizada no lado da primeira zona é uma porção com uma superfície cônica.

Vantajosamente, a dita porção com uma superfície cônica faz um ângulo na faixa de 5° a 50° com o eixo geométrico da conexão.

De novo vantajosamente, uma das primeira e segunda superfícies de vedação metálicas é uma porção com uma superfície tórica enquanto a outra é uma porção com uma superfície cônica.

De preferência, o raio da dita porção com uma superfície tórica fica na faixa de 10 a 100 mm e mais preferivelmente na faixa de 20 a 80 mm.

De preferência, a conicidade da outra superfície de vedação metálica cônica fica na faixa de 5% a 50%.

Vantajosamente, a dita porção de superfície tórica é disposta na dita beira.

De novo vantajosamente, a dita beira fica localizada no dito elemento fêmea.

Em uma outra modalidade da invenção, a dita beira fica localizada no dito elemento macho.

Em ainda uma outra modalidade da invenção, cada um dos dois elementos compreende uma beira com uma primeira e uma segunda zona.

Outras vantagens e características da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada abaixo e dos desenhos acompanhantes, que podem, dessa maneira, não somente servir para proporcionar um melhor entendimento da invenção, mas podem também contribuir para sua definição, se apropriado.

A figura 1a mostra um corte longitudinal de uma conexão da técnica anterior no estado montado. A figura 1b é um detalhe da figura 1a na extremidade livre do elemento fêmea.

A figura 2 mostra uma elipse de Von Mises onde os eixos geo métricos representam as várias cargas as quais os componentes tubulares e as conexões desses componentes podem ser submetidos durante o seu uso.

A figura 3 mostra um corte longitudinal de uma conexão montada de acordo com uma modalidade da invenção.

A figura 4 é um detalhe do elemento fêmea da conexão da figura 3 na beira fêmea da conexão da invenção.

A figura 5 mostra um detalhe do elemento macho da conexão da figura 3 no recesso do elemento macho da conexão da invenção.

A figura 6 mostra uma conexão da invenção submetida a uma pressão externa.

A figura 7 é um gráfico mostrando medidas relativas da pressão de contato obtida analisando elementos acabados em vários tipos de conexões submetidas a vários modos sucessivos de cargas de acordo com os pontos da figura 2.

A figura 8 mostra um corte longitudinal de uma conexão montada em uma outra modalidade da invenção.

A figura 1a mostra a conexão descrita em FR 2 359 353, que compreende um elemento macho 1 disposto na extremidade de um primeiro componente tubular T compreendendo um rosqueamento macho 3 e um elemento fêmea 2 disposto na extremidade de um segundo componente tubular 2’, compreendendo um rosqueamento fêmea 4 correspondendo ao rosqueamento macho 3. O primeiro componente tubular Γ é, por exemplo, um tubo de comprimento relativamente grande, o segundo é nesse caso um outro tubo, também um tubo de Gomprimento grande, mas ele pode ser um acoplamento. O elemento fêmea 2 compreende uma beira 5 localizada entre o rosqueamento fêmea 4 e a extremidade livre do elemento fêmea. O elemento macho 1 compreende um recesso macho 6 para a dita beira 5 localizada entre o rosqueamento macho 3 e a base do elemento macho.

A figura 1b mostra um detalhe da figura 1a, mostrando a extremidade livre do elemento fêmea e o recesso macho correspondente 6.

Uma superfície de apoio anular cônica inversa externa 7 é dis posta na superfície frontal da extremidade livre do elemento fêmea e fica adjacente a uma primeira superfície de vedação metálica cônica 8 disposta na superfície periférica da beira 5 virada para o elemento macho 1. A dita primeira superfície de vedação metálica 8, fazendo um ângulo b da ordem de 60° com o plano perpendicular ao eixo geométrico da conexão e com um comprimento axial muito curto, é aplicada com um dado ajuste de interferência radial contra uma segunda superfície de vedação metálica cônica correspondente 9 disposta na superfície periférica do recesso macho 6 na sua base para formar uma vedação de metal-metal externa.

O recesso macho 6 é conectado na superfície periférica externa do primeiro componente tubular Γ via uma superfície de apoio anular cônica inversa externa 10 capaz de cooperar com a superfície de apoio externa correspondente do elemento fêmea 7. O ângulo a do apoio inverso é 15°, por exemplo.

O ponto de apoio externo permite que a primeira e a segunda superfícies de vedação sejam axialmente posicionadas com relação uma a outra e, dessa maneira, define o seu ajuste de interferência radial.

Os desempenhos da dita conexão sob várias cargas axiais são determinados com relação a esses do componente tubular.

A figura 2 mostra um diagrama definido por dois eixos geométricos respectivamente correspondendo nas abscissas positiva e negativa com as cargas de tensão e compressão (kN) e respectivamente correspondendo nas ordenadas positiva e negativa com as cargas de pressão interna e externa (MPa). As ditas cargas são essas as quais os componentes tubulares e as conexões são submetidos durante o seu uso no poço.

A teoria da plasticidade ensina que o limite de resistência à plastificação de um componente tubular submetido a várias cargas combinadas é uma elipse (conhecida como a elipse de Von Mises). A dita elipse é definida pelas dimensões e a força de deformação do componente tubular que é submetido a várias combinações das cargas citadas acima.

A fim de funcionar, a conexão submetida às mesmas cargas que o componente tubular deve ter uma resistência que seja tão perto quanto possível dessa do componente tubular. A superfície da elipse para a conexão deve, dessa maneira, cobrir uma superfície da elipse do componente tubular que é tão grande quanto possível, de modo que a conexão não plastifique antes do componente tubular.

No caso da conexão da figura 1, a presença de um ponto de apoio externo reduz a resistência de tração da conexão comparada com essa de um componente tubular, dessa maneira produzindo uma elipse com uma área de superfície relativamente menor para a conexão.

A conexão da invenção é planejada para ser à prova de vazamento em serviço e assim a sua vedação deve ser verificada com relação a várias combinações das cargas as quais ela pode ser submetida durante o uso no poço.

As várias combinações das cargas para as quais a conexão é garantida, então, correspondem aos pontos localizados dentro da elipse do componente tubular A que forma a elipse da conexão B, como mostrado na figura 2.

Para definir o desempenho da vedação da conexão, testes de qualificação são executados aplicando, na forma de um ciclo, combinações diferentes de cargas localizadas dentro da elipse relacionadas ao componente tubular. Em particular, é importante verificar que depois e durante um ciclo de pressão interna/externa, a vedação da conexão permanece intacta.

Tais testes são definidos, por exemplo, no padrão internacional ISO 13679 (procedimentos de teste para conexões para fileiras de revestimento e tubulação).

A aptiCãção de pressão interna na conexão da figura 1 produz o aumento do primeiro T e do segundo 2’ componentes tubulares, o que causa a deformação da primeira e da segunda superfícies de vedação metálicas 8, 9.

Nas ditas superfícies de vedação metálicas, o elemento fêmea tem uma seção menor do que a seção do elemento macho, e dessa maneira a deformação da superfície de vedação metálica externa do elemento fêmea é maior do que essa da superfície de vedação metálica externa do elemento macho.

Dessa maneira, quando a pressão interna reduz, os elementos macho e fêmea podem não retornar para suas posições relativas iniciais exatas. A interferência radial inicial possibilitando a vedação da conexão pode, dessa maneira, ser parcialmente reduzida, e por causa do alto valor do ângulo b e do comprimento muito curto da forma cônica da primeira superfície de vedação metálica 8, a pressão de contato pode ser grandemente reduzida.

Em contraste, quando uma pressão externa é aplicada seguindo a aplicação da pressão interna, as superfícies de vedação metálicas onde a pressão de contato foi diminuída não garantem mais uma vedação suficiente da conexão tubular rosqueada, que então corre o risco de vazar na superfície de vedação externa.

A figura 3 mostra uma conexão tubular rosqueada de acordo com uma modalidade preferida da invenção que compreende um elemento macho 11 disposto na extremidade de um primeiro componente tubular 11’ compreendendo um rosqueamento macho 13 e um elemento fêmea 12 disposto na extremidade de um segundo componente tubular 12’ compreendendo um rosqueamento fêmea 15 correspondendo ao rosqueamento macho 13.

O elemento fêmea 12 compreende i) uma beira fêmea 16 localizada entre o rosqueamento fêmea 15 e a extremidade livre do elemento fêmea 17 e ii) um recesso fêmea 19 oposto à beira fêmea 16.

A beira fêmea 16 compreende uma primeira zona 20 tendo uma superfície periférica virada para o elemento macho 11, na qual uma primeira superfície de vedação metálica 22 está localizada, e uma segunda zona 21 localizada axialmente entre a primeira superfície de vedação metálica 22 e o rosqueamento fêmea 15.

A dita primeira superfície de vedação 22 é capaz de entrar em contato de ponto de interferência firme com uma segunda superfície de vedação metálica 23 localizada na base do elemento macho 11.

A segunda zona 21 adjacente ao rosqueamento 15 é definida por uma zona 24 que é afilada com relação à primeira zona 20 e compreende uma superfície periférica interna na qual uma ranhura 25 é produzida. Por causa da espessura reduzida resultante da ranhura 25, a dita segunda zona 21 tem uma dureza radial que é menor do que a primeira zona 20 e a parede do elemento fêmea além da segunda zona 21, isto é, no presente caso, a parede da zona de rosqueamento 15.

Por dureza radial da parede da zona de rosqueamento 15, planeja-se dizer a dureza radial da parede que deixa o rosqueamento fora de consideração, isto é, no presente caso da parede que é limitada de um lado pelo diâmetro externo do elemento fêmea e no outro lado pelo envoltório da raiz das roscas.

A noção de dureza inclui as características inerentes do material e suas características dimensionais.

Desde que a zona afilada 24 é disposta entre duas zonas com uma dureza radial maior, ela é projetada para deformar radialmente quando uma pressão externa é aplicada e, dessa maneira, a gerar um excesso de energia de contato de interferência elástica entre a primeira e a segunda superfícies de vedação metálicas 22, 23.

O elemento macho compreende i) uma beira macho 14 localizada entre o rosqueamento macho 13 e a extremidade livre do elemento macho 18 compreendendo uma terceira superfície de vedação metálica 26 capaz de entrar em contato de ponto de interferência com uma quarta superfície de vedação metálica 27 no recesso 19 do elemento fêmea 12 e ii) oposto à beira macho 14, um recesso macho 28 definido por uma superfície periférica externa não rosqueada localizada entre o rosqueamento macho 13 e a base do elemento macho 11, compreendendo a segunda superfície de vedação metálica 23 capaz de entrar em contato de ponto de interferência com a primeira superfície de vedação metálica 22 do elemento fêmea 12.

A figura 4 mostra uma modalidade preferida da primeira e da segunda zonas 20, 21 da beira fêmea 16 da invenção.

A deformação radial da segunda zona 21 induz uma rotação da seção longitudinal da primeira zona 20 na qual a primeira superfície de ve dação metálica 22 está localizada. Para melhorar a manutenção de contato com a segunda superfície de vedação metálica 23 durante a aplicação da pressão externa, a primeira zona 20 compreende uma porção com uma superfície tórica convexa 29 com um grande raio que pode ser na faixa de 10 mm a 100 mm, de preferência na faixa de 20 mm a 80 mm, por exemplo, da ordem de 40 mm.

A dita porção com uma superfície tórica 29 que constitui a zona de contato efetiva é conectada na face frontal da extremidade livre do elemento fêmea 17 via uma superfície cônica 30 inclinada em aproximadamente 10° com relação ao eixo geométrico e com relação à ranhura 25 por uma superfície cilíndrica 31. As superfícies cônica 30 e cilíndrica 31 são tangencialmente conectadas na superfície tórica 29 e junto com a superfície tórica 29 formam a primeira zona 20.

O comprimento da primeira zona 20 corresponde à soma dos comprimentos axiais das superfícies cônica 30, tórica 29 e cilíndrica 31.

A segunda zona 21 preferivelmente tem um comprimento que é substancialmente igual a 100% do comprimento da primeira zona 20, a fim de permitir que ela curve. Um comprimento de menos do que 50% causa um efeito de curvatura menor na segunda zona 21 que produz menos contato da primeira e da segunda superfícies de vedação metálicas 22, 23. Um comprimento de mais do que 130% produz curvatura maior na segunda zona, o que pode resultar em rotação exagerada da primeira zona 20 e risco de perda de contato entre as superfícies de vedação metálicas 22, 23, (vazamento).

A zona afilada 24 compreende uma superfície cilíndrica 32.

A dita superfície cilíndrica 32 fica mais localizada no lado do rosqueamento fêmea 15 e é conectada na primeira zona 20 via uma primeira superfície cônica 33 com uma inclinação da ordem de 10° com relação ao eixo geométrico da conexão e ao rosqueamento 15 via uma segunda superfície cônica 34 que é relativamente íngreme com uma inclinação da ordem de 60° com relação ao eixo geométrico da conexão. Isso significa que o perfil da ranhura 25 não é simétrico. A inclinação é selecionada de modo a oti12 mizar a distribuição de carga na zona afilada 24.

A superfície cilíndrica 32 define uma zona de espessura mínima, cujo comprimento é, nesse caso, igual a 50% do comprimento da segunda zona 21 e cuja espessura, nesse caso, é igual a 70% da espessura da primeira zona 20.

A espessura da primeira zona 20 é tomada na primeira superfície de vedação metálica 22 ao nível do ponto de contato P.

Um comprimento da superfície cilíndrica 32 de menos do que 5% ou mais do que 75% do comprimento da segunda zona 21 tendería a degradar a distribuição de carga.

Uma espessura de menos do que 50% da espessura da primeira zona 20 pode reduzir muito a dureza da segunda zona 21 e, assim, induzir a plastificação. Uma espessura de mais do que 90% da espessura da primeira zona 20 pode tornar a segunda zona 21 muito dura, o que não permite a deformação da segunda zona 21 e, dessa maneira, a energia de contato de interferência excedente entre as superfícies de vedação metálicas 22, 23 não é gerada.

A figura 5 mostra uma forma preferida do recesso do elemento macho 28 da conexão da invenção capaz de entrar em contato de interferência com a primeira superfície de vedação metálica 22 da primeira zona 20.

Começando da base do elemento macho 11, o recesso do elemento macho 28 compreende uma superfície cônica 35, cuja inclinação é da ordem de 3^o com relação ao eixo geométrico da conexão, uma porção com uma grande superfície tórica côncava de raio grande 36 e uma superfície cilíndrica 37. A porção de superfície tórica 36 produz a conexão tangencial da superfície cônica 35 e da superfície cilíndrica 37.

A característica principal da invenção é que a interferência radial que pode ser parcialmente perdida seguinte a aplicação da pressão interna na conexão da figura 1 é mantida na presente invenção pela deformação radial da segunda zona 21 sob o efeito da pressão externa que é exercida sobre ela.

A figura 6 mostra uma conexão de acordo com uma modalidade da invenção que é submetida à pressão externa. A deformação radial da segunda zona 21 induz a rotação da primeira zona 20 e gera uma energia de contato de interferência entre a primeira e a segunda superfícies de vedação metálicas 22, 23, que possibilita manter pressão de contato suficiente para garantir características de vedação na zona de contato entre a primeira e a segunda superfícies de vedação metálicas 22, 23.

A combinação de superfície tórica 29/superfície cônica 35 da primeira e da segunda superfícies de vedação metálicas 22, 23 possibilita conservar melhor a interferência radial entre as superfícies, a despeito da rotação da primeira zona 20 induzida pela deformação radial da segunda zona 21.

O gráfico da figura 7 possibilita comparar a área de contato, aqui chamada integral da pressão de contato, entre a primeira e a segunda superfícies de vedação metálicas das várias conexões submetidas a um ciclo de cargas passando através do componente tubular da elipse. O eixo das abscissas representa as várias cargas aplicadas e o eixo das ordenadas representa a integral da pressão de contato obtida ao longo do contato da primeira e da segunda superfícies de vedação metálicas (área de contato). A medição dessa integral da pressão de contato é obtida pela análise dos elementos acabados. Os valores obtidos são valores relativos expressos como uma porcentagem e normalizados com relação à primeira e à segunda superfícies de vedação metálicas de referência, a saber essas da conexão da técnica anterior da figura 1.

As integrais da pressão de contato das conexões seguintes foram, dessa maneira, simuladas:

exemplo A: conexão da técnica anterior da figura 1, agindo como a referência, exemplo B: conexão da modalidade da invenção da figura 3, exemplo C: conexão com as superfícies de vedação metálicas tórica/cônica da modalidade da invenção da figura 3, mas sem uma zona afinada.

O exemplo C é um exemplo comparativo que está fora do escopo da invenção.

As várias cargas que correspondem com os pontos localizados dentro da elipse são marcadas na figura 2. A tabela 1 abaixo mostra a le5 genda.

Com relação à conexão de referência (exemplo A), pode ser observado que o desempenho de vedação da conexão da figura 3 (exemplo B) é muito melhor a despeito do tipo da carga durante o ciclo. Esse desempenho é também melhor do que esse da conexão do exemplo 3 produzido sem 10 uma ranhura.

Será observado que quando não existe ranhura, as características de vedação da conexão caem justo depois da aplicação da tensão e as características de vedação são reduzidas com relação à referência tão logo a pressão externa seja aplicada (numeral 8 e o seguinte), mesmo embora o 15 desempenho absoluto da referência não seja ótimo._______________________

Referência na elipse	Carga(s) aplicada(s)
1	Nenhuma
2	Tensão
3	Tensão + pressão interna
4	Pressão de extremidade rematada
5	Pressão interna
6	compressão + pressão interna
7	Compressão
8	Compressão + pressão externa
9	Pressão externa
10	Tensão + pressão externa
11	Tensão
12	Nenhuma

Tabela 1: legenda para cargas aplicadas e posição na elipse de conexão.

O efeito vantajoso da ranhura 25 provida na conexão da figura 3 da invenção é, dessa maneira, demonstrado.

Uma vantagem da presente invenção é obter na beira fêmea 16 uma zona que é deformável sob o efeito da pressão externa onde a energia obtida pela deformação é usada para gerar pressão de contato complementar na primeira superfície de vedação metálica 22.

Uma outra vantagem da modalidade da presente invenção mostrada na figura 3 é que o espaço livre inicial entre a ranhura 25 e o recesso macho 28 permite uma deformação relativamente grande da segunda zona

21.

Uma outra vantagem da presente invenção é que ela é aplicada a despeito da força de deformação do componente tubular.

A presente invenção não é limitada às modalidades que foram descritas acima como exemplos não limitadores. A invenção também se refere a todas as outras variações feitas dentro das habilidades da pessoa versada no contexto das reivindicações abaixo.

A modalidade discutida acima planeja produzir a segunda zona na beira do elemento fêmea com uma ranhura localizada no lado virado para o elemento macho.

Também poderia ser planejado localizar a segunda zona na beira do elemento fêmea com a ranhura virada para o lado oposto ao elemento macho.

Entretanto, esta modalidade até uma menor extensão permite que a zona afinada deforme radialmente para o elemento macho.

Em uma modalidade adicional, poderia ser planejado que a segunda zona ficasse localizada na beira do elemento macho e que a ranhura ficasse localizada no lado virado para o elemento fêmea em associação com as superfícies de vedação metálicas internas.

Também poderia ser planejado que os dois elementos 11, 12 compreendessem uma beira 14, 16, uma primeira zona 20, 38 e uma segunda zona 21, 39 com uma ranhura 25, 40 localizada no lado virado para cada um dos elementos correspondentes, como ilustrado na figura 8.

Poderia também ser planejado que a segunda zona não fosse definida por uma ranhura, mas que ela fosse produzida com um material com um módulo de elasticidade diferente ou que ela passasse por um tratamento térmico para reduzir a sua dureza e encorajar a sua deformação.

A segunda zona não tem que ser adjacente ao rosqueamento contanto que a zona adjacente na direção do rosqueamento tenha uma dureza radial que é maior do que essa da segunda zona.

Também é possível considerar formas da primeira e da segunda superfícies de vedação de modo que elas fiquem em contato linear em vez de contato de ponto, por exemplo, dando a essas superfícies uma forma cônica com a mesma conicidade, embora essa modalidade não seja ótima.

A modalidade mostrada na figura 3 corresponde a uma conexão com um diâmetro externo quase constante, chamada uma conexão nivelada e um ponto de apoio externo.

A invenção não envolve o ponto de apoio na função da conexão submetida a uma pressão interna depois a uma pressão externa, nem a variações no diâmetro entre os elementos macho e fêmea.

A invenção, dessa forma, tem por objetivo ser aplicada a tipos de conexões diferentes de conexões do tipo nivelada, tal como conexões seminiveladas (para as quais o diâmetro externo do elemento fêmea é somente ligeiramente maior do que esse do elemento macho), conexões com um ponto de apoio interno, um ponto de apoio intermediário entre porções de um rosqueamento ou entre dois estágios do rosqueamento ou sem um ponto de apoio (por exemplo, conexões com rosqueamentos de interferência axial progressivos do tipo descrito nos documentos USRe30647, USRe34467 ou W02004/106797).

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conexão tubular rosqueada à prova de vazamento compreendendo um elemento macho (11) disposto na extremidade de um primeiro componente tubular (11’) compreendendo um rosqueamento macho (13), e um elemento fêmea (12) disposto na extremidade de um segundo componente tubular (12’) compreendendo um rosqueamento fêmea (15) correspondendo com o rosqueamento macho (13), pelo menos um dos elementos macho ou fêmea (11, 12) compreendendo uma beira (14, 16) entre o rosqueamento (13, 15) e a extremidade livre do elemento (17, 18) e o outro elemento compreendendo um recesso (19, 28) para a dita beira (14, 16), a dita beira (16) compreendendo uma primeira zona (20) com uma superfície periférica virada para o outro elemento (11) no qual uma primeira superfície de vedação metálica (22) está disposta, que é capaz de ser fixa no lugar radialmente com interferência contra uma segunda superfície de vedação metálica correspondente (23) disposta no outro elemento (11), a dita beira (16) possuindo uma segunda zona (21) localizada axialmente entre a dita primeira zona (20) e o rosqueamento correspondente (15), a dita segunda zona (21) sendo uma zona (24) a qual é cônica em relação à primeira zona (2) definida por um sulco anular (25) localizado na superfície periférica da dita zona cônica (24), a dureza radial da dita segunda zona (21) é menor do que essa da primeira zona (20) e essa de uma terceira zona adjacente à segunda zona na direção do rosqueamento (15), tornando a segunda zona (21) capaz de ser radialmente deformada pela pressão que é exercida nela e em que a dita primeira superfície de vedação metálica (22) é capaz de estar em contato de ponto de interferência com a dita segunda superfície de vedação metálica correspondente (23) em uma vista seccional axial longitudinal, uma dentre a primeira e segunda superfícies de vedação metálicas (22, 23) é uma porção com uma superfície tórica (29), enquanto a outra é uma porção com uma superfície cônica (35), caracterizada pelo fato de que dito sulco anular (25) compreende dois flancos inclinados (33, 34) e um fundo que possui uma superfície cilíndrica (32), o perfil do sulco (25) sendo assimétrico, o flanco localizado no lado da primeira zona (20) sendo menos inclinado que

Petição 870180140271, de 11/10/2018, pág. 8/13 aquele localizado no lado rosqueado (15).

2. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita segunda zona (21) é adjacente ao rosqueamento (15).

3. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a dita segunda zona (21) tem um comprimento axial na faixa de 50% a 130% do comprimento axial da dita primeira zona (20).

4. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita superfície cilíndrica (32) possui um comprimento axial na faixa de 5% a 75% do dito comprimento axial da dita segunda zona (21).

5 das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a dita beira (16) está localizada no dito elemento fêmea (12).

13. Conexão tubular rosqueada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o a dita beira (14) está localizada no dito elemento fêmea (11).

5. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita zona cônica (24) possui uma espessura mínima na faixa de 50% a 90% da espessura da dita zona (20) medida ao ponto de contato (P) da primeira e segunda superfícies de vedação metálicas (22,23).

6. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o flanco do sulco (25) localizado no lado da primeira zona (20) é uma porção com superfície cônica (33).

7. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a dita porção com uma superfície cônica (33) faz um ângulo na faixa de 5^oa 50°com o eixo geomé trico da conexão.

8. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o raio da dita porção com a superfície tórica (29) está na faixa de 10 a 100 mm.

9. Conexão tubular rosqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o raio da dita porção com a superfície tórica (29) está na faixa de 20 a 80 mm.

10. Conexão tubular rosqueada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a conicidade da outra superfície de vedação metálica cônica (35) está na faixa de 5% a 50%.

Petição 870180140271, de 11/10/2018, pág. 9/13

11. Conexão tubular rosqueada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a dita porção de superfície tórica (29) está disposta na dita beira (16).

12. Conexão tubular rosqueada, de acordo com qualquer uma

10 14. Conexão tubular rosqueada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que um cada dos dois elementos (11, 12) compreende uma beira (14, 16) que compreende uma primeira zona (20, 38), uma segunda zona (21, 39) e um sulco (25, 40).