BRPI1011001B1 - conexão entre um tubo de perfuração e um conector - Google Patents
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Abstract
conexão entre um tubo de perfuração e um conector a presente invenção refere-se a uma conexão entre um tubo de perfuração (1) feito de plástico reforçado com fibras de vidro ou carbono, e um conector tubular (2), de preferência, metálico, que está parcialmente retido em uma extremidade (3) do tubo de perfuração (1) e está cimentado na mesma, está caracterizada pelo fato de que um elemento de pressão longitudinal (8), que está conectado positivamente ao conector (2) na região da extremidade (3) do tubo de perfuração (1), na qual o conector (2) está retido, comprime-se contra o lado externo da extremidade (3) do tubo de perfuração (1 ).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONEXÃO ENTRE UM TUBO DE PERFURAÇÃO E UM CONECTOR.
A presente invenção refere-se a uma conexão entre um tubo de perfuração feito de plástico reforçado com fibra de vidro ou carbono e um conector tubular, de preferência, metálico, que está parcialmente retido em uma extremidade do tubo de perfuração e está cimentado ao mesmo.
O uso contínuo da infraestrutura existente em terra bem como off-shore requer perfuração mais profunda ou mais extensa. Há uma série de aplicações que usam perfuração de distância horizontal, isto é, para distribuir mais petróleo de um campo existente de plataformas existentes e para aumentar o grau de deslocamento de petróleo dos depósitos.
A perfuração de distância horizontal é em grande parte limitada pelo peso e pela força normal da linha de perfuração que determina as forças de fricção. Nesse caso, a carga de tração ou cambagem são afetadas negativamente, e a hidráulica do poço (velocidade da corrente comparada a perdas de pressão) é em grande parte limitada pela seleção limitada dos diâmetros.
Nessa conexão, furos de até uma distância de aproximadamente 12 km, são o limite que pode ser atingido com o material atualmente predominante, aço, e a técnica de perfuração usada no presente. A situação é similar para furos profundos, onde o peso inerente da linha limita a profundidade e furos além de 8 km acarretam o maior risco. O alumínio como material de linha de perfuração, não solucionou esse problema, e, é usado raramente. Plásticos reforçados com fibras de vidro ou carbono (composições) são alternativas.
Um fator importante que impede o uso de colunas de perfuração de CFK ou GFK é garantir uma conexão durável entre o tubo de CFK ou GFK e o conector de aço.
Uma coluna de perfuração de CFK conhecida, que tenta solucionar esse problema está descrita no documento US 5332049 A. Com essa coluna de perfuração, é possibilitada a perfuração de furos curvos com um raio de curvatura curto, com uma extensão limitada. O documento US
2/8
5332049 A mostra um método para transferência de cargas entre um tubo de CFK e um conector de metal. A conexão é garantida pelo uso simultâneo de cimentos e pinos.
O tipo de fixação de acordo com o documento US 5332049 A, porém, mostra uma série de desvantagens. O uso de cimento e pinos leva à perda da linha de perfuração no caso de falha, e, portanto, não há possibilidade de recuperar a linha de perfuração do furo de perfuração. Não existe método eficiente para garantir que o cimento seja distribuído uniformemente e carregado uniformemente. Além disso, a falha da conexão como resultado da carga de torção leva automaticamente à destruição da capacidade de sustentação de carga axial da coluna de perfuração e, portanto, à separação da conexão. Devido às propriedades de material diferentes (GFK ou CFK e aço), a resistência da conexão é limitada. A extensão da expansão de material de GFK ou CFK não pode ser tolerada pelo conector de aço. Isso leva ao fato de que o estresse de cisalhamento (concentração de estresse) está localizado na transição de aço-CFK ou CFK. Um aumento da carga axial leva a uma elevação de estresse de cisalhamento local. Subsequentemente, ocorre a falha local da conexão adesiva, que, por sua vez, leva a uma rápida expansão do defeito até uma falha completa da conexão. Esforços para aumentar a resistência por aumento do comprimento adesivo, em grande parte, são em vão, uma vez que a concentração de estresse local na transição de aço-GFK ou aço-CFK é apenas minimamente dependente do comprimento adesivo.
O documento WO 99/17045 A mostra uma linha de perfuração de CFK aperfeiçoada. Uma parte desse aprimoramento é a conexão entre o conector de aço e a linha de perfuração de CFK. Esse tipo de fixação também tem algumas desvantagens. Existe uma alta concentração de estresse na base da ranhura tanto para o tubo de CFK e também para o conector de aço. Sob estresses dinâmicos, isso leva à formação de fissuras, propagação de fissuras e, finalmente, à falha completa da conexão. O método de produção complexo torna quase impossível integrar esse método em um processo contínuo, por exemplo, o chamado pullwinding. Para aumentar a capacida
3/8 de de sustentação axial, foram feitas ranhuras na superfície do conector. Elas levam a um contato mais fraco entre o tubo de CFK e o conector de aço. Garantir rigidez sob pressão alta é duvidoso. Tanto as ranhuras axiais como também as tangenciais levam à curvatura inevitável das fibras de carbono, o que leva a cargas complexas (estado de estresse complexo) sobre as fibras.
Portanto, o objeto da presente invenção é criar uma nova possibilidade para a conexão entre um tubo de perfuração de CFK/GFK e um conector tubular, de preferência, metálico.
Esse objeto é obtido em uma conexão do tipo citado inicialmente pelo fato de que um elemento de pressão longitudinal, que está conectado positivamente ao conector na região da extremidade do tubo de perfuração, na qual o conector está retido, comprime o lado externo da extremidade do tubo de perfuração.
Na presente invenção, a transferência de cargas do tubo de CFK ao conector, além da conexão de cimento, é garantida por um elemento de pressão longitudinal, que é feito, de preferência, como uma conexão por pressão. A combinação da conexão mecânica e da conexão de cimento leva a uma alta segurança contra escorregamento e perda da linha de perfuração. A força é transferida, diferentemente da técnica anterior, simultaneamente, por meio do lado externo e do lado interno do tubo de perfuração. Isso leva a uma carga muito mais baixa da conexão de cimento.
Uma modalidade preferida da presente invenção está caracterizada pelo fato de que uma superfície de contato entre a extremidade do tubo de perfuração e o conector, alarga-se conicamente em direção à extremidade do tubo de perfuração. Essa forma de conexão mecânica garante que a perda da linha de perfuração não ocorra, mesmo se a conexão de cimento falhar, no caso menos favorável.
Modalidades preferidas da presente invenção são o assunto das outras reivindicações dependentes.
Uma modalidade preferida da presente invenção está descrita mais detalhadamente abaixo com referência aos desenhos.
4/8
Aqui:
figura 1 mostra uma conexão de acordo com a presente invenção em uma vista em explosão, figura 2 mostra um corte transversal parcial ao comprido através da conexão de acordo com a presente invenção no estado montado, figura 3 mostra uma vista frontal da conexão de acordo com a figura 2, pela esquerda, figura 4 mostra uma segunda modalidade, uma conexão de acordo com a presente invenção em uma vista em explosão [sic], figura 5 mostra um corte transversal parcial ao comprido através da conexão da figura 4 no estado montado, figura 6 mostra os dois conectores em uma projeção oblíqua, antes da montagem, figura 7 mostra os dois conectores no estado montado, e figura 8 mostra os dois conectores no estado montado, parcialmente em corte transversal.
Os desenhos mostram uma modalidade da presente invenção que tem um tubo de perfuração 1 feito de plástico reforçado com fibra de carbono e vidro, e um conector tubular 2, que consiste, de preferência, em um metal, tal como um aço de alta categoria e que está retido parcialmente em uma extremidade 3 do tubo de perfuração 1, e está cimentado ao mesmo na superfície de contato 4 entre a extremidade 3 do tubo de perfuração 1 e o conector 2. Mas, a presente invenção também pode ser usada em tubos de perfuração e conectores de outros materiais. O conector 2 é feito de maneira tubular e tem um diâmetro interno que corresponde aproximadamente ao diâmetro interno do tubo de perfuração 1. O conector 2 tem nos dois lados um diâmetro externo que se afunila conicamente em direção a suas extremidades 5, 6 e em seu centro tem *p.4 I.23 um rebordo anular 7. Na extensão pela qual o diâmetro externo do conector 2 diminui em direção à sua extremidade 6, que está retida na extremidade do tubo de perfuração 1, alarga-se a extremidade 3 do tubo de perfuração 1.
Além da conexão de cimento na superfície de contato 4 entre o
5/8 conector 2 e o tubo de perfuração 1, há uma conexão positiva e uma conexão não positiva entre essas duas partes na forma de elemento de pressão longitudinal 8. O elemento de pressão longitudinal 8 consiste, essencialmente, em uma luva 9 que é em forma de cunha em seção transversal e que na modalidade mostrada consiste em duas partes semicirculares 9a, 9b, em um anel de pressão longitudinal 10, que nessa modalidade também consiste em duas partes semicirculares 10a, 10b, e em uma luva externa 11. A luz em forma de cunha 9a, 9b tem uma superfície externa cilíndrica e uma superfície interna cônica, sendo que o ângulo de afunilamehto da superfície interna corresponde ao ângulo do afunilamento do lado externo da extremidade 3 do tubo de perfuração 1. As duas partes 9a, 9b da luva 9, no estado montado da conexão, de acordo com a presente invenção, de preferência também estão cimentadas na extremidade 3 do tubo de perfuração 1.
A luva externa 11 tem em uma extremidade 12 projeções 13, que se projetam no lado interno e que se engatam em depressões 14 no rebordo 7 e estão sustentadas nas superfícies de contato formadas pelas depressões 14, tanto na direção axial como também na direção periférica. O anel de pressão longitudinal em uma peça 10a ou o anel de pressão longitudinal 10b, que consiste em duas partes, tal como na modalidade mostrada, está adjacente a uma superfície 15 oposta da luva em formato de cunha 9a, 9b, superfície essa que está apontada em um ângulo reto para o eixo longitudinal do tubo de perfuração 1 na modalidade mostrada e está conectada permanentemente à luva externa 11 por meio de parafusos, que não são mostrados e que são inseridos através de furos 16 no anel de pressão longitudinal 10a, 10b e que estão aparafusados em furos roscados 17 na luva externa 11.
Quando os parafusos estão seguramente apertados a luva em formato de cunha 9a, 9b é comprimida seguramente no vão em formato de cunha entre a extremidade 3 do tubo de perfuração 1 e a luva externa 11, uma vez que a luva externa 11 está sustentada no lado oposto do rebordo 7. Dessa maneira, a luva em formato de cunha 9a, 9b do elemento de pressão longitudinal 8 é comprimida firmemente contra a superfície externa da ex6/8 tremidade 3 do tubo de perfuração 1, e esse último é subsequentemente comprimido firmemente contra o conector 2. Portanto, a extremidade 3 está apertada firmemente diretamente entre a luva em formato de cunha 9a, 9b do elemento de pressão longitudinal 8 e a extremidade 6 subjacente do conector 2. Essas partes também podem ser cimentadas uma na outra, a fim de criar uma forte conexão adicional entre a luva em formato de cunha 9a, 9b e a luva externa 11.
A fim de garantir impermeabilidade entre o tubo de perfuração 1 e o conector 2, existe uma junta de vedação 18 entre a superfície dianteira da extremidade 3 do tubo de perfuração 1 e o rebordo 7 do conector 2.
Uma rosca 19 está fixada na periferia cônica da extremidade 5 do conector 2; a rosca é usada para conexão a um segundo conector 20 que, tal como mostrado nas figuras 4 e 5, está fixado em outro tubo de perfuração 1, que deve ser conectado. No conector 20, analogamente como no conector 2, um tubo de perfuração 1 que se alarga conicamente na extremidade 3, está cimentado a uma superfície de contato 4. Além disso, tal como no conector 2, além da conexão por cimento na superfície de contato 4 entre o conector 2 e o tubo de perfuração 1, há uma conexão positiva e não positiva entre essas duas partes na forma de um elemento de pressão longitudinal
8. O elemento de pressão longitudinal 8, tal como descrito acima, consiste, essencialmente, em uma luva 9 que tem formato de cunha em seção transversa! e que na modalidade mostrada consiste em duas partes semicirculares 9a, 9b de um anel de pressão longitudinal 10, que na modalidade mostrada, consiste em duas partes semicirculares 10a, 10b, e em uma luva externa 21. A luva em formato de cunha 9a, 9b tem uma superfície externa cilíndrica e uma superfície interna cônica, sendo que o ângulo de afunilamento da superfície interna corresponde ao ângulo de afunilamento do lado externo da extremidade 3 do tubo de perfuração 1. As duas partes 9a, 9b da luva 9, no estado montado da conexão de acordo com a presente invenção, também estão, de preferência, cimentadas à extremidade 3 do tubo de perfuração 1.
A luva externa 21 em uma extremidade tem uma rosca interna
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22, com a qual ela é aparafusada a uma rosca externa 22a no conector 20. O anel de pressão longitudinal em uma peça 10a ou o anel de pressão longitudinal 10b, que consiste em duas partes, na modalidade mostrada esta adjacente a uma superfície oposta 15 à luva 9a, 9b em formato de cunha, superfície essa que está apontada em um ângulo reto para o eixo longitudinal do tubo de perfuração 1 na modalidade mostrada e está permanentemente conectado à luva externa 21 por meio de parafusos que não são mostrados e que são inseridos através de furos 16 no anel de pressão longitudinal 10a, 10b e que são aparafusados em furos roscados 17 na luva externa 21.
O conector 20 em sua extremidade oposta ao tubo de perfuração 1 tem uma rosca interna cônica 23 que se alarga para o exterior e que está aparafusada na rosca externa 19 do primeiro conector 2. A figura 6 mostra os dois conectores 2, 20 em uma projeção oblíqua, antes da montagem. As figuras 7 e 8 mostram os dois conectores 2, 20 com os tubos de perfuração 1 fixados nos mesmos no estado montado.
A conexão de acordo com a presente invenção tem as seguintes vantagens, entre outras:
- A conexão entre o tubo de perfuração 1 e os conectores 2, 20 é, ao mesmo tempo, uma conexão positiva, não positiva e integral. A combinação de uma conexão positiva e não positiva e conexão adesiva leva a uma alta segurança contra escorregamento e perda da linha de perfuração. A conexão positiva e não positiva garante que a linha de perfuração não seja perdida, mesmo se a conexão de cimento falhar, no caso menos favorável, e escorregue devido à carga de torção.
- A força é transferida, diferentemente do que na técnica anterior, simultaneamente, por meio do lado externo e do lado interno do tubo de perfuração 1. Isso leva a uma carga muito mais baixa da conexão de cimento.
- O tubo de perfuração 1 pode ser produzido em um processo contínuo, por exemplo, por pullwindinçf', uma vez que o tubo de perfuração 1, em sua extremidade, pode ser tornado liso ou sem acabamento. Isso resulta em uma qualidade mais alta e mais uniforme, e é de grande importân-
8/8 cia para a construção e o prognóstico de falha.
- É possível realizar o processo de montagem em um processo separado, e, como resultado disso, é possível a montagem automática.
Claims (15)
1. Conexão entre um tubo de perfuração (1) feito de plástico reforçado com fibra de vidro ou carbono e um conector (2, 20) tubular metálico, que está parcialmente retido em uma extremidade (3) do tubo de perfuração (1) e está cimentado ao mesmo, caracterizada pelo fato de que um elemento de pressão longitudinal (8) está conectado positivamente ao conector (2, 20) na região da extremidade (3) do tubo de perfuração (1), na qual o conector (2, 20) está retido e que comprime-se contra o lado externo da extremidade (3) do tubo de perfuração (1), o elemento de pressão longitudinal (8) compreendendo uma luva externa (11, 21) com furos roscados (16, 17) que repousa no lado externo da extremidade do tubo de perfuração (1) e tem uma superfície oposta (15) que é adjacente a um anel de pressão longitudinal (10a, 10b) com furos roscados (16, 17), o anel de pressão longitudinal (10a, 10b) sendo conectado a luva externa (11, 21) por meio de parafusos inseridos através dos furos roscados (16, 17) do anel de pressão longitudinal (10a, 10b) e aparafusados no interior dos furos roscados (16, 17) da luva externa (11, 21) de modo a manter o tubo de perfuração (1) contra o conector, os furos roscados (16, 17) do anel de pressão longitudinal (10a, 10b) e os furos roscados (16, 17) da luva externa (11, 21) estando substancialmente paralelos a um eixo longitudinal do tubo de perfuração (1), em que uma superfície de contato entre a extremidade do tubo de perfuração (1) e o conector (2, 20) alarga-se conicamente em direção a extremidade do tubo de perfuração (1), em que o elemento de pressão longitudinal (8) possui uma luva em formato de cunha que repousa no lado externo da extremidade do tubo de perfuração (1) e tem uma superfície oposta (15) que é adjacente ao anel de pressão longitudinal (10a, 10b), o anel de pressão longitudinal (10a, 10b) estando positivamente conectado ao conector (2, 20).
2/3 pelo fato de que a luva (9a, 9b) em formato de cunha tem uma superfície externa que é essencialmente cilíndrica.
2. Conexão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície oposta (15) está alinhada em um ângulo de, aproximadamente, 90° à extensão longitudinal do tubo de perfuração (1).
3/3 a 12, caracterizada pelo fato de que a luva (9a, 9b) em formato de cunha é cimentada no tubo de perfuração (1).
3. Conexão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada
Petição 870190071453, de 26/07/2019, pág. 7/12
4. Conexão de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a luva externa (11,21) atua positivamente no conector (2, 20).
5 conectados por parafusos, pelo menos um dos dois conectores (2, 20) compreendendo o conector (2, 20) tubular metálico.
15. Conexão de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que um primeiro conector (2) tem uma rosca externa cônica (19) e um segundo conector tem uma rosca interna cônica (23).
5. Conexão de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a superfície externa da luva (9a, 9b) em formato de cunha está adjacente à superfície interna da luva externa (11, 21).
6. Conexão de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o conector (2) tem um rebordo anular (7) com uma superfície de contato na qual a luva externa (11) é sustentada no lado oposto ao anel de pressão longitudinal (10a, 10b).
7. Conexão de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a luva externa (11) tem projeções (13) em uma extremidade (12), que se projetam no interior e que se engatam em depressões (14) no rebordo (7) e estão sustentados ali tanto na direção axial como também na direção periférica.
8. Conexão de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que a luva externa (21) é aparafusada (22, 22a) no conector (20).
9. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizada pelo fato de que a luva (9a, 9b) em formato de cunha é cimentada na luva externa (11).10. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que entre a extremidade (3) da superfície dianteira do tubo de perfuração (1) e o conector (2, 20) há uma junta de vedação (18).
10 16. Conexão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de pressão longitudinal (8) possui uma luva em formato de cunha que repousa no lado externo da extremidade do tubo de perfuração (1) e tem uma superfície oposta (15) que é adjacente ao anel de pressão longitudinal (10a, 10b), o anel de pressão longitudinal (10a, 10b)
11. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a junta de vedação consiste em duas partes semicirculares (10a, 10b).
12. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a luva em formato de cunha consiste em duas partes semicirculares (9a, 9b).
13. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1
Petição 870190071453, de 26/07/2019, pág. 8/12
14. Conexão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que compreende dois conectores (2, 20)
15 estando positivamente conectado ao conector (2, 20).
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