BR112012024869B1

BR112012024869B1 - junta de tubo

Info

Publication number: BR112012024869B1
Application number: BR112012024869A
Authority: BR
Inventors: Harold Hignett Ian; Ueno Katsuo
Original assignee: High Sealed And Coupled Hsc Fzco
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2020-02-04
Also published as: GB201105310D0; JP5814338B2; CN102918312A; MY158296A; EA023539B1; CN102918312B; US8840151B2; HUE036679T2; PL2572132T3; EA201290969A1; GB2479259A; DK2572132T3; BR112012024869A2; AR081276A1; GB201005247D0; HK1157847A1; SG184256A1; WO2011121263A1; US20120133129A1; EP2572132A1

Abstract

vedação aperfeiçoada entre tubos. a invenção refere-se a um junta de tubo enroscada compreendendo um pino (20) possuindo em uma extremidade uma parte enroscada macho e uma caixa (10) possuindo em uma extremidade uma parte fêmea possuindo uma rosca complementar. o pino e a caixa engatam ao longo das partes enroscadas com a rosca macho se estendendo para um ombro batente macho adjacente a um ombro batente complementar na outra parte. o ombro batente complementar compreende um recesso na forma de um receptor tipo cone possuindo uma superfície radial (23) adjacente a uma superfície radial correspondente (15) no ombro batente complementar. uma superfície de vedação curva (24) no pino (20) engata de forma vedada uma superfície de vedação curva correspondente (16) no ombro batente complementar da caixa (10), cada superfície de vedação curva (16,24) se encontrando no arco de circunferência de um círculo separado, e onde a curvatura da superfície de vedação de caixa (16) é maior do que na superfície de vedação (24) no pino (20).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para JUNTA DE TUBO.

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma vedação aperfeiçoada entre duas seções de tubo. As seções de tubo particularmente contempladas têm aplicação nas indústrias de perfuração de óleo e gás. Antecedentes da Invenção [002] A produção de tubos de aço para uso nas indústrias de perfuração de óleo e gás tem sido submetida a uma grande quantidade de pesquisa e inovação. Além dos materiais e dos meios para a formação de um tubo cilíndrico, um aspecto que foi o foco de atenção é o acoplamento de dois tubos separados para o fornecimento de uma junta impermeável capaz de suportar forças de tensão e compressão.

[003] As juntas são normalmente formadas pelo enroscamento dos dois tubos, cada um possuindo roscas complementares précortadas nas extremidades de cada um dos tubos: adição de tubos à extremidade livre continuando, para construir um cordão. Como uma alternativa, mas método relacionado, uma manga de acoplamento enroscada é utilizada para criar uma ponte através das extremidades dos dois tubos, mas o princípio permanece o mesmo.

[004] Para aperfeiçoar as propriedades de vedação da junta produzida entre os tubos, e para fornecer uma vedação capaz de suportar o manuseio repetido sob condições operacionais normais, o perfil e a superfície da parte enroscada da extremidade dos tubos e das regiões imediatamente em torno da parte enroscada na direção da extremidade do tubo, são especificamente projetados para cooperar no fornecimento da vedação. Tipicamente, a extremidade do tubo possui uma parte enroscada cortada no exterior do tubo (para formar uma seção de pino ou seção macho) ou na superfície interna do tubo (para formar uma seção tipo caixa ou fêmea). A superfície na qual a parte enrosca

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2/11 da é introduzida pode incluir um afunilamento para auxiliar no processo de acoplamento.

[005] Alternativamente, o diâmetro do tubo na região de formação de vedação pode ter sido aumentado em comparação com o predominante ao longo do comprimento do tubo, normalmente por formação a frio, para permitir que uma junta seja formada.

[006] No tubo, uma seção não enroscada é normalmente deixada entre a extremidade do tubo e a seção enroscada, seção não enroscada essa que é frequentemente referida como um ombro batente. Ênfase em particular tem sido dada à pesquisa do ombro batente visto que isso frequentemente constitui a região de vedação primária da junta do tubo. O ombro batente no pino é normalmente perfilado para engatar um recesso correspondente na seção de caixa para formar uma vedação forte. O perfil em particular é normalmente escolhido para dispersar de forma eficiente a tensão sofrida no tubo quando o torque é aplicado para formar a junta e para reter a vedação quando a junta está em uso. Em adição ao perfilamento, os revestimentos também podem ser aplicados para se aperfeiçoar a natureza impermeável a fluido das vedações.

[007] Um exemplo da uma junta de tudo do estado da técnica é mostrada no documento US 6045165 A1, que revela as características já conhecidas, como uma junta enroscada para tubos compreendendo um primeiro comprimento de tubo ou pino possuindo em uma extremidade uma parte enroscada macho e um segundo comprimento de tubo ou caixa possuindo em uma extremidade uma parte fêmea possuindo uma rosca complementar, a rosca macho se estendendo para um ombro batente macho adjacente a um ombro batente complementar na outra parte, uma superfície radial adjacente a uma superfície radial correspondente no ombro batente complementar; e uma superfície de vedação curva no pino.

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3/11 [008] No entanto, como muitas reservas de óleo e gás começam a se esgotar e o preço do óleo sobre, existe uma exigência cada vez maior e uma oportunidade de extração de óleo e gás a partir das reservas que até hoje têm sido consideradas pouco econômicas. Por exemplo, a extração precisa ocorrer a partir de níveis mais profundos e mais inacessíveis. Ademais, existe também o desejo, onde possível, de se utilizar poços existentes como um ponto de partida para se alcançar os depósitos mais difíceis.

[009] O resultado disso é que as juntas de tubo precisam estar disponíveis para suportar as altas temperaturas e pressões - tanto de tensão quanto de compressão - que foram previamente o caso. Por exemplo, muitos cordões precisam ter dobras de cerca de 90 quando passam de uma orientação vertical para uma orientação horizontal. Tal dobra obviamente causa forças de compressão e de tensão na mesma junta.

[0010] Um problema encontrado nas juntas da técnica anterior é a dobra da extremidade do pino na criação da junta. Isso pode resultar em formação de saliências: se não na primeira vez que a junta é criada, então em criações subsequentes. Apesar de esse problema poder ser solucionado pelo aumento da tolerância de fabricação, é uma solução cara e ademais não remove completamente as dificuldades, particularmente sob condições de trabalho normais.

[0011] É um objetivo da presente invenção se buscar solucionar os problemas acima.

Sumário da Invenção [0012] De acordo com um primeiro aspecto da invenção é fornecida uma junta de tubo, a junta compreendendo:

uma junta enroscada por parafuso a tubos compreendendo um primeiro comprimento de tubo ou pino possuindo em uma extremidade uma parte enroscada macho e um segundo comprimento de tubo

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4/11 ou caixa possuindo em uma extremidade uma parte fêmea possuindo uma rosca complementar, as partes sendo adaptadas para engatar ao longo da parte maior do comprimento axial das partes enroscadas as roscas sendo inclinadas na mesma direção e em um ângulo agudo com relação ao eixo geométrico longitudinal do comprimento de tubo, a rosca macho se estendendo para um ombro batente macho adjacente a um ombro batente complementar na outra parte, o ombro batente complementar compreendendo um recesso na forma de um receptor tipo cone possuindo um ápice arredondado, o ombro batente no pino incluindo um ombro de torque, engatando por fricção um ombro complementar no ombro batente complementar;

uma superfície radial adjacente a uma superfície radial correspondente no ombro batente complementar;

uma superfície de vedação curva no pino engatando de forma vedada uma superfície de vedação curva correspondente no ombro batente complementar da caixa, as superfícies de vedação curvas sendo formadas de modo que cada uma se encontre no arco de circunferência de um círculo separado, e onde a curvatura da superfície de vedação de caixa seja maior do que no pino.

[0013] A disposição acima permite o movimento da vedação ao longo da superfície curva quando as tensões são aplicadas à junta. [0014] Preferivelmente, o centro do círculo no qual a superfície de vedação da seção de pino se encontra, possui seu centro em uma linha que tem 0,762 a 1,016 cm (0,30 - 0,40 pol.) a partir do ponto de interseção das linhas se estendendo a partir do ombro de torque e a superfície radial no pino.

[0015] Vantajosamente, o raio do círculo no qual a superfície de vedação da seção de pino é descrita tem de 0,635 a 0,890 cm (0,25 0,35 pol.).

[0016] Preferivelmente, o ângulo entre a linha na qual o centro do

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5/11 círculo descrevendo a superfície de vedação do pino, e a linha a partir do centro do círculo e o ponto de contato inicial das duas superfícies de vedação é de 7 a 9 graus.

[0017] Preferivelmente, o ângulo entre a linha na qual o centro do círculo descrevendo a superfície de vedação da caixa, e a linha do centro do círculo e o ponto de contato inicial das duas superfícies de vedação é de 10 a 12 graus.

Breve Descrição dos Desenhos [0018] A invenção será agora descrita com referência aos desenhos em anexo que ilustram uma modalidade de uma junta. Nos desenhos:

a figura 1 é uma seção do eixo geométrico longitudinal de uma seção de tubo, ilustrando a região de vedação de uma vedação de caixa;

a figura 2 é uma seção do eixo geométrico longitudinal de uma seção de tubo, ilustrando a região de vedação de uma vedação de pino;

a figura 3 ilustra a localização dentro de uma seção de tubo da vedação de caixa da figura 1;

a figura 4 ilustra a localização dentro de uma seção de tubo da vedação de pino da figura 2;

a figura 5 ilustra um gráfico de torque obtido durante a criação de uma junta; e as figuras 6 e 7 ilustram pontos de referência e linha utilizados para determinar a posição de uma superfície de vedação de raio. Descrição Detalhada da Invenção [0019] Na projeção da região de vedação de uma junta entre as seções de pino e caixa dos tubos de aço, um número grande de características foram utilizadas e variadas para se tentar e alcançar os objetivos apresentados para uma vedação em particular. A presente inven

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6/11 ção se refere ao uso do que é frequentemente referido como um raio, em ambas a seção de pino e caixa, os ditos raios engatando um ao outro na criação da junta e permitindo algum movimento do pino e da caixa com relação uma o outro, o dito movimento mantendo, ainda, no entanto, uma vedação. A vedação também pode ser mantida quando os eixos geométricos longitudinais das seções de pino e caixa não estão em alinhamento completo, desde que a dita falta de alinhamento não seja muito grande. Em uma seção transversal ao longo do eixo geométrico longitudinal de um tubo, os raios aparecem como linhas curvas e são ilustrados nas figuras em anexo.

[0020] Apesar de tais raios serem conhecidos na técnica anterior tem sido surpreendentemente descoberto que o uso de dois raios uma na seção de pino e uma na seção de caixa - cooperando para fornecer uma vedação que seja estável sob ambas as forças de tensão e compressão e também em temperaturas elevadas. A vedação produzida é, portanto, adequada para uso em ambientes difíceis tal como em grandes profundidades, onde a alta curvatura de um cordão é necessária, onde existe um grande diferencial de pressão entre o volume interno do tubo e o exterior e onde as temperaturas podem atingir mais de 200C.

[0021] Descobriu-se primeiramente que os dois raios possuem preferivelmente diferentes curvaturas um com relação ao outro. Em segundo lugar, cada superfície curva pode ser definida como sendo parte do arco de um círculo cujo centro está no corpo principal do tubo. Descobriu-se novamente que os resultados são aperfeiçoados para as situações nas quais mediante contato entre as superfícies, o centro desses círculos é desviado longitudinalmente um do outro e do ponto de contato. Nesse caso o centro do círculo para a superfície curva da seção de caixa se encontra na direção longitudinal do volume do tubo do qual a seção de caixa é uma parte. De forma similar, o centro do

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7/11 círculo para a superfície curva na seção de pino se encontra longitudinalmente no lado oposto do ponto de contato.

[0022] A invenção é ilustrada agora inicialmente com relação às figuras 1 e 2 que ilustram o recesso de ombro batente de uma seção de caixa e o ombro batente de uma seção de pino de um pino, respectivamente.

[0023] Lidando, em primeiro lugar, com a seção de caixa 10 de um tubo, isso compreende um recesso 11 definido pelo metal do qual o volume 12 do tubo é formado. O corpo de tubo propriamente dito é ilustrado de forma tracejada e sombreada para auxiliar visualmente na interpretação das características. O recesso 11 possui um ombro de torque 13 que em uso engata uma superfície correspondente no pino na criação da junta. Apesar de esse engate ser definido em muitos dos documentos da técnica anterior como um engate de vedação, isso não é necessário ou desejável na presente invenção. Como pode ser observado a partir da figura 1, o ombro de torque 13 define um ângulo de 15 com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do tubo. Será reconhecido pelos versados na técnica que esse ângulo pode variar dentro de limites, sem se distanciar do desempenho da vedação principal. Uma superfície curva 14 do raio de 0,0508 cm une o ombro de torque 13 a uma superfície afunilada adicional 15. A superfície 15, em três dimensões é cônica, mas na representação transversal da figura 1 aparece como uma Lina reta. A superfície 16 está em um ângulo de 7,12 (tan^-1 (1/8)) com relação ao eixo geométrico longitudinal do tubo.

[0024] No ponto A, o perfil transversal da caixa 10 se torna curvo entre o ponto A e o ponto B. Ao longo dessa seção a superfície curva 16, entre A e B, descreve o arco de circunferencial de um círculo cujo centro se encontra no material de volume do tubo 10. O raio do círculo na figura exemplificada é de 0,6 cm.

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8/11 [0025] Além do ponto B, uma superfície cônica adicional 17 em um ângulo de 65 com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do tubo 10, une a superfície curva 16 à crista final da parte enroscada do tubo 10.

[0026] O pino 20 possui uma configuração que em alguns aspectos é complementar à do recesso 11 na caixa 10. O pino 20 possui um ombro de torque 21 em um ângulo de 15 com relação ao plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do pino 20. O ombro de torque 21 é unido por uma superfície curva 22 do raio de 0,1054 cm a uma superfície cônica 23 que possui um afunilamento de 0 com relação ao eixo geométrico longitudinal do pino 20.

[0027] No ponto C, o perfil transversal do pino 20 se torna curva entre os pontos C e D, com a superfície curva 24 se encontrando no arco de circunferência de um círculo do raio de 0,6 cm. Além do ponto D, uma superfície cônica adicional 25 conecta a superfície curva 24 à crista final da parte enroscada 26 do pino 20. O entalhe 27 ilustrado na figura 2 é simplesmente a base da parte enroscada 26.

[0028] O pino 20 possui uma superfície chanfrada 28, a dita superfície chanfrada 28 possuindo uma seção transversal reta como ilustrado e em um ângulo de 10 com relação ao eixo geométrico longitudinal do pino 20. Será apreciado pelos versados na técnica que a dita superfície 28 pode também ser côncava (quando observada a partir do volume interno do pino), sem se distanciar do escopo da invenção. A relação das partes do pino e da caixa ilustradas nas figuras 1 e 2 com o resto do tubo respectivo são ilustradas em elipses nas figuras 3 e 4.

[0029] Em uso, portanto, durante a criação da junta, a seção de pino e caixa são unidas através do engate das seções enroscadas do pino e da caixa, pela aplicação de um torque, O torque é aplicado até que uma vedação seja formada entre as duas seções. Essa situação é normalmente reconhecida pelo monitoramento da magnitude do torque

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9/11 aplicado e um gráfico típico é ilustrado na figura 5. No ponto de engate dos ombros de torque 13, 21 e formação da vedação, o torque surge de forma descontínua a partir de um valor de elevação anteriormente estável. A vedação primária é formada entre duas superfícies curvas 16, 24.

[0030] A vantagem de se utilizar as duas superfícies curvas para fornecer uma vedação que seja capaz de manter a integridade sob as forças de tensão ou compressão, incluindo a dobra da junta pode ser agora observada. Se tais forças agirem, as superfícies curvas “rolam” uma contra a outra, e apesar de o ponto de vedação poder mover, sua integridade permanece intacta. Adicionalmente, é reconhecido que a extremidade do pino tenha uma tendência, devido às forças exercidas no mesmo de dobrar para dentro. Se esse processo for muito longe então a deformação pode se tornar tão aguda que em criações subsequentes, a formação de saliências possa ocorrer visto que a extremidade do pino corta a seção de caixa.

[0031] Uma característica adicional da invenção se refere ao posicionamento e aspecto das superfícies de vedação curvas no pino e na caixa. Isso é ilustrado nas figuras 6 e 7. Lidando, em primeiro lugar com a superfície curva 16 na caixa na figura 6, a localização do centro do círculo em cuja circunferência o círculo se encontra é definida com relação a um ponto imaginário P dentro do metal volumoso da caixa

10. O ponto P é obtido como a interseção de uma linha desenhada estendendo o ombro de torque 13 e uma linha desenhada estendendo a seção plana 15 (as extensões sendo ilustradas como linhas interrompidas na figura 6), Uma vez que esse ponto é obtido, o centro do círculo então se encontra na linha R, perpendicular ao eixo geométrico da caixa que possui uma distância mínima de 0,508 cm (0,2 pol.) do ponto de interseção P, na direção da parte enroscada. Essa linha R é ilustrada por linhas pontilhadas na figura 6. A localização radial do centro

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10/11 do círculo nessa linha é governada pela circunferência do círculo desenhado a partir daí para garantir que a curva encontre a superfície 17 suavemente em B; isso é, a superfície é tangencial ao círculo nesse ponto de encontro. Descobriu-se que o valor da distância mínima de R a partir de P pode ser de 0,380 a 0,635 cm (0,15 - 0,25 pol.). Por exemplo, para uma seção de caixa de 11,43 cm (4/5 pol), uma distância de 0,4902 cm (0,193 pol.) pode ser considerada adequada e para uma seção de caixa de 17,78 cm(7 pol.), 0,5085 cm0,002 pol.).

[0032] A localização do centro do círculo que é utilizada com relação à superfície curva 24 no pino 20, é definida de forma similar. Em primeiro lugar um ponto imaginário Q, a interseção de uma linha desenhada estendendo o ombro de torque 21 e uma linha desenhada estendendo a seção plana 23 é encontrada. O centro do círculo então se encontra na linha S perpendicular ao eixo geométrico da caixa que possui uma distância mínima de 0,889 cm(0,35 pol.). a partir do ponto de interseção Q na direção de Q para a parte enroscada. Descobriu-se que o valor da distância mínima de S a partir de Q pode ser de 0,7620 a 1,016 cm (0,30 - 0,40 pol.). Por exemplo, para uma seção de pino de 11,43 cm (4/5 pol.) uma distância de 0,8382 cm (0,33 pol.) pode ser considerada adequada e para uma seção de pino de 17,78 cm (7 pol.), 0,8377 cm (0,3298 pol.).

[0033] Os raios dos círculos formados precisam ser cuidadosamente escolhidos para se garantir uma boa integridade de vedação e também que a vedação permaneça intacta sob as forças que agem sobre a mesma. Uma característica adicional que é importante é o ângulo feito entre as linhas unindo o ponto de contato de vedação inicial, e o centro de um círculo, e a linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do tubo no qual o centro do círculo se encontra.

[0034] A curvatura da superfície de vedação no pino é preferivelmente menor do que a da superfície correspondente na caixa. Para o

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11/11 pino um raio adequado é selecionado de modo a estar na faixa de 0,63 a 0,89 cm (0,63 - 0,89 pol.) e o ângulo definido acima como sendo de 7 a 9. Com relação à caixa, o raio selecionado é de 0,12 a 0,18 cm (0,05 - 0,07 pol.) e o ângulo de 10 a 12. Será apreciado, portanto, que os raios de círculos são configurados no pino e na caixa sendo diferentes um do outro.

[0035] Será, obviamente, compreendido que a invenção não está limitada aos detalhes específicos descritos aqui, que são fornecidos por meio de exemplo apenas, e que várias modificações e alterações são possíveis dentro do escopo da invenção.

Claims

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REIVINDICAÇÕES

1. Junta de tubo, a junta compreendendo:

uma junta enroscada para tubos compreendendo um primeiro comprimento de tubo ou pino (20) possuindo em uma extremidade uma parte enroscada macho e um segundo comprimento de tubo ou caixa (10) possuindo em uma extremidade uma parte fêmea possuindo uma rosca complementar, as partes sendo adaptadas para engatar uma na outra ao longo da parte maior do comprimento axial das partes enroscadas, as roscas de parafuso sendo inclinadas na mesmas direção e em um ângulo agudo com relação ao eixo longitudinal do comprimento de tubo, a rosca macho se estendendo para um ombro batente macho adjacente a um ombro batente complementar na outra parte, o ombro batente complementar compreendendo um recesso na forma de um receptor tipo cone possuindo um ápice arredondo (14), o ombro batente no pino (20) incluindo um ombro de torque (21), engatando por fricção um ombro correspondente (13) no ombro batente complementar;

uma superfície radial (23) adjacente a uma superfície radial correspondente (15) no ombro batente complementar;

uma superfície de vedação curva (24) no pino (20) engatando de forma vedada uma superfície de vedação curva correspondente (16) no ombro batente complementar da caixa (10), as superfícies de vedação curvas (16, 24) sendo formatadas de modo que cada uma se encontre no arco da circunferência de um círculo separado, o centro do círculo no qual a superfície curva (16) da caixa (10) se encontra sendo na direção longitudinal do volume da caixa (10) e do centro do círculo no qual a superfície curva (24) do pino (20) se encontra sendo longitudinalmente ao lado oposto do ponto de contato e no corpo principal do pino (20), e a curvatura da superfície de vedação de caixa (16) é maior do que na superfície de vedação (24) do pino (20);

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2/2 caracterizada pelo fato de que:

o raio do círculo no qual a superfície de vedação da seção de pino é descrita é de 0,635 a 0,890 cm (0,25 - 0,35 pol.), e o raio do círculo no qual a superfície de vedação da caixa é descrita é de 0,12 a 0,18 cm (0,05 - 0,07 pol.).

2. Junta de tubo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o centro do círculo no qual a superfície de vedação (24) do pino se encontra, possui seu centro em uma linha que tem 0,763 a 1,016 cm (0,30 - 0,40 pol.) a partir do ponto de interseção de linhas se estendendo a partir do ombro de torque e a superfície radial do pino.

3. Junta de tubo, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ângulo entre a linha na qual o centro do círculo descrevendo a superfície de vedação do pino e a linha a partir do centro do círculo e o ponto de contato inicial das duas superfícies de vedação é de 7 a 9 graus.

4. Junta de tubo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o ângulo entre a linha na qual o centro do círculo descrevendo a superfície de vedação da caixa, e a linha a partir do centro do círculo e o ponto de contato inicial das duas superfícies de vedação é de 10 a 12 graus.