BR112014001307B1

BR112014001307B1 - componente tubular para exploração de petróleo e conexão tubular roscada

Info

Publication number: BR112014001307B1
Application number: BR112014001307-1A
Authority: BR
Inventors: François Millet; Yvan Boudey; Stéphane Thobois
Original assignee: Vam Drilling France
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2020-11-24
Also published as: EP2737157A1; EP2737157B1; US9725964B2; US20140174715A1; AR087307A1; BR112014001307A2; WO2013014254A1

Abstract

ACOPLADOR ELETROMAGNÉTICO. A presente invenção refere-se a um componente tubular para exploração de petróleo compreende uma metade de acoplador eletromagnético (2), que pode ser acoplada a uma metade de acoplador (2) de outro componente tubular de modo a permitir a transmissão de dados, em que uma parte terminal do componente tubular compreende um alojamento acomodando a dita metade de acoplador, a dita metade de acoplador compreendendo um elemento de acoplamento e uma armadura anular (8) para o elemento de acoplamento, o elemento de acoplamento compreendendo um corpo anular (4) formado de um material com uma alta permeabilidade magnética e um condutor elétrico (6) tendo voltas, a armadura (8) compreendendo uma primeira parte (40) e uma segunda parte (42) que são dispostas para acomodar o dito elemento de acoplamento, a armadura sendo pelo menos parcialmente circundada por um material isolante e impermeável (54) a fim de proteger a metade de acoplador contra infiltração.

Description

COMPONENTE TUBULAR PARA EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO E CONEXÃO TUBULAR ROSCADA

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de acoplamento eletromagnético.

[0002] Certos campos industriais avançados, tal como exploração de petróleo, operam em ambientes que tornam a transmissão de dados complicada.

[0003] No pedido de patente francesa FR 11/00523, a Requerente propôs um acoplador eletromagnético de não contato. Este acoplador realiza perfeitamente bem comparado com todos os outros acoplamentos conhecidos para aplicações na indústria de petróleo.

[0004] O documento da técnica anterior US-7 362 235 descreve um acoplador indutor disposto em uma junção entre dois tubos de perfuração.

[0005] Os tubos em que aqueles acopladores são montados são submetidos a tensões substanciais. Os acopladores incluem um corpo formado de um material de alta permeabilidade magnética. Este tipo de material em geral é bastante frágil e não tolera bem as vibrações e choques a que os tubos devem provavelmente ser submetidos em um poço.

[0006] Assim, existe um risco que o corpo do acoplador poderia romper quando em posição no poço. Tal ruptura é inaceitável, desde que isto signifique que o acoplador não funciona mais e que o fluxo de transmissão de dados entre a superfície e o fundo do poço seja interrompido.

[0007] A invenção visa aperfeiçoar a situação. Para este fim, a invenção propõe uma metade de acoplador eletromagnético do tipo que compreende um elemento de acoplamento formado pelo menos em parte de um material com alta permeabilidade eletromagnética, o dito elemento de acoplamento tendo um corpo anular com uma seção transversal aberta definindo um alojamento para pelo menos uma parte de um condutor elétrico tendo voltas. A dita metade de acoplador ainda compreende uma armadura anular recebendo o dito corpo anular e disposto para mantê-lo.

[0008] Em particular, a invenção se refere a um componente tubular para exploração de petróleo, compreendendo uma metade de acoplador eletromagnético, que pode ser acoplada a uma metade de acoplador eletromagnético de outro componente tubular de modo a permitir a transmissão de dados, em que uma parte terminal do componente tubular compreende um alojamento acomodando a dita metade de acoplador, a dita metade de acoplador compreendendo um elemento de acoplamento e uma armadura anular para o elemento de acoplamento, o elemento de acoplamento compreendendo um corpo anular formado pelo menos em parte de um material com uma alta permeabilidade magnética e um condutor elétrico tendo voltas, caracterizado que a armadura compreende uma primeira parte e uma segunda parte que são dispostas para acomodar o dito elemento de acoplamento, a armadura sendo pelo menos parcialmente circundada por um material isolante e impermeável a fim de proteger a metade de acoplador contra infiltração, especialmente a infiltração de lama de perfuração, em particular a infiltração de água salgada.

[0009] O material isolante forma uma conexão entre a primeira parte e a segunda parte. A associação da primeira parte com a segunda parte pode definir um alojamento não vedado, ou pode mesmo exibir aberturas. O material isolante pode fechar as aberturas. O material isolante torna o alojamento definido pela armadura impermeável à lama de perfuração e/ou águas salgada.

[00010] Em particular, o material pode ser selecionado do grupo que compreende uma borracha hidrogenada enriquecida com nitrilo e butadieno (HNBR), um politetrafluoroetileno (PTFE), um poliéter-etercetona (PEEK), um monômero de etileno-propileno-dieno, um fluo-roelastômero, um fluorosilicone, e um composto de perfluoroalcóxi.

[00011] O dito material pode ter as propriedades elásticas e/ou amortecimento de uma mola, a fim de fornecer amortecimento. Assim, quando a metade de acoplador é apropriadamente posicionada no tubo, o material isolante pode isolar mecanicamente pelo menos uma parte da metade de acoplador do tubo. Por meio do amortecedor de mola, em outras palavras amortecimento, vibrações e deslocamentos relativos do tubo e da metade de acoplador podem ser pelo menos parcialmente absorvidas pela mola durante a montagem e em operação.

[00012] A metade de acoplador e a mola podem ser facilmente acessíveis no furo do tubo para permitir a substituição relativamente simples durante a manutenção.

[00013] Em particular, o material isolante pode definir uma superfície substancialmente voltada para o furo da parte terminal do componente tubular, a dita superfície tendo frisos anulares que definem um espaço destinado a ser pelo menos parcialmente livre depois de montar o componente com outro componente.

[00014] Em particular, o componente da invenção pode compreender um revestimento anular acomodado no furo da parte terminal do componente tubular compreendendo o dito alojamento, em que o dito alojamento é definido pela superfície de apoio axial do dito revestimento.

[00015] A invenção também se refere a uma conexão tubular roscada compreendendo um primeiro componente tubular e um segundo componente tubular, cada componente correspondendo com a invenção descrita acima, em que o primeiro componente tubular e o segun-do componente tubular são espaçados mutuamente formando suas partes terminais tal que a metade de acoplador do primeiro componente tubular e a metade de acoplador do segundo componente tubular são capazes de serem acopladas mutuamente em operação, um espaço anular sendo localizado axialmente entre os materiais do primeiro componente tubular e do segundo componente tubular depois de completar a formação. Assim, quando duas metades de acopladores são voltadas uma para a outra em uma maneira adequada, os condutores respectivos se voltam um para o outro. Por meio da armadura, se um ou mesmo os dois corpos anulares se rompem sob choque ou tensão, são mantidos no lugar, alojados na armadura. Desde que a continuidade do corpo anular não é necessária para obter o efeito eletromagnético desejado, o acoplador eletromagnético permanece funcional.

[00016] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição seguinte mostrada nos exemplos, fornecida por meio de exemplo não limitante e feita com referência aos desenhos anexos em que:

- a figura 1 mostra uma vista em perspectiva traseira explodida de três quartos de uma metade de acoplador eletromagnético da invenção; a mola não foi mostrada;
- a figura 2 mostra uma vista em perspectiva traseira em seção de três quartos de uma metade de acoplador da figura 1;
- a figura 3 mostra uma vista aumentada de uma parte da figura 2;
- a figura 4 mostra uma vista aumentada de uma parte da figura 2;
- a figura 5 mostra uma vista aumentada de um elemento da figura 2;
- a figura 6 mostra uma vista similar àquela da figura 1, mas não explodida, a partir de um ângulo diferente e com um elemento removido;
- a figura 7 mostra uma vista de uma variação de um par de metade de acopladores na posição instalada e acoplada;
- a figura 8 é uma vista em seção aumentada de um acoplador e uma mola;
- a figura 9 é uma vista detalhada da figura 7; e
- a figura 10 é uma vista similar àquela da figura 9 de uma variação;
- as figuras 11 a 13 são vistas de variações de uma armadura isolado para uma metade de acoplador de acordo com a invenção.

[00017] Os desenhos e a descrição abaixo contêm essencialmente elementos de uma natureza concreta. No entanto, eles não somente servem para fornecer um entendimento melhor da presente invenção, mas também contribuem para sua definição se necessário.

[00018] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva traseira explodida de três quartos de uma metade de acoplador eletromagnético 2 da invenção. A fim de formar um acoplador eletromagnético completo, uma metade de acoplador eletromagnético idêntico está disposta voltada para esta metade de acoplador.

[00019] A metade de acoplador 2 é em geral anular em formato e compreende um corpo 4, um condutor 6 e uma armadura 8. O corpo 4 e o condutor 6 formam um elemento de acoplamento eletromagnético.

[00020] Como pode ser visto na figura 2, o corpo 4 é em geral anular em formato com uma seção transversal na forma de um colchete ou "[". Esta seção compreende uma base 10 e dois limbos 12 e 14. A base 10 e os dois limbos 12 e 14 definem um alojamento 16 entre eles.

[00021] A base 10 é muito espessa em comparação com a espes-sura extra dos limbos 12 e 14. No exemplo descrito aqui, a base 10 está na faixa de 2 a 8 mm de espessura, por exemplo, aproximadamente 3,25 mm de espessura, enquanto os limbos 12 e 14 têm uma espessura extra na faixa de 0,1 a 1 mm, por exemplo, 0,3 mm, com respeito à base 10. A espessura extra dos limbos 12 e 14 com respeito à base 10, define a profundidade do alojamento 16. Esta espessura extra pode em geral estar entre 0,1 mm e 1 mm.

[00022] No exemplo descrito aqui, o corpo 4 é formado de uma cerâmica compreendendo Fe, Mn e Zn. Este material é conhecido como "ferrita macia" e sua fórmula genérica é MnxZnyFe2+zO4, onde x+y+z=1.

[00023] No exemplo descrito aqui, o material tem uma permeabilidade magnética relativa μr:

- de 2050 em 10 kHz e a uma temperatura de 22°C;
- de 2600 em 1 MHz e a uma temperatura de 22°C;
- de 1200 em 2 MHz e a uma temperatura de 22°C;
- de 350 em 3 MHz e a uma temperatura de 22°C;
- de até 5000 entre 100 kHz e 1 MHz e a uma faixa térmica de 100°C de 220°C.

[00024] Nesta modalidade, a ferrita tem uma estrutura de espinel e tem uma resistividade na faixa de 200 a 1900 ohm.cm para frequências na faixa de 10 kHz a 1Mz a uma temperatura de 22°C. Em uma variação, o corpo 4 poderia ser produzido a partir de outro tipo de ferrita ou a partir de outro material sólido com uma permeabilidade magnética relativa de mais que 100 na faixa de 1 kHz a 1 MHz e tendo uma condutividade elétrica insignificante ou zero. Um material com uma permeabilidade magnética alta é um material com uma permeabilidade de mais que 100 na faixa de 1 kHz a 1 MHz, ou mesmo na faixa de 1 kHz a 10 MHz.

[00025] O condutor 6 no exemplo descrito aqui é um circuito im-presso com um formato anular. Em uma variação, o condutor 6 poderia ser produzido com enrolamentos de cobre, ou a partir de qualquer outro material apropriado que pode produzir um condutor elétrico tendo voltas. Em uma variação, o material que forma os enrolamentos pode ser prateado.

[00026] Como pode ser visto na figura 5, o condutor 6 compreende três voltas condutoras concêntricas com numerais de referência 16, 18 e 20. As partes de compensação 22 e 24 tornam as voltas 16 a 20 eletricamente contínuas. Em uma variação, o condutor 6 pode compreender mais que três voltas.

[00027] Voltado para as partes de compensação 22 e 24, o condutor 6 ainda compreende duas partes de conexão ou terminais com numerais de referência 26 e 28. Como pode ser visto mais claramente na figura 2, as partes terminais 26 e 28 se estendem substancialmente perpendicular ao plano dos trilhos condutores 16, 18 e 20 e terminam nos condutores 30 e 32 para conexão elétrica com o cabo(s) carregando o sinal. A fim de alojar as partes 26 e 28, o corpo 4 formado de ferrita compreende dois recessos respectivos 34 e 36 que são visíveis na figura 6. O recesso 34 é fornecido localmente no limbo 12 e na superfície externa do corpo 4, enquanto o recesso 36 é fornecido localmente no limbo 14 e na superfície interna do corpo 4.

[00028] Na modalidade descrita aqui, os conectores 30 e 32 são produzidos na forma de conectores de poliéter éter cetona (PEEK). Os conectores 30 e 32 são dispostos substancialmente paralelos um ao outro e se estendem em uma direção substancialmente paralela ao eixo de revolução do acoplador. Como pode ser visto mais claramente para o conector 32 na figura 3, cada conector 30 e 32 compreende uma parte macho 37 e uma parte fêmea 38. A parte fêmea 38 é encaixada por pressão em torno da parte macho 37 de modo a formar um soquete fêmea para uma ponta de um cabo de transmissão destinado a estender de uma extremidade de um componente tubular para a outra. A parte macho 37 recebe um condutor 39 que transmite sinais entre a metade de acoplador 2 e o cabo recebido na parte fêmea 38.

[00029] Em uma variação, os conectores 30 e 32 poderiam ser formados em regiões distintas da metade de acoplador e se estendem em direções diferentes. Em outras variações, os conectores 30 e 32 poderiam ser combinados em um conector do tipo coaxial único. Finalmente, o condutor 39 poderia ser omitido, com o cabo sendo diretamente conectado nas partes terminais 26 e 28 através da parte macho 37.

[00030] A armadura 8 compreende uma primeira parte 40 e uma segunda parte 42. A primeira parte 40 e a segunda parte 42 são dispostas para alojar o corpo 4, por exemplo em uma maneira não removível. No exemplo descrito aqui, a primeira parte 40 é um anel anular tendo uma seção transversal substancialmente retangular igual à altura do corpo 4, por exemplo, aproximadamente 5 mm, e a largura é aproximadamente 4 mm, por exemplo. Em uma variação, a altura da primeira parte 40 pode ser substancialmente maior ou menor que aquela do corpo 4, mas a função de suporte da primeira parte 40 será mantida.

[00031] Em variações mostradas nos diagramas das figuras 11 a 13, em adição a uma base 90, a primeira parte 40 pode compreender pelo menos um limbo 91, ou mesmo dois limbos 91 e 92 respectivamente, elevada de sua base 90. No exemplo da figura 11, os limbos 91 e 93 respectivamente têm a mesma altura com relação à base 90, mas podem ser diferentes. Nas figuras 12 e 13, a primeira parte 40 compreende uma base 90 e um limbo único 91, perpendicular à base 90 e direcionado ao longo do eixo longitudinal do tubo no qual a metade de acoplador será inserida. Em particular, este limbo 91 é elevado sobre a borda radial mente externa da base 90.

[00032] A primeira parte 40 compreende dois recessos diretos axiais 44 e 45 substancialmente na conexão entre a parte terminal 26 do condutor 6 e o condutor 39 do conector 32 por um lado e na conexão entre a parte terminal 28 do condutor 6 e o condutor 39 do conector 30 por outro lado. O recesso 44 está disposto para acomodar a parte terminal 26 do condutor 6 e a parte 39 do conector 32, e o recesso 45 está disposto para acomodar a parte terminal 28 do conector 6 e a parte 39 do conector 30. A parte 26, ou respectivamente 28, pode assim ser colocada em contato elétrico com a parte 39 do conector 32 ou respectivamente 30 no recesso 44 ou respectivamente 45.

[00033] No exemplo descrito aqui, o recesso 44 é um entalhe que abre em parte radialmente em uma superfície externa 53 da metade de acoplador 2. O recesso 45 é um entalhe que se abre em parte radialmente na superfície externa 53 da metade de acoplador 2. Parte dos recessos 44 e 45 se abre pelo menos para a superfície externa 53 a fim de facilitar o acesso ao soldar os elemento de contato elétrico entre o condutor 6 e os conectores 30 e 32 ao instalar e fornecer algum espaço para material excedente na solda.

[00034] As dimensões da primeira parte 40 são tais de modo a produzir uma rigidez satisfatória e fornecer espaço suficiente para os recessos 44 e 45.

[00035] No exemplo descrito aqui, a segunda parte 42 da armadura 8, visível nas figuras 1 a 3, tem um formato anular e tem uma seção transversal substancialmente em formato de "J", ou uma seção transversal em formato de "U" com limbos de comprimentos desiguais. A segunda parte 42, em particular a base 46, está disposta voltada substancialmente para o condutor 6.

[00036] A base 46 é muito fina, da ordem de 200 μm no exemplo descrito aqui. A espessura da base 46 pode estar na faixa de 25 μm a 300 μm. Esta é fina de modo que as duas metades de acoplador são colocadas em contato voltadas uma para a outra, seus condutores elétricos estão perto um do outro. De outro modo, as perdas eletromagnéticas poderiam se tornar excessivas.

[00037] O limbo 48 cobrirá o limbo 12 do corpo 4 e bloqueará radialmente sobre um comprimento apropriado, por exemplo, uma distância de aproximadamente 1,2 mm. Na medida em que o corpo 4 e a primeira parte 40 são quase idênticos em altura, a parte livre do limbo 12 e a parte superior da primeira parte 40 definem um espaço anular livre 52 com o limbo 48. Este espaço anular pode ser usado para injetar um material 54, e ligar a primeira parte 40 e a segunda parte 42 juntos. O corpo 4 é retido no alojamento formado pela primeira parte 40 e a segunda parte 42. O material 54 pode também conectar diretamente o corpo 4 na primeira parte 40 e na segunda parte 42. O material 54 contribui para isolar e fechar o alojamento definido para o elemento de acoplamento.

[00038] Este material 54 pode também ser usado como um elemento de mola, como será descrito com referência às figuras 7 e 8.

[00039] O limbo 50 cobre o limbo 14 do corpo 4 e se estende para cobrir uma superfície interna 55 da primeira parte 40 (no fundo na figura 3, no topo na figura 4) e estender além dele axialmente, por exemplo, por aproximadamente 1 mm.

[00040] O comprimento extra dos limbos 48 e 50 e suas espessuras respectivas significam que a vedação obtida por adesão do material 54 pode ser otimizada; a substância será descrita abaixo. A fim de garantir uma junção efetiva entre o material 54 e respectivamente a primeira parte 40 e a segunda parte 42, o material 54 deve estar em contato sobre uma distância de pelo menos 1,5 mm, mais preferivelmente pelo menos 2 mm.

[00041] Em uma variação, como pode ser visto na figura 11, a altura e espessura de cada um dos limbos 48 e 50 são idênticas. Estes limbos 48 e 50 têm uma espessura similar àquelas dos limbos 91 e 92 que se voltam um para o outro quando em posição. O material 54 não se insinua dentro do plano da junta entre as faces voltadas dos limbos 91 e 92 e 48 e 50 respectivamente. Ao contrário, o material 54 será aderido sobre uma altura suficiente sobre cada um destes limbos para aferir juntos e isolar o plano da junta.

[00042] Na variação da figura 12, o plano da junta das faces dianteiras dos limbos 48 e 91 que se voltam uma da outra é substancialmente transversal ao eixo do tubo, enquanto o limbo 50 se estende ao longo de uma parte da base 90 tal que o plano da junta entre o limbo 50 e a base 90 é substancialmente longitudinal do eixo do tubo. Nesta modalidade, a base 90 tem pelo menos duas espessuras distintas determinadas transversas ao eixo a fim de fornecer um comprimento radial suficiente para adesão para o material 54 na continuidade do limbo 50.

[00043] Em outra variação, mostrada na figura 13, a primeira parte 40 e a segunda parte 42 definem uma alojamento aberto para o elemento de acoplamento na ausência do material 54. Efetivamente, nesta variação, o material 54 se coloca entre as faces opostas dos limbos 91 e 48. O material 54 também se colocará entre o limbo 50 e a base 90, desde que o limbo 50 não está disposto perto da base 90. Nesta variação, o material 54 pode também ser aderido no corpo 4.

[00044] O material 54 pode também ser colocado em torno dos conectores 30 e 32 a fim de fornecer uma vedação para a junção entre estes conectores 30 e 32 e a armadura 8.

[00045] No exemplo descrito aqui, a armadura 8 é produzida de zir-cônia, ou óxido de zircônio (Zr02). Este material é particularmente vantajoso na medida em que pode ser usinado e tem isolamento elétrico notável, rigidez (módulo de Young), resistência à curvatura e compressão, características de dureza e resiliência.

[00046] Como um exemplo, nesta modalidade, a zircônia pode estar na forma de uma cerâmica de zircônia tetragonal policristalina compreendendo 3 % moles de ítrio (3Y-TPZ). A zircônia para a primeira parte 40 pode ter um tamanho de grão de 0,5 μm e ter uma densidade de 6,05 g/cm3, uma dureza Vickers Hv0,3 de 1300, uma resistência de curvatura de aproximadamente 1000 MPa em 20°C, bem como uma resistividade de mais que 2000 ohm.cm para temperaturas abaixo de 400°C. Um exemplo deste tipo de zircônia é vendido sob o nome comercial TECHNOX®2000. A zircônia para a segunda parte 42 pode ter características similares, mas têm uma dureza Vickers Hv0,3 de 1350 e uma resistência de curvatura de aproximadamente 1400 MPa em 20°C. Um exemplo deste tipo de zircônia é vendido sob o nome comercial TECHNOX®3000. Outros tipos de cerâmica podem ser considerados.

[00047] Estas características são importantes na medida em que o acoplador eletromagnético é provável ser colocado em uma zona que expõe em lama heterogêneo sob pressão. A dureza da zircônia é tal que quase não sofre qualquer abrasão. Além do mais, esta abrasão somente causará um problema quando os outros componentes do acoplador já falharam.

[00048] Em vista do precedente, a armadura 8, junto com o material 54, forma assim um invólucro vedado ou "recipiente" em que o corpo 4 que recebe o condutor 6 é alojado. Assim, mesmo se o corpo 4 rompe sob efeito de choque ou tensão, ele mantém substancialmente seu formato geral, e o condutor 6 permanece no lugar, o que assegura que o acoplador eletromagnético continua a operar de modo eficiente. O condutor 6 é mostrado integral com o corpo 4; pode também ser integral com uma face interna da armadura 8.

[00049] A figura 7 mostra um acoplador, neste caso duas metades de acoplador mutuamente acopladas 2, de acordo com a invenção, no lugar em uma coluna de perfuração de poço de petróleo.

[00050] Esta figura mostra a parte de conexão ou conexão tubular roscada 100 de dois tubos sucessivos ou componentes tubulares 60 em 62. O primeiro componente tubular 60 e o segundo componente tubular 62 são mutuamente montados formando suas partes terminais respectivos. Os componentes tubulares 60 e 62 recebem, em suas extremidades respectivas, um revestimento 64 em uma região perto da zona de rosqueamento. O revestimento 64 tem um número de aplicações vantajosas, em particular para trazer o cabo carregando o sinal elétrico na metade de acoplador 2. Exemplos de modalidades do revestimento 64 foram descritos em mais detalhe nos pedidos de patente francesa FR 11/00608 e FR 11/00609. Cada um dos componentes tubulares 60 e 62 compreende um alojamento 71 para receber uma mola 72. O alojamento 71 neste caso é formado pelo furo de uma parte terminal de cada um dos componentes tubulares 60 e 62 e é definido por uma superfície de contato axial suportada por cada um dos revestimentos respectivos 64. Em outras modalidades, o alojamento 71 é integralmente formado pelo furo de uma parte terminal de cada um dos componentes tubulares 60 e 62, e o revestimento 64 pode ser omitido.

[00051] A fim de isolar de modo apropriado o acoplador mecanicamente do exterior, o material 54 é moldado em torno da armadura 8. No exemplo descrito aqui, cada metade de acoplador é encaixada em uma massa de material de borracha de nitrilo-butadieno hidrogenada (HNBR) 54, deixando pelo menos a base 46, e possivelmente adicionalmente o limbo 50 da segunda parte 42 da armadura 8, livres.

[00052] Em geral, cada metade de acoplador assim é pelo menos parcialmente enterrada no material 54. Em outras modalidades, cada metade de acoplador pode ser recebida no material 4 em uma maneira mais solta.

[00053] Em uma variação, o material 54 pode compreender outros materiais, combinados ou de outro modo selecionados a partir de poli-tetrafluoroetileno (PTFE), monômeros de etileno-propileno-dieno (EPDM), fluoroelastômero (FKM), fluorosilicone e compostos de per-fluoroalcóxi (PFA). Estes materiais podem conter vários materiais minerais e/ou metálicos, a fim de aperfeiçoar suas propriedades, em particular suas propriedades mecânicas. Em uma variação, a mola 72 pode ser produzida em outros formatos, tais como no formato de uma mola espiral, mola alveolada ou qualquer outro tipo de mola. Em particular, o material 54 pode formar a mola 72, em particular devido a sua propriedade de amortecimento.

[00054] O material 54 é selecionado tal que tem um módulo de Young que é muito menor que aquele dos materiais selecionados para formar a armadura, em particular 50 vezes menor, ou mesmo 100 vezes menor.

[00055] A adesão de HNBR na primeira parte 40 da armadura 8, em particular no espaço anular 52, significa que o acoplador pode ser protegido contra a infiltração de líquidos externos ou lama. Isto é particularmente importante com relação ao corpo 4, na medida em que a infiltração de água salgada pode ter consequências nocivas em termos de alterar a transmissão de sinal.

[00056] Quando dois componentes tubulares 60 e 62 são feitos e apertados juntos, as bases 46 das armaduras respectivas 8 de cada metade de acoplador 2 entram em contato uma com a outras. Neste caso, qualquer lama ou outro material que se encontra entre as superfícies é triturado e moído. Esta é a razão pela qual a segunda parte 42 é formada de uma zircônia mais dura com uma resistência à curvatura maior que a primeira parte 40. Esta escolha é também justificada pelo fato de que a segunda parte 42 é fina nesta base 46. No entanto, é possível usar a mesma zircônia para a primeira parte 40 e a segunda parte 42.

[00057] Os resíduos moídos são então levados radialmente tanto para dentro quanto para fora. No primeiro caso, os resíduos são evacuados com o fluxo de lama que se move dentro dos componentes tubulares 60 e 62. No segundo caso, os resíduos são presos entre a metade de acoplador 3 por um lado e o furo do componente tubular que acomoda a metade de acoplador, por outro lado. Isto é desvantajoso e os riscos de colocar a conexão roscada 100 dos componentes tubulares 60 e 62 sob pressão, de danificar e/ou enfraquecê-la, ou mesmo de distribuir o posicionamento das duas metades de acopladores com respeito uma a outra.

[00058] Vantajosamente, o limbo 48 da segunda parte 42 de pelo menos uma das metades de acoplador 2 tem uma chanfradura 70. A chanfradura 70 significa que um espaço anular 65 pode ser mantido em torno da armadura 8 uma vez que a conexão tubular 100 foi acoplada. O espaço 65 pode ser usado para acomodar resíduos sem colocar a conexão roscada 100 sob pressão.

[00059] Como pode ser visto nas figuras 7 e 8, a HNBR em que cada metade de acoplador 2 é embutida é muito importante na medida em que pode ser usada para formar uma mola 72 atuando como um amortecedor e tendo uma função de absorção de choque. HNBR tem propriedades excelentes de resistência à abrasão, assim como a zir-cônia. HNBR tem propriedades elétricas que significam que pode ser usada como uma mola enquanto oferece propriedades excelentes de resistência à abrasão, assim como a zircônia.

[00060] As partes terminais dos componentes tubulares 60 e 62 acomodam as molas 72 de modo que as metades de acoplador 2 de cada um dos componentes tubulares 60 e 62 da conexão tubular são mutuamente acoplados no fim da composição. A mola está disposta no alojamento respectivo 71 dos componentes tubulares 60 e 62.

[00061] No exemplo, a mola 72 tem um formato em geral anular. Em seção transversal, como pode ser visto na figura 8, a mola 72 é definida axialmente em um lado por uma superfície anular dianteira 74. A superfície anular dianteira 74 se estende substancialmente perpendicular ao eixo dos componentes tubulares 60 e 62. Neste caso, a superfície anular dianteira 74 é ligeiramente recuada na direção axial com respeito à base 46 da armadura 8 da metade de acoplador 2 para o meio do componente tubular 60. Este recuo pode, por exemplo, ser aproximadamente 0,5 mm, de preferência na faixa de 0,25 mm a 1 mm. A superfície anular dianteira 74 é então conectada na superfície de contato da base 46 da metade de acoplador 2 por meio da chanfra-dura 70. a superfície de contato da base 46 é substancialmente perpendicular ao eixo do componente tubular 60.

[00062] Na modalidade que corresponde à figura 8, após a composição antes de sua conclusão, as duas metades de acoplador 2 estão em contato mútuo com suas bases respectivas 46. As duas superfícies anulares dianteiras 74 das molas 72 são mutuamente separadas. Depois de completar a conexão, e como pode ser visto nas figuras 9 e 10, as duas superfícies anulares dianteiras 74 das molas 72 estão ainda separadas, enquanto as bases 46 estão em contato de interferência. O espaço anular criado entre as duas chanfraduras 70 e as partes terminais das molas 72 que suportam as superfícies anulares dianteiras 74 permitem que lama, impurezas ou detritos sejam evacuados sem comprometer a conexão, este espaço deixa uma passagem para fluido, depois da composição do componente tubular 60 com outro componente tubular 62.

[00063] A modalidade da figura 9 mostra uma conexão tubular 100, na qual o formato de cada uma das molas 72 é substancial mente simétrico, e o limbo 48 de cada segunda parte 42 compreende uma chanfradura 70. Nesta modalidade, a conexão tubular roscada 100 tem um espaço anular localizado axialmente entre as chanfraduras 70 de cada uma das metades de acoplador 2 dos componentes tubulares 60 e 62 depois de completar a conexão.

[00064] Em uma variação, mostrada na figura 10, uma das metades de acoplador 2 não em chanfradura 70. A superfície anular dianteira 74 e a base 46 da armadura 8 desta metade de acoplador são então substancialmente alinhadas.

[00065] Oposta à superfície anular dianteira 74, a mola 72 é definida axialmente por uma superfície anular traseira 76. A superfície anular traseira 76 está disposta de modo combinar com o formato da superfície de apoio do alojamento 71 do componente tubular 60 em que a metade de acoplador 2 deve ser instalada. A superfície anular traseira 76 está localizada em uma distância axial da metade de acoplador 2. Esta distância é suficiente para a dimensão axial da mola 72 ser capaz de absorver choques, vibrações e/ou tensões na instalação e operação, incluindo expansão térmica, por deformação elástica, neste caso aproximadamente 20 mm.

[00066] Em seção transversal, a mola 72 é definida radial mente em um lado por uma superfície cilíndrica interna 78, a superfície cilíndrica interna 78 é substancialmente alinhada com a superfície interna do limbo 50 da armadura 8. O formato liso da superfície cilíndrica interna 78 e o material que constitui são selecionados para facilitar a passagem do fluxo nos componentes tubulares 60 e 62 ao mesmo tempo em que são resistentes à abrasão. Por outro lado, oposta à superfície cilíndrica interna 78, a mola 72 é definida radialmente por uma superfície cilíndrica externa 80. A superfície cilíndrica externa 80 está disposta de modo que se volta ara a parte de furo do componente tubular 60 em que a metade de acoplador 2 deve ser instalada.

[00067] A superfície que conecta a superfície anular dianteira 74 e a superfície cilíndrica interna 78 combina com o formato da metade de acoplador 2 que envolve. A mola 72 pode ser sobremoldada na arma-dura 8 e o corpo 4 da metade de acoplador 2. A mola 72 então termina fechando o invólucro, do "recipiente", formato pela armadura 8 em torno do corpo 4. a mola então enche o espaço anular 52.

[00068] A mola 72 compreende um friso anular traseiro 82 e um friso anular dianteiro 84 se projetando a partir da superfície cilíndrica externa 80. Quando instalado, estes frisos são destinados a entrar em contato com a parte de furo do componente tubular 60. Estes frisos definem um espaço anular 85 entre eles. Este espaço anular 85 permite que a substância que constitui a mola 72 se expanda radialmente quando sofre compressão axial. A expansão radial da parte da mola 72 no espaço anular 85 depois da compressão axial é, portanto livre na medida em que esta parte da mola 72 é provável só entrar em contato com o furo do componente tubular 60 no fim da composição. As dimensões dos frisos 82 e 84 são tais que o alinhamento axial da metade de acoplador 2 não é afetado pela operação de composição.

[00069] Quando instalada, a expansão radial da mola 72 também ocorre na superfície cilíndrica interna 78. Na modalidade mostrada na figura 8, em repouso, e 9, no fim da composição, uma parte desta superfície cilíndrica interna 78 se estende dentro do tubo no qual a lama se move. Esta parte é representada como sendo reta em seção transversal ao longo do eixo do tubo. Em uma variação, esta parte poderia também ser côncava. Quando a parte é reta, tende a assumir um formato convexo sob efeito de compressão. Em contraste, quando a curvatura é côncava, a curvatura reduz ou mesmo é invertida de modo que se torna convexa devido à expansão radial. Esta parte pode se projetar radialmente para dentro do tubo com relação à face do limbo 50 virada para o interior do tubo. De preferência, é selecionado o formato que permanece tão reto quanto possível quando comprimido.

[00070] Quando instalado, como mostrado na figura 7, uma superfície externa da base 46 da metade de acoplador 2 pode ser substanci-almente alinhada com a extremidade axial da parte de furo do componente tubular 60 que a recebe. Quando instalado, a superfície anular traseira 76 está em contato com uma superfície de apoio axial do componente tubular 60.

[00071] Em uma variação, a superfície anular traseira 76 pode ser reforçada por um anel adaptado para resistir ao contato com o componente tubular. Este anel pode, por exemplo, ser formado de um material menos elástico que o restante da mola 72, a fim de garantir um encaixe com o componente tubular 60 sem turbulência. Em uma variação, a superfície anular traseira 76 pode ser reforçada por um anel traseiro, mostrado na figura 9, que é adaptado para garantir uma conexão livre de turbulência com o componente tubular 60. Este anel tem que ser produzido a partir de um material que é menos elástico que o restante da mola 72, por exemplo, de um material que é similar àquele do componente tubular no qual é retido. Este anel pode ser produzido a partir de aço de alto grau, por exemplo, um grau da ordem de 1137,67 MPa (ksi).

[00072] A metade de acoplador 2 compreende meios de indexação rotacionais destinados a cooperar com meios complementares de um componente tubular 60 ou 62. Aqui, o meio de indexação angular compreende um fecho 86 ou garra se projetando da superfície anular traseira 76. Uma vez instalado o fecho 86 se projetará em um recesso correspondente 87 fornecido na superfície de contato axial do componente tubular 60. A superfície de apoio axial e o recesso 87 podem ser suportados pelo revestimento 64, como pode ser visto na figura 7.

[00073] Em uma variação, a metade de acoplador 2 pode compreender vários fechos 86 distribuídos sobre a circunferência da metade de acoplador 2, recessos correspondentes 87 sendo fornecidos na superfície de apoio axial do componente tubular 60. Em ainda mais variações, o meio de indexação pode assumir outros formatos, tais como fechos fornecidos na superfície de apoio axial do componente tubular 60 e recessos correspondentes na superfície anular traseira 76.

[00074] Quando instalada, a metade de acoplador 2 e a mola 72 são radialmente alinhadas no interior com o diâmetro interno do furo do componente tubular 60, e no exterior eles se relacionam em uma parte terminal adequada do furo do componente tubular 60.

[00075] A mola 72 neste caso compreende dois furos diretos axiais dimensionados como uma função dos conectores 30 e 32 e/ou o ca-bo(s) de conexão. Em uma variação, a mola pode compreender um furo único ou mais que dois.

[00076] A mola 72 pode ser usada para posicionar o acoplador tão perto quanto possível para o fluxo enquanto garante sua função. Devido à mola 72, a maior parte das forças e tensões na instalação e operação é absorvida, e não é transmitida para a armadura 8. Isto reduz o risco de ruptura do corpo 4, se o corpo 4 de fato se rompe, a armadura 8 assegurará que mantenha seu formato, garantindo sua operação.

[00077] Assim, esta montagem significa que a metade de acoplador é uma parte substituível que é facilmente acessível e pode ser extraída de sua posição em contato com o fluxo e assim pode ser facilmente mudado no caso de um problema. Isto fornece uma grande vantagem sobre todos os outros acopladores conhecidos. Adicionalmente, o fato que o acoplador é colocado em contato com o fluxo significa que o desenho do componente tubular pode ser simplificado desde que não é mais necessário usinar um alojamento nas paredes dos componentes tubulares a fim de proteger as metades de acoplador do fluxo; uma ranhura interna ou alargamento, axialmente localizado no furo do componente tubular, é suficiente. Finalmente, esta zona de alojamento tem pouco efeito nas propriedades mecânicas da conexão tubular, comparado com um alojamento localizado mais perto dos rosquea-mentos ou fornecida a partir de uma superfície de apoio ou mancal substancialmente radial das paredes dos componentes tubulares.

[00078] A montagem das figuras 7 e 8 e em particular a interposição de uma mola 72 entre um componente tubular 60 e sua metade de acoplador 2 não é somente compatível com acopladores eletromagnéticos; de fato é compatível com acopladores de contato direto, toroidais ou capacitivos; e assim a mola 72 fornece ainda outra vantagem principal.

[00079] Em uma variação, as metades de acoplador podem se relacionar pelo menos em parte com partes tubulares, por exemplo, revestimentos, fixados nos furos dos componentes tubulares, de modo a ainda reduzir a usinagem e alteração estrutural das zonas terminais dos componentes tubulares.

[00080] Vantajosamente, as metades de acoplador 2 podem ser fornecidas com um chip de identificação de rádio frequência (RFID). Colocar estes marcadores nas metades de acoplador 2 em vez de nos componentes tubulares 60 propriamente ditos, por exemplo, tem a vantagem de ser facilmente acessível ao ler os dados durante a manutenção, tal como durante o curso de perfuração por meio de uma linha de fios, sendo apropriadamente protegidos do ambiente fora dos componentes tubulares e sendo facilmente substituídos ao mudar as metades de acopladores durante a manutenção. Os chips de RFID facilitam o rastreamento digital dos vários componentes de uma coluna de perfuração.

[00081] No exemplo descrito aqui, a armadura 8 foi descrita como tendo uma primeira parte com uma seção retangular e uma segunda parte com uma seção em formato de J. No entanto, é possível produzir a armadura 8 de modo diferente. Como um exemplo, a primeira parte poderia ser produzida com uma seção em formato de U que aloja parcialmente o corpo 4, e a segunda parte com uma seção em formato de U plana ou completamente plana que fechará a primeira parte na ma-neira de uma tampa e cobrirá a parte do corpo 4 que não está alojada na primeira parte 40.

[00082] Uma armadura 8 foi descrita aqui que compreende uma primeira parte 40 com uma seção transversal substancialmente retangular e uma segunda parte 42 com uma seção transversal em formato de "J". Outras seções podem ser consideradas; alguns dos exemplos não limitantes serão fornecidos: cada uma das duas partes, ou ambas, pode ter uma seção transversal em formato de "U" com limbos que podem ou não ser iguais em comprimento, mutuamente dispostos para envolver pelo menos uma parte do corpo 4. Uma das duas partes, ou ambas, pode ter uma seção transversal em formato de "L" com braços que podem ou não ser iguais em comprimento, mutuamente dispostos para envolver pelo menos uma parte do corpo 4. Em uma variação, a armadura 8 pode encerrar completamente o corpo 4. A mola 72, neste caso, atua como o recipiente vedado da armadura 8 para o corpo 4. A armadura 8 pode também compreender mais que duas partes dispostas de modo complementar. A armadura 8 pode ser uma combinação destas variações.

[00083] Em resumo, a invenção se refere a uma metade de acoplador eletromagnético do tipo que compreende um elemento de acoplamento formado pelo menos em parte a partir de um material com alta permeabilidade magnética, o dito elemento de acoplamento tendo um corpo anular com uma seção transversal aberta definindo um alojamento para pelo menos uma parte de um condutor elétrico 6 tendo voltas, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma armadura anular recebendo o dito corpo anular e disposto para mantê-lo.

[00084] Esta metade de acoplador pode ter uma ou mais das seguintes características suplementares:

- a armadura compreende uma primeira parte e uma segunda parte dispostas para alojar o dito corpo anular;
- a primeira parte e a segunda parte alojam o dito corpo anular em uma maneira não removível;
- o condutor elétrico compreende uma parte de conexão;
- um conector está disposto de modo substancialmente axial com respeito à dita parte de conexão;
- a primeira parte da armadura tem um recesso para acomodar um condutor do conector e a parte de conexão do condutor elétrico;
- a primeira parte está disposta substancialmente voltada para o corpo anular, em que a segunda parte está disposta substancialmente voltada para o condutor elétrico, e a espessura da parte da segunda parte que substancialmente se volta para o condutor elétrico está na faixa de 25 μm a 300 μm;
- a armadura é produzida a partir de material cerâmico com uma resistência de curvatura de mais que 500 MPa em 20°C, e com uma resistividade elétrica de mais que 1000 ohm.cm para temperaturas menores que 400°C;
- a armadura é produzida de zircônia;
- pode ser fornecida com um chip de identificação de rádio frequência; e
- pode ser embutida em um material selecionado do grupo que compreende uma borracha hidrogenada enriquecida com nitrilo e butadieno, um politetrafluoroetileno, um poliéter-etercetona, um mo-nômero de etileno-propileno-dieno, um fluoroelastômero, um fluorosili-cone, e um composto de perfluoroalcóxi.

[00085] A invenção também se refere a um componente tubular para operações de petróleo compreendendo uma metade de acoplador tendo uma ou mais das características precedentes, e em que a dita metade de acoplador é acomodada em um alojamento em uma parte terminal do componente tubular.

Claims

Componente tubular (60) para exploração de petróleo, compreendendo uma metade de acoplador eletromagnético (2), que pode ser acoplada a uma metade de acoplador (2) de outro componente tubular (62) de modo a permitir a transmissão de dados, em que uma parte terminal do componente tubular (60) compreende um alojamento (71) acomodando a dita metade de acoplador,
a dita metade de acoplador compreendendo um elemento de acoplamento e uma armadura anular (8) para o elemento de acoplamento, o elemento de acoplamento compreendendo um corpo anular (4) formado pelo menos em parte de um material com uma alta permeabilidade magnética e um condutor elétrico (6) tendo voltas,
caracterizado pelo fato de que a armadura (8) compreende uma primeira parte (40) e uma segunda parte (42) separada que são dispostas para acomodar o dito elemento de acoplamento, a armadura sendo pelo menos parcialmente circundada por um material isolante e impermeável (54) a fim de proteger a metade de acoplador contra infiltração.
Componente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que material (54) é selecionado do grupo que compreende uma borracha hidrogenada enriquecida com nitrilo e butadie-no, um politetrafluoroetileno, um monômero de etileno-propileno-dieno, um fluoroelastômero, um fluorosilicone, e um composto de perfluoro-alcóxi.
Componente tubular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que dito material tem as propriedades elásticas e/ou amortecimento de uma mola (72).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material (54) compreende uma superfície (80) substancialmente voltada para o furo da parte terminal do componente tubular (60), a dita superfície (80) tendo frisos anulares (82, 84) que definem um espaço (85) destinado a ser pelo menos parcialmente livre depois de montar o componente (60) com outro componente (62).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, ainda compreendendo um revestimento anular (64) acomodado no furo da parte terminal do componente tubular (60) compreendendo o dito alojamento (71), em que o dito alojamento (71) é definido pela superfície de apoio axial do dito revestimento (64).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a primeira parte (40) e a segunda parte (42) acomodam o dito corpo anular (4) em uma maneira não removível.
Componente tubular, de acordo com uma das reivindicações precedentes, em que o condutor elétrico (6) compreende uma parte de conexão (26).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, ainda compreendendo um conector (32) disposto de modo substancialmente axial com respeito à dita parte de conexão (26).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a primeira parte (40) da armadura (8) tem um recesso (44) para acomodar um condutor (39) do conector (32) e a parte de conexão (26) do condutor elétrico (6).
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a primeira parte (40) está disposta substancialmente voltada para o corpo anular (4), e em que a segunda parte (42) está disposta substancialmente voltada para o condutor elétrico (6), e em que a espessura da parte (46) da segunda parte (42) que substancialmente se volta para o condutor elétrico (6) está na faixa de 25 μm a 300 μm.
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a armadura (8) é produzida a partir de material cerâmico com uma resistência de curvatura de mais que 500 MPa em 20°C, e uma resistividade elétrica de mais que 1000 ohm.cm para temperaturas menores que 400°C.
Componente tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a armadura (8) é produzida a partir de zircônia.
Conexão tubular roscada (100) compreendendo um primeiro componente tubular (60), como definido em qualquer das reivindicações precedentes, e um segundo componente tubular (62), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, o primeiro componente tubular (60) e o segundo componente tubular (62) sendo montados mutuamente formando suas partes terminais tal que a metade de acoplador (2) do primeiro componente tubular (60) e a metade de acoplador (2) do segundo componente tubular (62) são capazes de serem acopladas mutuamente em operação, um espaço anular (65) sendo localizado axialmente entre os materiais (54) do primeiro componente tubular (60) e do segundo componente tubular (62) depois de completar a formação.