BR112014033018B1

BR112014033018B1 - junta rosqueada para tubos

Info

Publication number: BR112014033018B1
Application number: BR112014033018-2A
Authority: BR
Inventors: Takuya Nagahama; Kazunari Takahashi; Hiroshi Chikatsune; Masaki Yoshikawa; Jun Takano; Takamasa Kawai; Masateru Ueta
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2020-11-10
Also published as: SA113340695B1; AR091664A1; JP2014013052A; EP2871396A1; US20150198270A1; BR112014033018A2; CN203442359U; CN103527870A; CN103527870B; EP2871396B1; EP2871396A4; WO2014006866A1

Abstract

JUNTA ROSQUEADA PARA TUBOS. A presente invenção refere-se ao comprimento da borda do lado da caixa (L), que é a distância axial entre um ponto correspondente à extremidade de nariz de pino (P) do componente de caixa (1) e uma superfície de carga (18b) de uma crista de rosca interna de lado de borda (50) mais perto do ponto correspondente à extremidade de nariz de pino (P), é 300 ou mais vezes tão longo quanto um intervalo de superfície de inserção (d), que é o intervalo axial entre uma superfície de inserção (19b) de uma crista de rosca interna em uma posição duas ou mais cristas para trás da crista de rosca interna de lado de borda (50) e uma superfície de inserção (19a) de uma crista de rosca externa que está voltada para a superfície de inserção (19b) quando tensionada, ou seja, L (maior igual) 300 x (d).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a uma junta rosqueada para tubos e, mais especificamente, a uma junta rosqueada para tubos que tem poder de vedação alto e resistência de compressão alta apropriada para uso na conexão de tubos de poço de petróleo incluindo tubulação e revestimento usados de modo geral na exploração de poços de petróleo e poços de gás e na produção, ou seja, tubos de aço, tais como produtos tubulares de países produtores de petróleo (OCTG), condutores submarinos e tubos de dutos.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] As juntas rosqueadas são amplamente usadas na conexão de tubos, tais como tubos de poços de petróleo, que são usados em instalações de produção de petróleo. Para a conexão de tubos para uso na exploração e produção de petróleo ou gás, as juntas rosqueadas padrão com base no padrão do Instituto Americano de Petróleo (API) vêm sendo usadas convencionalmente. Entretanto, visto que os poços de petróleo bruto e poços de gás natural aumentaram recentemente em profundidade, e poços direcionais e horizontais aumentaram mais do que os poços verticais, os ambientes de escavação e produção estão se tornando severos. Adicionalmente, um aumento no desenvolvimento de poços sob condições hostis, como o mar e regiões polares diversifica os requerimentos de desempenho para juntas rosqueadas, como resistência de compressão, resistência de dobramento e desempenho de vedação de pressão externa (resistência de pressão externa). Isso aumenta, portanto, o uso de juntas rosqueadas de alto desenvolvimento especial, chamadas juntas prêmio.

[003] A junta premium é geralmente uma junta composta por um componente de pino e por um componente de caixa unidos um ao ou- tro, incluindo, cada um, uma rosca afunilada, uma porção de vedação (especificamente, uma porção de vedação de metal com metal) e uma porção de ombro (especificamente, uma porção de ombro de torque). A rosca afunilada é importante para prender firmemente a junta tubular. A porção de vedação funciona para assegurar a vedação pelo componente de caixa e o componente de pino que entram em contato com o metal nessa porção. A porção de ombro serve como um apoio durante a tensão da junta.

[004] As Figuras 2 a 4 são diagramas explicativos esquemáticos de uma junta premium para tubos de poços de petróleo, que são vistas em corte transversal vertical de uma junta rosqueada para tubos cilíndricos. A junta rosqueada inclui um componente de pino 3 e um componente de caixa 1 que corresponde à mesma. O componente de pino 3 (pino 3) tem um membro macho 7 na superfície externa do mesmo e uma porção não rosqueada chamada porção de nariz 8 (nariz de pino 8) fornecida na extremidade do pino 3 e ao lado do membro macho 7. A porção de nariz 8 tem uma porção de vedação 11 na superfície periférica externa da mesma e uma porção de ombro 12 na extremidade da face da mesma. O componente de caixa oposto 1 tem um membro fêmea 5, uma porção de vedação 13, uma porção de ombro 14 na superfície interna da mesma, que pode ser aparafusada ou entrar em contato com o membro macho 7, a porção de vedação 11, e a porção de ombro 12 do pino 3, respectivamente.

[005] Recentemente, o aumento da gravidade do uso do ambiente de tubos de poços de petróleo exige também que as juntas rosque- adas não causem o vazamento sob uma força axial alta e pressões interna e externa altas.

[006] Um exemplo de meios para fornecer uma junta rosqueada que é particularmente resistente a uma carga de compressão é revelada na Literatura de Patente 1. É revelada uma junta rosqueada para tubos que inclui um pino, que é um elemento de membro macho fornecido na extremidade de um primeiro membro tubular e uma caixa, que é um elemento de membro fêmea fornecido na extremidade de um segundo membro tubular, que tem os seguintes recursos. Cada um dentre o pino e a caixa inclui uma porção rosqueada e pelo menos uma superfície de ombro de torque. As cristas de rosca externas da porção rosqueada do pino se encaixam nas cristas de rosca internas da porção rosqueada da caixa. A pelo menos uma superfície de ombro de torque do pino entra em contato como a pelo menos uma superfície de ombro de torque da caixa na direção axial da junta tubular. Umas das superfícies de ombro de torque de contato é uma superfície de extremidade de ombro que constitui uma extremidade de face na direção transversal do pino ou caixa. As roscas do membro macho e membro fêmea são substancialmente trapezoidais, cada uma inclui uma face de topo, uma superfície de carga, uma superfície de inserção e são separadas entre si pela raiz das mesmas. O comprimento de borda, que é a distância axial entre a extremidade de superfície de ombro do pino ou caixa que tem uma extremidade de superfície de ombro e a su-perfície de carga de uma rosca ajustada mais próxima à extremidade de superfície de ombro, é 140 ou mais vezes tão longa quanto o intervalo de superfície de inserção, que é a distância axial entre a superfície de inserção da crista de rosca externa e a superfície de inserção da crista de rosca interna nas porções de encaixe rosqueado do pino e da caixa quando a superfície de carga da crista de rosca externa está em contato com a superfície de carga da crista da rosca interna.

[007] Essa junta rosqueada para tubos permite que a vedação hermética seja assegurada impedindo-se a deformação plástica do nariz de pino 8 sob uma carga de compressão.

LISTA DE CITACÀO LITERATURA DE PATENTE

[008] [PTL 1] Publicação de Pedido de Patente não examinada Japonesa (Tradução de pedido de PCT) n2 JP 2009-531603

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[009] Na Literatura de Patente 1, a extremidade de superfície de ombro perpendicular ao eixo geométrico do componente de pino ou o componente de caixa visto que a extremidade de superfície de ombro constitui a face de extremidade em corte transversal do componente de pino ou o componente de caixa. Entretanto, conforme mostrado na Figura 3 da técnica relacionada, as superfícies de contato das porções de ombro 12 e 14 geralmente não formam uma superfície perpendicular ao eixo geométrico, mas formam uma superfície cônica de um cone circular direito cujo fundo é uma superfície vertical 60 que passa pela extremidade do pino perpendicular ao eixo geométrico e que tem um vértice oposto ao centro na direção longitudinal da junta rosqueada quando tensionada, vista a partir do fundo do cone circular. Especificamente, um ângulo de ombro 0, que é um ângulo formado pelas superfícies de contato mútuo das porções de ombro 12 e 14 e a superfície vertical 60, é ajustado geralmente para maior ou igual a 0o (prefe-rencialmente, maior que 0o e 15° ou menor). Em contraste, a Literatura de Patente 1 cobre somente um caso em que 0 = 0o e exclui um caso em que 0 > 0o. Portanto, há algumas questões quanto a se a relação específica entre o comprimento de borda e o intervalo de superfície de inserção (comprimento de borda >140 x intervalo de superfície de inserção), que é um recurso da Literatura de Patente 1, pode ser uma condição crítica para assegurar a vedação hermética alcançada impe- dindo-se a deformação plástica do nariz de pino 8 sob uma carga de compressão mesmo se 0 > 0o.

[0010] Em outras palavras, a técnica relacionada tem um problema pelo fato de que os meios para impedir uma deformação plástica local do nariz de pino sob uma carga de compressão para assegurar a vedação hermética no caso em que o ângulo de ombro θ é 0o ou maior ainda não foram estabelecidos.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0011] Os inventores criaram a presente invenção com o seguinte contexto e configuração sob exame diligente para encontrar meios para solucionar o problema acima.

[0012] Em uma junta rosqueada para tubos que inclui: um componente de pino que inclui um membro macho, uma porção de nariz que se estende a partir do membro macho em direção a uma extremidade de tubo, e uma porção de ombro fornecida na extremidade da porção de nariz; e um componente de caixa que inclui um membro fêmea aparafusado ao membro macho, uma superfície periférica interna que está voltada para uma superfície periférica ex-terna do nariz de pino ou a porção de nariz do componente de pino e uma porção de ombro que entra em contato com a porção de ombro do componente de pino, sendo que a superfície periférica externa do nariz de pino é uma superfície convexa; a superfície periférica interna do componente de caixa é uma superfície afunilada que interfere na superfície periférica externa do nariz de pino quando ligada ao componente de pino; o ângulo de ombro θ da porção de ombro é maior ou igual a 0o (preferencialmente, maior que 0o e 15° ou menor); e o componente de pino e o componente de caixa são ligados pelo aparafusamento para colocar a superfície convexa do nariz de pino e a superfície afunilada do componente de caixa em contato de metal com metal entre si, de modo que a interface de contato do mesmo forme uma porção de vedação, (a) a deformação plástica do nariz de pino sob a carga de compressão inicia localmente ao redor de uma extremidade do nariz de pino, e a porção do componente de pino que é próxima à mesma cuja superfície convexa entra em contato de alta pressão com a superfície afunilada do componente de caixa para formar uma relação que está propensa à deformação plástica; e (b) o meio para impedir de modo eficaz a deformação plástica que está propensa a ocorrer em uma posição próxima à extremidade do nariz de pino que entra em contato de alta pressão com a superfície afunilada do componente de caixa é ajustar um comprimento da borda do lado da caixa L, que é a distância axial entre um ponto correspondente à extremidade de nariz de pino do componente de caixa e a superfície de carga de uma crista da rosca interna de lado de borda mais próximo ao ponto correspondente da extremidade de nariz de pino é 300 ou mais vezes tão longo quanto um intervalo de superfície de inserção δ, que é o intervalo axial entre uma superfície de inserção de uma crista de rosca interna em uma posição duas ou mais cristas para trás da crista da rosca interna de lado de borda e uma superfície de inserção de uma crista de rosca externa que está voltada para a superfície de inserção quando tensionada, ou seja, L > 300 x δ.

[0013] A presente invenção é como segue:

[0014] uma junta rosqueada para tubos, que compreende: um componente de pino 3 que inclui um membro macho 7, uma porção de nariz 8 que se estende a partir do membro macho 7 em direção a uma extremidade de tubo e uma porção de ombro 12 fornecida na extremidade da porção de nariz 8; e um componente de caixa 1 que inclui um membro fêmea 5 aparafusado ao membro macho 7, uma superfície periférica interna 30 que está voltada para uma superfície periférica externa 20 do nariz de pino ou da porção de nariz 8 do componente de pino 3, e uma porção de ombro 14 que entra em contato com a porção de ombro 12 do componente de pino 3, sendo que a superfície perifé- rica externa 20 do nariz de pino 8 é uma superfície convexa 20; a superfície periférica interna 30 do componente de caixa 1 é uma superfície afunilada 30 que interfere na superfície convexa 20 do nariz de pino 8 quando ligada ao componente de pino 3; o ângulo de ombro θ das porções de ombro 12 e 14 é maior ou igual a 0o; o componente de pino 3 e o componente de caixa 1 são ligados pelo aparafusamento para colocar a superfície convexa 20 do nariz de pino 8 e a superfície afunilada 30 do componente de caixa 1 em contato de metal com metal entre si, de modo que a interface de contato com o mesmo forme uma porção de vedação 40, caracterizada pelo fato de que um comprimento de borda do lado de caixa L, que é a distância axial entre um ponto correspondente à extremidade de nariz de pino P do componente de caixa 1 e uma superfície de carga 18b de uma crista da rosca interna de lado de borda 50 mais próxima ao ponto correspondente à extremidade de nariz de pino é 300 ou mais vezes tão longo quanto um intervalo de superfície de inserção δ, que é o intervalo axial entre uma superfície de inserção 19b de uma crista de rosca interna em uma posição duas ou mais cristas para trás da crista da rosca interna de lado de borda 50 e uma superfície de inserção 19a de uma crista de rosca externa que está voltada para a superfície de inserção 19b quando tensionada.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0015] Na junta rosqueada de acordo com a presente invenção, a relação entre o comprimento de borda de lado de caixa Leo intervalo de superfície de inserção δ satisfaz L > 300 x δ. Isso pode impedir de modo eficaz a deformação plástica que está propensa a ocorrer particularmente em uma posição próxima à extremidade do nariz de pino que entra em contato de alta pressão com a superfície afunilada do componente de caixa quando a carga de compressão é aplicada à junta rosqueada cujo ângulo de ombro θ é maior ou igual a 0o, garantindo assim a vedação hermética. Tendo em vista o aperfeiçoamento do efeito, θ é preferencialmente maior que 0o e é mais preferencialmente maior que 0o e 15° ou menor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um exemplo de junta rosqueada para tubos de acordo com a presente invenção.

[0017] A Figura 2 é uma vista em corte transversal de uma junta convencional rosqueada para tubos.

[0018] A Figura 3 é uma vista em corte transversal ampliada das proximidades do nariz de pino na Figura. 2.

[0019] A Figura 4 é uma vista em corte transversal ampliada da porção rosqueada na Figura. 2.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE

[0020] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um exemplo da presente invenção. Nesse exemplo, uma junta rosqueada para tubos inclui um componente de pino 3 que tem um membro macho 7, uma porção de nariz 8 que se estende a partir do membro macho 7 em direção a uma extremidade de tubo e uma porção de ombro 12 fornecida em uma extremidade da porção de nariz 8; e um componente de caixa 1 que tem um membro fêmea 5 aparafusado ao membro macho 7, uma superfície periférica interna 30 voltada para uma superfície periférica externa 20 do nariz de pino ou da porção de nariz 8 do componente de pino 3, e uma porção de ombro 14 que entra em contato com o ombro 12 do componente de pino 3. A superfície periférica externa 20 do nariz de pino 8 é uma superfície convexa 20. A superfície periférica interna 30 do componente de caixa 1 é uma superfície afunilada 30 que interfere na superfície convexa 20 do nariz de pino 8 quando unida ao componente de pino 3. O ângulo de ombro θ das porções de ombro 12 e 14 é maior que 0o e 15° ou menos. O componente de pino (3) e o componente de caixa (1) são unidos pelo aparafusamento para colocar a superfície convexa 20 do nariz de pino 8 e a superfície afunilada 30 do componente de caixa 1 em contato de metal com metal entre si, de modo que a interface de contato das mesmas forme uma porção de vedação 40. Um comprimento de borda de lado de caixa L, que é a distância axial entre um ponto correspondente à extremidade de nariz de pino P do componente de caixa 1 e uma superfície de carga 18b de uma crista de rosca interna de lado de borda 50 mais próxima ao ponto correspondente à extremidade de nariz de pino P, é 300 ou mais vezes tão longo quanto um intervalo de superfície de inserção δ, que é o intervalo axial entre uma superfície de inserção 19b de uma crista de rosca interna em uma posição duas ou mais cristas para trás da crista de rosca interna de lado de borda 50 e uma superfície de inserção 19a de uma crista de rosca externa que está voltada para a superfície de inserção 19b quando tensionada, ou seja, L > 300 x δ.

[0021] Isso permite a deformação por compressão da porção do nariz de pino 8 que está voltado para a porção do componente de caixa 1 dentro do comprimento de borda de lado de caixa quando uma carga de compressão é aplicada para se situar dentro de uma deformação elástica, fornecendo assim um efeito de impedir que a porção de vedação 40 fique propensa à deformação plástica (mantendo a deformação da porção de vedação 40 dentro de uma deformação elástica), assegurando assim a vedação hermética. Se L <300*δ, o efeito acima é insa-tisfatório, tornando difícil assegurar assim a vedação hermética.

[0022] A razão pela qual a crista de rosca interna de acordo com a definição do intervalo de superfície de inserção δ é a crista de rosca interna na posição duas ou mais cristas para trás da crista de rosca interna de lado de borda (chamada de posição XC) é que a altura da crista de rosca externa cuja superfície de inserção está voltada para a superfície de inserção da crista de rosca interna (chamada de crista de rosca externa correspondente) na posição XC quando tensionada é H/2 ou maior, enquanto a altura da crista de rosca externa correspondente é menor do que H/2 em uma posição à frente da posição XC, resultando assim em um δ indefinido, em que H é uma altura de crista normal e δ é definido em uma posição substancialmente intermediária à altura das cristas (H/2).

[0023] Embora o limite superior de L/δ não seja particularmente limitado, é preferencial que L/δ seja definido em 1.000 ou menos tendo em conta a eficácia de produção de corte de rosca.

EXEMPLOS

[0024] As amostras de juntas rosqueadas para tubos de aço com um diâmetro externo de 22,86 a 1,58 cm (9 a 5/8 polegadas) e uma espessura de parede de 1,38 cm (0,545 polegada) mostradas na Tabela 1 são fabricadas em conformidade com a junta rosqueada mostrada na Figura 1 e submetidas a um teste ISO 13679 série A. Os resultados mostraram que os exemplos da invenção exibem capacidade de vedação superior aos exemplos comparativos, conforme mostrado na Tabela 1. TABELA 1

LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERÊNCIA 1 componente de caixa 3 pino (componente de pino) 5 membro fêmea (rosca interna) 7 membro macho (rosca externa) 8 porção de nariz (nariz de pino) 11 porção de vedação 12 porção de ombro 13 porção de vedação 14 porção de ombro 18b superfície de carga de crista de rosca interna de lado de borda 19a superfície de inserção de crista de rosca externa 19b superfície de inserção de crista de rosca interna 20 superfície periférica externa de nariz de componente de pino (superfície convexa) 30 superfície periférica interna (superfície afunilada) de componente de caixa voltada para a superfície periférica externa de nariz de pino 40 porção de vedação 50 crista de rosca interna de lado de borda 60 superfície vertical perpendicular ao eixo geométrico de tubo P ponto correspondente à extremidade de nariz de pino L comprimento de borda de lado de caixa δ intervalo de superfície de inserção θ ângulo de ombro

Claims

1. Junta rosqueada para tubos, que compreende: um componente de pino (3) que inclui um membro macho (7), uma porção de nariz (8) que se estende a partir do membro macho (7) até a extremidade de um tubo, e uma porção de ombro (12) fornecida na extremidade da porção de nariz (8); e um componente de caixa (1) que inclui um membro fêmea (5) aparafusado ao membro macho (7), uma superfície periférica interna (30) que está voltada para uma superfície periférica externa (20) do nariz de pino ou uma porção de nariz (8) do componente de pino (3), e uma porção de ombro (14) que entra em contato com a porção de ombro (12) do componente de pino (3), em que a superfície periférica externa (20) do nariz de pino (8) é uma superfície convexa (20); a superfície periférica interna (30) do componente de caixa (1) é uma superfície afunilada (30) que interfere na superfície convexa (20) do nariz de pino (8), quando unida ao componente de pino (3); o ângulo de ombro (0) das porções de ombro (12) e (14) é maior ou igual a 0o; o componente de pino (3) e o componente de caixa (1) são unidos pelo aparafusamento para colocar a superfície convexa (20) do nariz de pino (8) e a superfície afunilada (30) do componente de caixa (1) em contato de metal com metal uma com a outra, de modo que a interface de contato da mesma forme uma porção de vedação (40), caracterizada pelo fato de que um comprimento da borda do lado da caixa (L), que é a distância axial entre um ponto correspondente à extremidade de nariz de pino (P) do componente de caixa (1) e uma superfície de carga (18b) de uma crista de rosca interna de lado de borda (50) o mais perto do ponto correspondente à extremidade de nariz de pino (P), é 300 ou mais e 1.000 ou menos vezes tão longa quanto um intervalo de superfície de inserção (δ), que é o intervalo axial entre uma superfície de inserção (19b) de uma crista de rosca interna em uma posição duas ou mais cristas para trás da crista de rosca interna de lado de borda (50) e uma superfície de inserção (19a) de uma crista de rosca externa que está voltada para a superfície de inserção (19b) quando tensionada.