BR112015005576B1 - componente de coluna de perfuração com rosca - Google Patents

Abstract

COMPONENTE DE COLUNA DE PERFURAÇÃO COM ROSCA Implementações da presente invenção compreendem componentes de coluna de perfuração tendo pelo menos uma rosca se estendendo em torno de um corpo. A extremidade principal da rosca pode ter uma configuração tendo um comprimento aumentado e resistência ao emperramento e o cruzamento de rosca. Em particular, a extremidade principal da rosca pode compreender uma superfície plana perpendicular ao corpo. A extremidade principal da rosca pode prover uma transição abrupta a profundidade de rosca total que ajuda a reduzir ou eliminar o cruzamento de rosca e pode ser orientada com um ângulo em relação ao eixo do componente de coluna de perfuração. A rosca pode prover, adicionalmente, pelo menos um dentre uma largura de rosca variável e um passo de rosca variável configurado para criar um encaixe axial progressivo. A rosca também pode prover uma base de rosca cilíndrica e uma crista de rosca que circunscreve um tronco-cônico ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial das roscas configuradas para criar um encaixe radial progressivo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisório n° 61/700.401, depositado em 13 de setembro de 2012, intitulado "COMPONENTES DE COLUNA DE PERFURAÇÃO TENDO JUNTAS COM ROSCAS MÚLTIPLAS" cujo conteúdo é por meio deste documento incorporado por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da invenção

[002]Implementações da presente invenção dizem respeito geralmente a componentes e sistemas para perfuração. Em particular, as implementações da presente invenção dizem respeito a componentes de perfuração compreendendo força aumentada e resistência ao emperramento, cruzamento de rosca e acunhamento.

Tecnologia Relevante

[003]Conexões rosqueadas têm sido bem conhecidas por muito tempo, e roscas proveem uma vantagem significativa em que a estrutura helicoidal da rosca pode converter um movimento rotacional e força em um movimento e força lineares. Roscas existem em muitos tipos de elementos e podem ser usadas em aplicações e indústrias ilimitadas. Por exemplo, as roscas são essenciais para parafusos, parafusos com cabeça e outros tipos de fixadores mecânicos que podem engatar uma superfície (por exemplo, no caso de um parafuso) ou ser usados em conexão com uma porca (por exemplo, no caso de um parafuso com cabeça) para manter múltiplos elementos juntos, aplicar uma força a um elemento ou para qualquer outro propósito adequado. Rosquear também é comum em praticamente qualquer indústria em que os elementos são mecanicamente fixados juntos. Por exemplo, em aplicações de canalização, tubos são usados para distribuir líquidos ou gases sob pressão. Tubos podem ter extremidades rosqueadas que se unem com roscas correspondentes de um tubo adjacente, fixador, adaptador, conector ou outra estrutura. As roscas podem ser usadas na criação de uma vedação estanque aos fluidos para proteger contra o vazamento de fluido no local de conexão.

[004] Tecnologias de campo petrolífero, de exploração e outras de perfuração também fazem uso extensivo de roscas. Por exemplo, quando o poço é cavado, elementos de revestimento podem ser colocados no interior do poço. Os revestimentos geralmente têm um comprimento fixo e múltiplos revestimentos são presos um ao outro a fim de produzir um revestimento da altura desejada. Os revestimentos podem ser conectados em conjunto usando rosqueamento em extremidades opostas destes. Semelhantemente, conforme elementos de perfuração são usados para criar um poço ou para colocar objetos no interior de um poço, uma haste de perfuração ou outro dispositivo similar pode ser usado. Onde a profundidade do poço for suficientemente grande, múltiplas hastes de perfuração podem ser conectadas em conjunto, o que pode ser facilitado usando roscas correspondentes em extremidades opostas da haste de perfuração. Frequentemente, as hastes de perfuração e os revestimentos são muito grandes e maquinarias aplicam grandes forças a fim de rosquear as hastes ou revestimentos juntos.

[005] Esforços significativos têm sido feitos para padronizar equipamento em indústrias de campo petrolífero, de exploração e outras de perfuração. No caso de hastes de perfuração, ambos os padrões de diâmetro externo e interno foram desenvolvidos e, no caso de rosqueamento, padrões de múltiplos rosqueamentos foram desenvolvidos para permitir que diferentes fabricantes produzam partes intercambiáveis. Por exemplo, os esquemas de padronização exemplares compreendem Padrão de Rosca Unificado (Unified Thread Standard) (UTS), Padrão Britânico de Whitworth (British Standard Whitworth) (BSW), Padrão Britânico de Tubulação Afilada (British Standard Pipe Taper) (BSPT), Rosca Afilada de Rosca de Tubulação Nacional (National Pipe Thread Tapered Thread) (NPT), Organização Internacional dePadronização (International Organization for Standardization) (ISO) roscas métricas, Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute) (API) roscas, e inúmeros outros esquemas de padronização de rosca.

[006] Enquanto a padronização permitiu maior previsibilidade e permutabilidade quando os componentes de fabricantes diferentes são combinados em conjunto, a padronização também diminuiu a quantia de inovação em projeto de componente de perfuração. Em um exemplo, ambos os diâmetros externos e internos de hastes de perfuração foram fixados pelo requisitos da indústria. Por conseguinte, a porção da espessura de parede atribuída às roscas correspondentes operáveis para transferir cargas de perfuração e para resistir ao desgaste devido à repetida feitura e quebra dos componentes de perfuração deve ser equilibrado com o material restante sobre as porções rosqueadas de componentes de modo que os componentes podem resistir a cargas de perfuração e desgaste devido à abrasão contra a parede de poço perfurado e cortes resultantes.

[007] Em outro exemplo, as roscas podem ser criadas usando formatos de corte transversal existentes - ou forma de rosca - e diferentes combinações de rosca principal, espaçamento e número de inícios. Em particular, principal se refere à distância linear ao longo de um eixo que é coberto em uma rotação total. Espaçamento se refere à distância a partir da crista de uma rosca até a próxima e início se refere ao número de inícios, ou arestas, envolvidas em torno do cilindro do fixador rosqueado. Um conector de início único é o mais comum e compreende uma única aresta envolvida em torno do corpo de fixador. Um conector de início duplo compreende duas arestas envolvidas em torno do corpo fixador. Roscas por polegada também é um elemento de especificação de rosca, mas está diretamente relacionado com a rosca principal, espaçamento e início.

[008] Enquanto roscas existentes e formas de rosca são adequadas para um número de aplicações, é necessária melhoria contínua em outras áreas, tal como em alto torque, alta potência e/ou aplicações de alta velocidade. Em um exemplo, projetos de rosca existentes são inerentemente propensos ao emperramento. Em outro exemplo, projetos de rosca existentes não usam o material disponível de forma eficaz. Em outra modalidade, projetos de rosca existentes diminuem a capacidade de carga de componentes unidos. Ainda em outro exemplo, projetos de rosca existentes exibem desgaste excessivo.

[009] Emperramento é a interação anormal entre o início de uma rosca e uma rosca correspondente, de tal modo que no curso de uma espira única, uma rosca passa parcialmente embaixo da outra ficando, desse modo, acunhada com essa. Emperramento pode ser particularmente comum onde conectores rosqueados são afilados. Em outro exemplo, projetos de componente de perfuração existentes podem ter capacidade de carga de perfuração limitada e capacidade de carga de fadiga como resultado do material proporcionado para a rosca macho ou para o material subjacente sobre a extremidade macho de um componente de perfuração.

[0010] Em certas aplicações, tais como em conexão com plataformas de perfuração, múltiplas hastes de perfuração, revestimentos e similares podem ser feitos. Conforme mais hastes ou revestimentos são adicionados, interferência devido ao acunhamento ou cruzamento de rosca pode se tornar maior. De fato, com energia suficiente (por exemplo, quando feito usando energia hidráulica de uma plataforma de perfuração) uma junta de haste pode ser destruída. Hastes de núcleo em aplicações de perfuração também têm, frequentemente, roscas que são grossas com cristas rosqueadas planas amplas paralelas às cristas correspondentes devido a um ajuste de interferência correspondente ou ajuste de folga leve ditado por muitos projetos de junta de haste de perfuração. A combinação de prolongamentos de rosca e cristas de rosca paralelas planas em roscas afiladas grossas cria um potencial ainda maior para interação de cruzamento de rosca, que pode não estar, de outra forma, presente em outras aplicações.

[0011] Em roscas afiladas, as extremidades opostas de componentes macho e fêmea podem ser de tamanhos diferentes. Por exemplo, um componente rosqueado macho pode afilar e aumentar gradualmente em tamanho conforme a distância a partir da extremidade aumenta. Para acomodar o aumento em tamanho, a rosca fêmea pode ser maior na extremidade. A diferença no tamanho de roscas afiladas também faz roscas afiladas particularmente propensas ao emperramento, o que também é referido como cruzamento de rosca. Cruzamento de rosca em roscas afiladas ou outras roscas pode resultar em dano significativo para as roscas e/ou os componentes que incluem as roscas. Danos às roscas pode exigir a substituição do componente rosqueado, resultar em uma conexão enfraquecida, reduzir as características de estanque aos fluidos de uma vedação entre os componentes, ou ter outros efeitos, ou qualquer combinação dos anteriores.

[0012] Por exemplo, inícios de rosca de tipo de prolongamento têm cristas com uma junta afilada. Se os componentes macho e fêmea são movidos juntos sem rotação, as cristas de prolongamento podem acunhar juntas. Se giradas, as cristas de prolongamento também podem acunhar quando alimentadas com base no alinhamento relativo dos prolongamentos. Em particular, como um prolongamento de rosca é normalmente cerca de metade da circunferência em comprimento, e uma vez que a rosca tem uma junta afilada, há menos do que metade da circunferência dos respectivos componentes macho e fêmea provendo posicionamento rotacional para rosqueamento sem acunhar. Tais requisitos posicionais podem ser particularmente difíceis de obter em aplicações onde ampla alimentação e forças rotacionais são usadas para unir componentes correspondentes. Por exemplo, na fabricação automatizada de conexões de haste de núcleo na indústria de perfuração, o equipamento pode operar com forças suficientes de tal modo que emperramento, acunhamento ou cruzamento de rosca seja uma ocorrência muito comum.

[0013] Além disso, ao se juntar componentes macho e fêmea que estão em um alinhamento excêntrico, as conexões de tipo de prolongamento também podem ser propensas a cruzamento de rosca, emperramento e acunhamento. Por conseguinte, quando os componentes macho e fêmea são alimentados sem rotação, o prolongamento pode acunhar em uma rosca correspondente. Em rotação, o prolongamento também pode acunhar em uma rosca correspondente. Acunhamento pode ser reduzido, mas após uma oportunidade de rosqueamento (por exemplo, unir a ponta do prolongamento na abertura adjacente a um prolongamento correspondente), acunhamento ainda pode ocorrer devido à oportunidade de rosqueamento perdida e desalinhamento. Roscas excêntricas podem ser configuradas de tal modo que uma crista de prolongamento médio no componente de expedição tem geometria relativa igual ou correspondente à crista da rosca fêmea.

[0014] Conforme discutido acima, os conectores rosqueados tendo inícios de rosca de tipo de prolongamento podem ser particularmente propensos ao emperramento de rosca, cruzamento de rosca, acunhamento, apreensão de junta e similares. Tais dificuldades podem ser particularmente prevalentes em certas indústrias, tal como em conexão com os projetos de hastes de perfuração de núcleo. O inicio de rosca provê uma extremidade principal, ou primeira extremidade, de uma rosca macho ou fêmea e se une com aquela de uma rosca correspondente para fazer uma haste ou outra conexão. Se os inícios de rosca de tipo de prolongamento emperram, acunham, cruzam rosca e similares, as hastes podem precisar ser removidas de um local de perfuração e podem exigir correção que exige uma parada na produção de perfuração.

[0015] Adicionalmente, hastes de perfuração e revestimentos comumente fazem uso de roscas afiladas e juntas afiladas de tal modo que os diâmetros nos inícios de rosca são menores do que os diâmetros nas extremidades de rosca. Roscas e juntas afiladas reduzem a quantia de material de corte transversal disponível para transferir cargas. Roscas e juntas afiladas também são propensas a dificuldades de cruzamento de rosca. Uma vez que uma haste de núcleo pode ter uma rosca afilada, o prolongamento no início da rosca macho pode ser menor em diâmetro do que aquele do início da rosca fêmea. Como resultado, pode haver geometria de transição no início de cada rosca para transição a partir de uma descarga para um perfil de rosca total. Em função de o inicio de rosca e geometria de transição poder ter tamanhos diferenciando daqueles da rosca fêmea, a geometria de transição e início de rosca podem se unir de forma anormal e acunhar entre si.

[0016] Se houver um afilamento suficiente sobre o prolongamento, o início da rosca macho pode ter alguma folga para o início da rosca fêmea, tal como onde a geometria de prolongamento médio corresponde à geometria da rosca fêmea. Entretanto, a geometria de transição do início da rosca pode, contudo, interagir de forma anormal com espiras da rosca além do inicio de rosca, normalmente em espiras subsequentes de cristas de rosca correspondentes, desse modo, também resultando em emperramento, cruzamento de rosca, acunhamento e similares. Deste modo, a presença de um prolongamento geralmente atua como uma cunha com um prolongamento correspondente aumentando, desse modo, a oportunidade e probabilidade de emperramento de rosca.

[0017] As limitações dos projetos da rosca de tipo de prolongamento são normalmente provocadas por limitações de tornos de usinagem existentes. Em particular, as roscas são normalmente cortadas por tornos de usinagem de rotação que pode apenas gradualmente aplicar alterações na altura ou profundidade de rosca com a rotação da parte. Por conseguinte, as roscas são geralmente formadas para incluir prolongamentos tendo geometria e prolongamentos idênticos ou similares a outras porções do inicio de rosca. Por exemplo, entre outras coisas, tornos tradicionais não são capazes de aplicar uma transição vertical abrupta ou próxima da vertical de uma descarga para perfil de rosca total para rotação da parte durante a usinagem. A alteração gradual também é exigida para remover bordas de recurso parcialmente agudo de material criado onde o ângulo levemente principal ou de hélice da rosca atende o material sendo cortado.

[0018] Projetos de rosca existentes necessariamente não fazem uso efetivo de material disponível. Conforme explicado anteriormente, o uso de base total e rosca afilada resulta em perda de área de corte transversal de um componente, e a perda de material de corte transversal resulta em capacidade de carga e resistência à fadiga reduzidas para um determinado componente. Em outro exemplo, o uso de uma rosca única provê fácil fabricação e fácil feitura e quebra. Entretanto, o uso de uma rosca única limita a área de superfície de suporte de flanco de pressão, deste modo, a eficiência de carga do componente. Esta prática também limita o material no flanco de rosca- para-interface de base de rosca, a localização de tensão máxima e iniciação de rachadura de falha por fadiga e a resistência à fadiga do componente.

[0019] Além disso, projetos de rosca existentes usando uma rosca única resultam em componentes que são inerentemente desequilibrados quando componentes correspondentes são postos em contato. Sem pretender ser ligado pela teoria e/ou simulação, quando componentes de coluna de perfuração tendo uma rosca de início único são postos em contato correspondente, a rosca de pino é colocada em tensão e a rosca caixa é colocada em compressão. Segue-se que, uma vez que a carga em uma junta rosqueada se move para o primeiro ponto de contato unido, há uma porção maior de carga tomada pela porção de rosca unida mais próxima do primeiro ponto de contato em um lado da junta. Esta resposta de carga assimétrica pode criar uma carga de flexão em componentes de coluna de perfuração unidos e pode diminuir a capacidade de carga.

[0020] O desgaste é a erosão ou deslocamento de material de rosca a partir de sua posição original sobre a superfície de rosca devido às ações mecânicas relativas de roscas correspondentes. Projetos de rosca existentes também podem ser configurados para criar um ajuste de interferência, por exemplo, no diâmetro maior dos componentes correspondentes. Por exemplo, a crista de rosca macho pode ser configurada para criar uma interferência radial com a base de rosca fêmea. Conforme as roscas são feitas, o ajuste de interferência pode ser uma fonte de desgaste de rosca significativa conforme pode adicionar muito à pressão de contacto entre as roscas conforme deslizam uma em relação à outra. Em última análise, ajustes de interferência nos recursos de rosca aumentam o desgaste de rosca. O desgaste de rosca degrada a geometria de rosca, deste modo, a capacidade de carga ou a eficiência de carga do componente de coluna de perfuração.

[0021] Deste modo, desvantagem com roscas tradicionais podem ser agravadas com componentes de perfuração. Em particular, as juntas dos componentes de coluna de perfuração podem exigir uma junta com uma capacidade de carga de alta tensão devido ao comprimento e peso de muitas colunas de perfuração. Além disso, a junta frequentemente precisará resistir inúmeras feituras e quebras uma vez que os mesmos componentes de coluna de perfuração podem ser instalados e removidos de uma coluna de perfuração múltiplas vezes durante a perfuração de um poço. Semelhantemente, os componentes de coluna de perfuração podem ser reutilizados múltiplas vezes durante a sua vida útil. Agravando estes problemas está o fato de que muitas indústrias de perfuração, tal como perfuração de exploração, exigem o uso de componentes de coluna de perfuração de parede fina. A construção de parede fina de tais componentes de coluna de perfuração pode limitar a geometria das roscas.

[0022] Por conseguinte, existe uma necessidade de projetos de rosca melhorados e de componentes de perfuração que reduzem o desgaste, emperramento e cruzamento de rosca, assim como o uso de material disponível de forma eficaz para aumentar a capacidade de carga de perfuração e confiabilidade de junta.

SUMÁRIO

[0023] Deve ser entendido que este resumo não é uma visão geral extensiva da divulgação. Este resumo é exemplar e não restritivo, e não é destinado nem a identificar elementos chave ou críticos da divulgação nem delinear o escopo desta. O único propósito deste resumo é explicar e exemplificar certos conceitos da divulgação como uma introdução para a descrição completa e extensiva detalhada a seguir.

[0024] Uma ou mais implementações da presente invenção superam um ou mais dos problemas citados acima ou outros na técnica com componentes de perfuração, ferramentas e sistemas que proveem eficaz e eficiente fabricação de juntas rosqueadas. Em um aspecto, uma ou mais implementações da presente invenção compreendem os componentes de coluna de perfuração compreendendo força aumentada e resistência ao emperramento e cruzamento de rosca. Tais componentes de coluna de perfuração podem reduzir ou eliminar dano às roscas devido ao emperramento e cruzamento de rosca. Em particular, uma ou mais implementações compreendem componentes de coluna de perfuração tendo roscas com uma extremidade principal ou início de rosca orientado em um ângulo agudo em relação ao eixo central do componente de coluna de perfuração. Adicionalmente ou de forma alternativa, a extremidade principal das roscas pode prover uma transição abrupta para profundidade e/ou largura de rosca total. Adicionalmente ou de forma alternativa, as roscas podem ter pelo menos um dentre um espaçamento de rosca variável e uma largura de rosca variável. Adicionalmente ou de forma alternativa, as roscas podem ter uma base de rosca cilíndrica e uma crista de rosca que circunscreve um tronco- cônico sobre pelo menos uma porção do comprimento axial das roscas.

[0025] Em um aspecto, uma ou mais implementações de um componente de coluna de perfuração rosqueado tendo força aumentada e resistência ao emperramento e cruzamento de rosca compreende um corpo oco tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade oposta e um eixo central se estendendo através do corpo oco. O componente de coluna de perfuração também compreende pelo menos uma rosca posicionada na primeira extremidade do corpo oco. A pelo menos uma rosca compreende uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo da primeira extremidade do corpo oco. A pelo menos uma rosca tem uma profundidade de rosca, uma largura de rosca e um espaçamento de rosca. A pelo menos uma rosca compreende uma extremidade principal próxima da primeira extremidade do corpo oco. A extremidade principal da pelo menos uma rosca é orientada em um ângulo agudo em relação ao eixo central do corpo oco. A extremidade principal da pelo menos uma rosca é voltada para uma espira adjacente da rosca. O espaçamento de rosca da pelo menos uma rosca aumenta de um primeiro valor próximo da extremidade principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca.

[0026] Em um aspecto, uma ou mais implementações de um componente de coluna de perfuração tendo força aumentada e resistência ao emperramento e cruzamento de rosca compreende pelo menos uma rosca tendo uma crista de rosca e uma base de rosca. A base de rosca da pelo menos uma rosca circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta. A crista de rosca da pelo menos uma rosca circunscreve uma superfície tronco-cônica se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta.

[0027] Em um aspecto, uma ou mais implementações de um componente de coluna de perfuração tendo força aumentada e resistência ao emperramento e cruzamento de rosca compreende um componente de coluna de perfuração tendo uma pluralidade de roscas.

[0028] Em um aspecto, uma ou mais implementações de um componente de coluna de perfuração tendo força aumentada e resistência ao emperramento e cruzamento de rosca compreende um componente de coluna de perfuração que elimina o ajuste de interferência em recursos de rosca. Em um aspecto adicional, os ajustes de interferência são providos em recursos de componente não rosqueados, tais como superfícies de vedação.

[0029] Em outro aspecto, uma ou mais implementações de um componente de coluna de perfuração tendo força aumentada e resistência ao emperramento e o cruzamento de rosca compreende um corpo, uma extremidade caixa, uma extremidade de pino oposta e um eixo central se estendendo através do corpo. O componente de coluna de perfuração também compreende uma rosca fêmea posicionada na extremidade caixa do corpo. A rosca fêmea tem uma profundidade e uma largura. Adicionalmente, o componente de coluna de perfuração também compreende uma rosca macho posicionada na extremidade de pino do corpo. A rosca macho tem uma profundidade e uma largura. Cada uma dentre a rosca fêmea e a rosca macho compreende uma extremidade principal. A extremidade principal de cada uma dentre a rosca fêmea e a rosca macho compreende uma superfície plana se estendendo perpendicular ao corpo. A superfície plana da extremidade principal da rosca fêmea se estende ao longo de toda a largura e toda a profundidade da rosca fêmea. Semelhantemente, a superfície plana da extremidade principal da rosca macho se estende ao longo de toda a largura e toda a profundidade da rosca macho.

[0030] Além do citado acima, uma implementação de um método de fabricação de uma junta em uma coluna de perfuração com força aumentada e sem emperramento ou cruzamento de rosca envolve inserir uma extremidade de pino de um primeiro componente de coluna de perfuração em uma extremidade caixa de um segundo componente de coluna de perfuração. O método também envolve girar o primeiro componente de coluna de perfuração em relação ao segundo componente de coluna de perfuração; desse modo, apoiando uma extremidade principal plana de uma rosca macho na extremidade de pino do primeiro componente de coluna de perfuração contra uma extremidade principal plana de uma rosca fêmea na extremidade caixa do segundo componente de coluna de perfuração. A extremidade principal plana da rosca macho é orientada em um ângulo agudo em relação a um eixo central do primeiro componente de coluna de perfuração. Semelhantemente, a extremidade principal plana da rosca fêmea é orientada em um ângulo agudo em relação a um eixo central do segundo componente de coluna de perfuração. Adicionalmente, o método envolve deslizar a extremidade principal plana da rosca macho contra e ao longo da extremidade principal plana da rosca fêmea para guiar a rosca macho em um vão entre as espiras da rosca fêmea.

[0031] Recursos e vantagens adicionais das implementações exemplares da invenção serão estabelecidos na descrição a seguir e em parte serão óbvios a partir da descrição ou podem ser aprendidos pela prática de tais implementações exemplares. Os recursos e vantagens de tais implementações podem ser realizados e obtidos por meio dos instrumentos e combinações particularmente apontados nas reivindicações anexas. Estes e outros recursos irão se tornar mais totalmente evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações anexas ou podem ser aprendidos pela prática de tais implementações exemplares conforme estabelecido nas partes que seguem.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0032] As figuras anexas, que são incorporadas e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram modalidades e juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios dos métodos e sistemas.

[0033] A Figura 1 ilustra a vista transversal longitudinal fragmentária através de uma pluralidade de hastes de perfuração conectadas em uma coluna de perfuração com uma porção intermédia longitudinal das hastes de perfuração sendo separadas;

[0034] A Figura 2 é uma vista transversal longitudinal fragmentária aumentada de uma das juntas de haste de perfuração da Figura 1, as linhas tracejadas indicando a localização das cristas e bases de roscas diametralmente opostas àquelas mostradas em linhas contínuas e a junta sendo mostrada em uma condição de aperto;

[0035] A Figura 3 é uma vista longitudinal fragmentária de uma extremidade de pino de uma haste de perfuração orientada de forma axial com a extremidade caixa de uma haste de perfuração adjacente com a caixa e uma metade do pino sendo mostrado em corte transversal;

[0036] A Figura 4 ilustra uma vista lateral de uma extremidade macho de um componente de coluna de perfuração e uma vista em corte transversal de uma extremidade fêmea de outro componente de coluna de perfuração cada uma tendo uma rosca com uma extremidade principal em conformidade com uma ou mais implementações da presente invenção;

[0037] A Figura 5 ilustra uma vista lateral de uma coluna de perfuração explodida tendo componentes de coluna de perfuração tendo extremidades principais em conformidade com uma ou mais implementações da presente invenção; e

[0038] A Figura 6 ilustra um diagrama esquemático de um sistema de perfuração incluindo componentes de coluna de perfuração tendo extremidades principais em conformidade com uma ou mais implementações da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0039] Antes de os presentes métodos e sistemas serem divulgados e descritos, deve ser entendido que os métodos e sistemas não são limitados a métodos sintéticos específicos, componentes específicos ou às composições particulares. Também deve ser entendido que a terminologia usada neste documento tem o propósito de descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante.

[0040] Conforme usado no relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma" e "a/o" incluem plurais referentes a menos que o contexto claramente declare de outra forma. Intervalos podem ser expressados neste documento como a partir de "cerca de" um valor particular e/ou a "cerca de" outro valor particular. Quando tal intervalo é expressado, outra modalidade inclui de um valor particular e/ou ao outro valor particular. Semelhantemente, quando valores são expressados como aproximações, pelo uso do antecessor "cerca de", deverá ser entendido que o valor particular forma outra modalidade. Deverá ser entendido, adicionalmente, que os pontos finais de cada um dos intervalos são significativos tanto em relação ao outro ponto final quanto independentemente do outro ponto final.

[0041] "Opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância descrita posteriormente pode ou pode não ocorrer e que a descrição inclui instâncias onde dito evento ou circunstância ocorre e instâncias onde não ocorra.

[0042] Por toda a descrição e reivindicações deste relatório descritivo, a palavra "compreender" e variações da palavra, tais como "compreendendo" e "compreende", significa "incluindo, mas não limitado a" e não se destina a excluir, por exemplo, outros aditivos, componentes, inteiros ou etapas. "Exemplar" significa "um exemplo de" e não se destina a transmitir uma indicação de uma modalidade preferencial ou ideal. "Tal como" não é usado em um sentido restritivo, mas para propósitos explicativos.

[0043] São divulgados componentes que podem ser usados para executar os métodos e sistemas divulgados. Estes e outros componentes são divulgados neste documento e entende-se que quando combinações, subconjuntos, interações, grupos, etc., destes componentes são divulgados que, enquanto referência específica de cada uma de várias combinações individuais e coletivas e permutação destes não podem ser explicitamente divulgada, cada uma é especificamente prevista e descrita neste documento, para todos os métodos e sistemas. Isto se aplica a todos os aspectos deste pedido incluindo, mas não limitado a, etapas em métodos divulgados. Deste modo, se houver uma variedade de etapas adicionais que pode ser executada entende-se que cada uma destas etapas adicionais pode ser executada com qualquer modalidade específica ou uma combinação de modalidades dos métodos divulgados.

[0044] Os presentes métodos e sistemas podem ser entendidos mais prontamente por referência à seguinte descrição detalhada de modalidades preferenciais e os Exemplos incluídos nelas e às Figuras e sua descrição anterior e seguinte.

[0045] Implementações da presente invenção são direcionadas em direção aos componentes de perfuração, ferramentas e sistemas que proveem componentes de rosca de perfuração eficazes e eficaz fabricação de juntas rosqueadas. Por exemplo, uma ou mais implementações da presente invenção compreendem componentes de coluna de perfuração com eficiência de carga e capacidade de carga aumentadas e que também podem ser resistentes ao desgaste, emperramento e cruzamento de rosca. Tais componentes de coluna de perfuração podem reduzir ou eliminar danos às roscas devido ao desgaste, emperramento e cruzamento de rosca ao também aumentar a eficiência de carga e capacidade de carga sobre componentes de perfuração convencionais. Em particular, uma ou mais implementações compreendem componentes de coluna de perfuração tendo roscas múltiplas com extremidades principais ou inícios de rosca orientados em um ângulo agudo em relação ao eixo central do componente de coluna de perfuração. Adicionalmente ou de forma alternativa, a extremidade principal da rosca pode prover uma transição abrupta para profundidade e/ou largura de rosca total. Além disso, uma ou mais implementações de componentes de coluna de perfuração operáveis para prover um ajuste progressivo e que conserva material de corte transversal compreende pelo menos uma largura de rosca variável para prover um ajuste progressivo em uma direção axial ao longo de pelo menos uma porção da rosca e afilando pelo menos uma das cristas de rosca correspondentes ao longo de pelo menos uma porção da rosca ao manter um diâmetro de base constante ao longo de toda a rosca.

[0046] Referência será feita agora às figuras para descrever vários aspectos de uma ou mais implementações da invenção. Deve ser entendido que as figuras são representações diagramáticas e esquemáticas de uma ou mais implementações, e não são limitantes da presente divulgação. Além disto, enquanto várias figuras são providas em uma escala que é considerada funcional para uma ou mais implementações, as figuras não são necessariamente desenhadas à escala para todas as implementações previstas. As figuras representam, deste modo, uma escala exemplar, mas nenhuma conclusão deveria ser tirada a partir das figuras como a qualquer escala exigida.

[0047] Na seguinte descrição, inúmeros detalhes específicos são estabelecidos a fim de prover um entendimento total da presente invenção. Será evidente, entretanto, a um versado na técnica que a presente divulgação pode ser praticada sem estes detalhes específicos. Em outros exemplos, os aspectos bem conhecidos de especificações de rosca, fabricação de rosca, equipamento de campo para conectar componentes de rosca e similares não foram descritos em particular detalhe a fim de evitar aspectos desnecessariamente obscuros das implementações divulgadas.

[0048] Voltando agora à Figura 1, uma implementação de um componente de coluna de perfuração rosqueado exemplar é ilustrada. Os componentes de coluna de perfuração rosqueada tendo capacidade de carga e eficiência de carga aumentadas que também podem ser unidos ao evitar ou reduzir o risco de desgaste, cruzamento de rosca e emperramento são descritos em particular detalhe abaixo. Conforme mostrado nas Figuras 1 a 4, um primeiro componente de coluna de perfuração 102 pode compreender um corpo 103 e um conector macho ou extremidade de pino 104. Um segundo componente de coluna de perfuração 106 pode compreender um corpo 107 e um conector fêmea ou extremidade caixa 108. A extremidade de pino 104 do primeiro componente de coluna de perfuração 106 pode ser configurada para se conectar a extremidade caixa 108 do segundo componente de coluna de perfuração 106.

[0049] Em uma ou mais implementações, cada componente de coluna de perfuração 102 e 106 pode compreender um corpo oco tendo um eixo central 126 se estendendo através de lá conforme mostrado nas Figuras 1 a 4. Em implementações alternativas, um ou mais dos componentes de coluna de perfuração 102 e 106 podem compreender um corpo sólido (tal como uma haste de perfuração de percussão ou broca de perfuração) ou um corpo parcialmente oco. Mais particularmente, no caso de um corpo oco, o corpo oco pode compreender um diâmetro interno, um diâmetro externo e uma espessura de parede. Em um aspecto exemplar, o componente de coluna de perfuração pode ter as seguintes dimensões típicas:

[0050] A extremidade de pino 104 pode compreender pelo menosuma rosca macho 110 (isto é, uma rosca que se projeta radialmente para fora a partir da superfície externa da extremidade de pino 104). A extremidade caixa 108, por outro lado, pode compreender pelo menos uma rosca fêmea 112 (isto é, uma rosca que se projeta radialmente para dentro a partir de uma superfície interna da extremidade caixa 108). A pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem ter características geralmente correspondentes (por exemplo, largura, altura ou profundidade, comprimento rosqueado, afilado, principal, espaçamento, roscas por polegada, número de inícios de rosca, diâmetro de espaçamento, espiras de rosca correspondentes, etc.) ou podem variar em uma ou mais das características enumeradas.

[0051] Em outro aspecto da presente invenção, os seguintes intervalos e razões são previstos ao determinar as características de componentes de coluna de perfuração da presente divulgação:

[0052] Em uma ou mais implementações, a pelo menos uma rosca macho 110 e pelo menos uma rosca fêmea 112 podem compreender cristas e bases de rosca retas. Em uma implementação adicional, pelo menos uma dentre as cristas da pelo menos uma rosca macho e pelo menos uma rosca fêmea 110 e 112 são afiladas enquanto que as bases de rosca das roscas 110 e 112 permanecem constantes. Em outro aspecto, não é necessário que as roscas 110 e 112 sejam uniformes ao longo de todo o seu comprimento. De fato, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter características correspondentes àquelas da pelo menos uma rosca fêmea 112 apesar das características alterarem ao longo dos respectivos comprimentos de extremidade de pino 104 ou extremidade caixa 108. Em uma ou mais implementações, a pelo menos uma macho e pelo menos uma rosca fêmea 110 e 112 podem ter um espaçamento de rosca variável ao longo de pelo menos uma porção das roscas 110 e 112. Em outras implementações adicionais ou alternativas, a pelo menos uma rosca macho e a pelo menos uma rosca fêmea 110 e 112 podem ter um espaçamento constante conforme medido entre rosca, pelo menos um recurso de rosca e uma largura de rosca variável ao longo de pelo menos uma porção das roscas 110 e 112. Em implementações adicionais ou alternativas, pelo menos uma dentre as cristas da pelo menos uma rosca macho e pelo menos uma rosca fêmea 110 e 112 são afiladas ao longo de uma porção desejada do comprimento das roscas 110 e 112 enquanto as bases de rosca das roscas 110 e 112 permanecem constantes.

[0053] Em uma ou mais implementações, as roscas macho e fêmea 110 e 112 podem compreender características iguais ou similares àquelas descritas na Patente U.S. N° 5.788.401, cujos conteúdos totais são incorporados por referência neste documento. Por exemplo, em uma ou mais implementações, as roscas macho e fêmea 110 e 112 têm uma crista, uma base, um flanco de pressão e um flanco de folga. De acordo com um aspecto, as roscas 110 e 112 podem ter um ângulo de flanco de pressão (ou ângulo de flanco de carga de rosca) que pode ser de cerca de -30 a cerca de 15 graus; mais particularmente, de cerca de -20 a cerca de -10 graus; e, mais particularmente, de cerca de -20 a cerca de -15 graus, todos medidos em relação a um plano perpendicular ao eixo central de coluna de perfuração. Conforme um versado na técnica irá apreciar à luz da presente divulgação, tais ângulos de flanco de pressão negativos podem auxiliar a manter a junta em uma condição acoplada, mesmo sob sobrecarga e também reduzir a tensão global conforme comparado a ângulos de flanco positivos.

[0054] Em outro aspecto, a extremidade caixa e a extremidade de pino do componente de coluna de perfuração podem ter vedações afiladas em cerca de 0 a cerca de 15 graus. Em outro aspecto, as vedações podem ter uma espessura de diâmetro externo de cerca de 0,055 a cerca de 0,080 polegadas; e mais particularmente cerca de 0,055 polegadas, cerca de 0,083 polegadas, cerca de 0,070 polegadas ou cerca de 0,075 polegadas.

[0055] Em outros aspectos, a espessura da seção de pino crítica ou a espessura de material alvo sob a rosca de pino, pode ser usada como um indicador de resistência à tração e a amplificação de resistência resultante a partir de corte da rosca. Em um aspecto, a espessura da seção de pino crítica pode ser de cerca de 40% a cerca de 50% de espessura de parede; e mais particularmente cerca de 44%, cerca de 45%, cerca de 46% ou cerca de 47% da espessura de parede.

[0056] Em outros aspectos, a rigidez de vedação caixa crítica, ou o módulo de seção ou 'módulo de inércia' da vedação caixa podem contribuir com força de torção e pode ser exponencialmente sensível à espessura de vedação. Em um aspecto, a rigidez de vedação caixa crítica pode ser de cerca de 34% a cerca de 48% da rigidez de tubulação; mais preferencialmente cerca de 40%, cerca de 41% ou cerca de 43% da rigidez de tubulação.

[0057] Alguém irá apreciar, à luz da divulgação neste documento, a descrição citada acima é apenas uma configuração para as roscas macho e fêmea 110 e 112. Em implementações alternativas, a configuração das roscas macho e fêmea 110 e 112 podem diferir da descrição citada acima. Em certas implementações alternativas, as roscas 110 e 112 também podem ter ângulos de flanco de pressão negativos de cerca de 5 a 30 graus em relação a um plano perpendicular aos eixos centrais de coluna de perfuração e flancos de folga de um ângulo de pelo menos 45 graus para auxiliar a manter a junta em uma condição acoplada, mesmo em sobrecarga, e facilitar a fabricação de junta. Além disso, a extremidade caixa e a extremidade de pino podem ter vedações afiladas em cerca de 5 a 20 graus.

[0058] Em outro aspecto, o ângulo de flanco pode ser caracterizado por uma expansão de carga radial de ângulo de flanco que descreve a carga radial criada pelo ângulo de flanco de carga que deve ser absorvida na junta. Conforme um versado na técnica irá apreciar, à luz da presente divulgação, os valores de expansão de carga radial de ângulo pode ser limitada por ângulos de flanco que causam tensão de rosca excessiva. Cargas radiais podem ser definidas como a percentagem de carga axial aplicada ao flanco de rosca ou à junta determinada pelo ângulo de flanco. Especificamente, a carga radial criada é igual à carga axial multiplicada pela tangente do ângulo de flanco. Conforme um versado na técnica também irá apreciar, à luz da presente divulgação, os valores positivos de carga radial podem causar expansão indesejada enquanto que os valores negativos podem prover contração benéfica. A contração é benéfica porque pode reduzir níveis de tensão total ou Von Mises total e pode aumentar a pressão de contração entre roscas correspondentes o que aumenta a fricção e a carga de torção transferida à junta. Entretanto, a contração benéfica devido aos valores negativos de carga radial pode se tornar indesejável acima de um certo limite. Neste documento, a expansão de carga radial de ângulo de flanco pode ser de cerca de -18% a cerca de -36%; mais particularmente de cerca de -18% a cerca de -36%; e ainda mais particularmente cerca de -27%.

[0059] A rosca macho 110 pode começar próxima de uma borda principal 140 da extremidade de pino 104. Por exemplo, as Figuras 1 a 3 ilustram que a rosca macho 110 pode ser deslocada a uma distância (mostrou- se uma distância linear 116) a partir da borda principal 140 da extremidade de pino 104. A distância de deslocamento pode permitir que uma porção de vedação não correspondente de um membro rosqueado a ser elasticamente comprimido sob torque aplicado durante a fabricação de junta. Conforme um versado na técnica irá apreciar, uma junta resultante pode manter uma condição pré-carregada dado um torque de fabricação aplicado em que uma quantia suficiente de distância de deslocamento pode ser exigida para permitir que a rosca se movimente e pode permitir que uma "pré-carga" aumente conforme a vedação se submeta a compressão elástica. Esta "pré-carga" pode ser exigida para manter a junta em uma condição fechada enquanto sob grandes cargas de tensão de perfuração ou cargas de flexão de desvio que poderiam, de outra forma, fazer a interface de vedação abrir aumentando, deste modo, a carga de flexão no pino e criar o potencial para a extremidade de pino se submeter à falha por fadiga. Por conseguinte, em vários aspectos, a distância de deslocamento 116 pode variar conforme desejado e pode particularmente ser diferente com base no tamanho do componente de coluna de perfuração 102, da configuração da rosca 110 ou com base em outros fatores. Em pelo menos uma implementação, a distância de deslocamento 116 está entre cerca de metade e cerca de duas vezes a largura 118 da rosca macho 110. Alternativamente, a distância de deslocamento 116 pode ser maior ou menor. Por exemplo, em uma ou mais implementações, a distância de deslocamento 116 é zero, de tal modo que a rosca macho 110 começa na borda principal 140 da extremidade de pino 104.

[0060] Semelhantemente, a rosca fêmea 112 pode começar próxima de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. Por exemplo, as Figuras 1 a 4 ilustram que a rosca fêmea 112 pode ser deslocada a uma distância (mostrou-se uma distância linear 122) a partir da borda principal 120 da extremidade caixa 108. A distância de deslocamento 122 pode variar conforme desejado e pode ser particularmente diferente com base no tamanho do componente de coluna de perfuração 106, a configuração da rosca fêmea 112 ou com base em outros fatores. Em pelo menos uma implementação, a distância de deslocamento 122 está entre cerca de metade e cerca de duas vezes a largura 124 da rosca fêmea 112. Alternativamente, a distância de deslocamento 122 pode ser maior ou menor. Por exemplo, em uma ou mais implementações, a distância de deslocamento 122 é zero de tal modo que a rosca fêmea 112 começa na borda principal 120 da extremidade caixa 108.

[0061] Além disso, a distância de deslocamento 116 pode ser igual à distância de deslocamento 122 conforme mostrado nas Figuras 1 a 4. Em implementações alternativas, a distância de deslocamento 122 pode ser maior ou menor do que a distância de deslocamento 116. Em qualquer evento, conforme a borda principal 140 da extremidade de pino 104 é inserida na extremidade caixa 108 e girada, a rosca macho 110 pode engatar a rosca fêmea 112 e a extremidade de pino 104 pode avançar de forma linear ao longo de um eixo central 126 da extremidade caixa 108.

[0062] Mais particularmente, as roscas macho e fêmea 110 e 112 podem ser dispostas de forma helicoidal em relação às respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, cada uma dentre a rosca macho 110 e a rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Conforme as roscas macho e fêmea 110 e 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes. Nas Figuras 1 a 4, a rosca macho 110 geralmente se enrola em torno da extremidade de pino 104 em um ângulo 128 que também pode ser medido em relação à borda principal 140 da extremidade de pino 104.

Inícios de Roscas Múltiplas

[0063] Uma ou mais implementações da presente invenção compreendem componentes de coluna de perfuração tendo uma pluralidade de roscas. Por exemplo, em uma ou mais implementações, o componente de coluna de perfuração compreende pelo menos duas roscas tendo respectivos inícios de rosca que são, opcionalmente, igualmente espaçados sobre a extremidade principal do componente de coluna de perfuração.

[0064] Em um aspecto, o uso de roscas múltiplas pode aumentar a área de superfície de suporte de flanco de carga de rosca e pode resultar em uma maior eficiência de carga total quando os componentes de pino e caixa são unidos. Em um exemplo, o uso de duas roscas dobra a área de suporte de rosca conforme comparado a uma única rosca quando todas as outras características de rosca são mantidas constantes.

[0065] Em outro aspecto, o uso de roscas múltiplas também pode aumentar o flanco de rosca-para-material de interface de base de rosca e, correspondentemente, a resistência à fadiga do componente de perfuração. Sem querer estar ligado à teoria e/ou simulação, o flanco de rosca-para- interface de base de rosca é a localização de tensão máxima e para iniciação de rachaduras de falha por fadiga em juntas de componente de coluna de perfuração. Segue-se que, todas as outras coisas mantidas constantes, o uso de roscas múltiplas pode aumentar a resistência à fadiga do componente de perfuração uma vez que a resistência à fadiga de material disponível é reduzida pela carga média, conforme ilustrado por um Diagrama de Fadiga Modificado de Goodman padrão.

[0066] Em um aspecto adicional, o uso de roscas múltiplas espaçadas igualmente sobre as respectivas extremidades principais de componentes de coluna de perfuração podem aumentar a capacidade de carga de componentes de coluna de perfuração colocados em contato correspondente ao se criar uma resposta de carga simétrica sobre o eixo central do componente.

[0067] Por outro lado, o ângulo principal de rosca pode aumentar conforme o espaçamento de rosca diminui e o número de roscas é aumentado. Aumentar o ângulo principal de rosca acima de um ângulo ideal pode diminuir o requisito de torque de quebra de tal modo que componentes de coluna de perfuração correspondentes poderiam desmontar em uso. Em outro aspecto, a largura de rosca individual e, correspondentemente, a área de cisalhamento de carga podem diminuir conforme o número de roscas em um dado componente de perfuração aumenta, levando, enfim, a falha de sobrecarga de cisalhamento de rosca.

[0068] Em uma modalidade, um número de roscas que aumenta a eficiência de carga, a capacidade de carga e a resistência à fadiga do componente de coluna de perfuração ao manter ângulos principais de rosca aceitáveis e área de cisalhamento para um componente de coluna de perfuração de dadas dimensões pode ser determinada para ser o número máximo de roscas possíveis onde a largura de rosca não é menor do que a altura de rosca. Em outra modalidade, esta divulgação provê componentes de coluna de perfuração tendo pelo menos duas roscas, e, preferencialmente, de cerca de duas a cerca de quatro roscas, operáveis para aumentar a eficiência de carga, a capacidade de carga e a resistência à fadiga dos componentes de coluna de perfuração ao manter ângulos principais de rosca aceitáveis e área de cisalhamento sobre componentes de coluna de perfuração de rosca única convencionais.

[0069] Em um exemplo, pelo menos duas roscas macho 110 podem começar próximas de uma borda principal 140 de extremidade de pino 104. Em um aspecto adicional, as pelo menos duas roscas macho podem ser igualmente espaçadas sobre uma borda principal 140 de extremidade de pino 104. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem duas roscas macho tendo inícios de rosca espaçados cerca de 180 graus e próximas de uma borda principal 140 de extremidade de pino 104. Em outro exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem três roscas macho, tendo inícios de rosca que podem ser espaçados cerca de 120 graus e próximas de uma borda principal 140 de extremidade de pino 104.

[0070] Semelhantemente, pelo menos duas roscas fêmea 112 podem começar próximas de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. Em um aspecto adicional, as pelo menos duas roscas fêmeas podem ser igualmente espaçadas sobre uma borda principal 120 de extremidade caixa 108. Por exemplo, é previsto que uma extremidade caixa 108 tem duas roscas fêmea 112 tendo inícios de rosca espaçados cerca de 180 graus e próximas de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. Em outro exemplo, é previsto que uma extremidade caixa 108 tem três roscas fêmea 112 tendo inícios de rosca que podem ser espaçados cerca de 120 graus e próximos de uma borda principal 120 de extremidade caixa 108.

[0071] Mais particularmente, pelo menos duas roscas macho 110 e pelo menos duas roscas fêmea 112 pode ser disposta de forma helicoidal em relação às respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, cada uma das roscas macho 110 e cada uma das roscas fêmea 112 podem compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Cada uma das roscas macho 110 e cada uma das roscas fêmea 112 pode, cada uma, compreender extremidades principais orientadas em um ângulo agudo em relação a e igualmente espaçados sobre o eixo central do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Conforme as pelo menos duas roscas macho 110 e as pelo menos duas roscas fêmea 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes e eventualmente formam uma junta de coluna de perfuração. Por conseguinte, em uma ou mais modalidades, uma junta de coluna de perfuração é formada tendo eficiência de carga, capacidade de carga e resistência à fadiga aumentadas ao manter ângulos principais de rosca aceitáveis e área de cisalhamento para um componente de coluna de perfuração de dado diâmetro.

Cortes Transversais de Material Ideal para Capacidade de Carga Máxima

[0072] Uma ou mais implementações da presente invenção compreendem componentes de coluna de perfuração que substancialmente eliminam a base total e rosca afilada em favor de pelo menos um dentre espaçamento de rosca variável, largura de rosca variável e afilando pelo menos uma porção da crista de rosca ao prover uma base de rosca uniforme. Outro aspecto da presente invenção compreende componentes de coluna de perfuração que eliminam a base total e rosca afilada em favor de pelo menos um dentre espaçamento de rosca variável, largura de rosca variável e afilando pelo menos uma porção da crista de rosca ao prover uma base de rosca uniforme.

[0073] Em um aspecto, o material normalmente perdido para a junta total e rosca afilada é conservada ao se prover componentes de coluna de perfuração tendo pelo menos uma rosca compreendendo um espaçamento de rosca que varia a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal sobre pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca, desse modo, possibilitando de forma seletiva um ajuste progressivo axial. Em um aspecto, o espaçamento de rosca pode aumentar uniformemente a partir do primeiro valor sobre pelo menos a primeira espira para um valor final sobre pelo menos a espira final da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto alternativo, o espaçamento de rosca pode aumentar de maneira não uniforme a partir do primeiro valor a um valor final ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, o espaçamento de rosca pode aumentar a partir do primeiro valor a um valor final através de uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais e pode permanecer constante depois disso. Ainda em outro aspecto, a pelo menos uma rosca pode ter um espaçamento que varia de cerca de 2,0 a 5,0 roscas/polegada, preferencialmente de cerca de 3 a cerca de 4 roscas/polegada e, mais preferencialmente de cerca de 3 a cerca de 3,5 roscas/polegada. Em outros aspectos, a rosca pode ter um espaçamento variável sobre pelo menos uma espira e, preferencialmente, duas espiras da rosca. No aspecto alternativo, a rosca pode ter um espaçamento que varia a partir da extremidade principal até a extremidade de fuga da rosca.

[0074] Em outro aspecto, o material normalmente perdido para a junta total e rosca afilada é conservada ao se prover componentes de coluna de perfuração tendo pelo menos uma rosca compreendendo um espaçamento de rosca que é constante quando medido a partir de pelo menos um dado recurso de rosca, mas cuja largura pode variar a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal sobre pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca, desse modo, possibilitando de forma seletiva um ajuste progressivo axial. Em um aspecto, a largura de rosca pode aumentar uniformemente a partir do primeiro valor ao longo da pelo menos primeira espira para um valor final ao longo da pelo menos espira final da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto alternativo, a largura de rosca pode aumentar de forma não uniforme a partir do primeiro valor para um valor final ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, o espaçamento de rosca pode aumentar a partir do primeiro valor para um valor final através de uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais e pode permanecer constante depois disso. Em outros aspectos, o flanco de carga de rosca pode ser mantido em um espaçamento constante enquanto o flanco principal aumenta. Em aspectos alternativos, o flanco principal de rosca pode ser mantido em um espaçamento constante enquanto o espaçamento do flanco de carga aumenta. Ainda em outros aspectos, o ponto médio da rosca pode ter um espaçamento constante enquanto ambos os flancos têm um espaçamento variável. Ainda em outros aspectos, o espaçamento variável do flanco de carga pode ser diferente do espaçamento variável do flanco principal.

[0075] Ainda em outro aspecto, a pelo menos uma rosca pode ter uma largura que varia de cerca de 50% da largura de rosca total próxima da extremidade principal e aumenta para largura de rosca total próxima da extremidade de fuga da rosca. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca pode ter uma largura que varia a partir de cerca de 75% da largura de rosca total próxima da extremidade principal e aumenta a largura de rosca total próxima da extremidade final da rosca. Em outros aspectos, a rosca pode ter uma largura variável ao longo de pelo menos uma espira e, preferencialmente, duas espiras da rosca. Em aspecto alternativo, a rosca pode ter uma largura que varia a partir da extremidade principal para a extremidade de fuga da rosca. Em uma modalidade exemplar, uma rosca de 2 tpi tendo uma largura total de 1/4" próxima da extremidade de fuga pode ter uma largura reduzida de cerca de 1/8" na extremidade principal. Conforme alguém versado na técnica irá apreciar, o espaçamento entre as espiras adjacentes da pelo menos uma rosca é maior na extremidade principal e provê uma folga axial adicional ao iniciar roscas.

[0076] Ainda em outro aspecto, o material normalmente perdido para a junta total e rosca afilada é conservada ao se prover componentes de coluna de perfuração tendo pelo menos uma rosca compreendendo uma base que circunscreve uma superfície cilíndrica se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais da rosca e uma crista que circunscreve uma superfície tronco-cônica se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta possibilitando, desse modo, um ajuste progressivo radial de forma seletiva. A geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta tendo um ângulo em relação ao eixo central do corpo oco. Em um aspecto, a crista circunscreve uma superfície tronco-cônica ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca pode ter uma crista tronco-cônica ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pelo menos uma rosca com a geratriz da tronco-cônica tendo um ângulo de cerca de 0,75 a 1,6 grau enquanto a pelo menos uma rosca pode ter bases cilíndricas. Em outro aspecto, a crista circunscreve uma superfície tronco-cônica se estendendo ao comprimento axial da pelo menos uma espira da rosca e, preferencialmente, pelo menos duas espiras da rosca. Em aspectos alternativos, o comprimento axial pode ser substancialmente o comprimento axial total da rosca.

[0077] Ainda em outro aspecto, o material normalmente perdido para a junta total e rosca afilada é conservado ao se prover componentes de coluna de perfuração tendo ambas pelo menos uma rosca compreendendo um espaçamento de rosca que varia a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca, e compreendendo, adicionalmente, uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais e uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco- cônica se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta possibilitando de forma seletiva, desse modo, um ajuste progressivo axial e um ajuste progressivo radial.

[0078] Em um exemplo, pelo menos uma rosca macho 110 pode iniciar próximo de uma borda principal 140 de extremidade de pino 104. A pelo menos uma rosca macho 110 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento de extremidade de pino 104. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho pode ter um espaçamento que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal 140 ao longo da pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca macho 110 e ser mantido constante depois disso. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca macho pode ter um espaçamento que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da borda principal ao longo de toda porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final. Em aspectos alternativos, o espaçamento pode aumentar de forma uniforme ou não uniforme por todo o comprimento axial da pelo menos uma rosca macho 110. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem duas roscas macho tendo um espaçamento que aumenta a partir da borda principal de extremidade de pino 104 para um valor final em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca, tal ponto sendo medido a partir da extremidade de pino 104.

[0079] Semelhantemente, pelo menos uma rosca fêmea 112 pode iniciar próximo de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. A pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento da extremidade caixa 108. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca fêmea pode ter um espaçamento que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal 120 ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante depois disso. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca fêmea pode ter um espaçamento que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal 120 ao longo de toda a porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final. Em aspectos alternativos, o espaçamento pode aumentar de forma uniforme ou não uniforme por todo o comprimento axial da pelo menos uma rosca fêmea 112. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem duas roscas fêmeas tendo um espaçamento que aumenta a partir da borda principal 120 de extremidade caixa 108 para um valor final em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca, tal ponto sendo medido a partir da extremidade caixa 108.

[0080] Mais particularmente, pelo menos uma rosca macho 110 e pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ser disposta de forma helicoidal em relação as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. A pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem, cada uma, compreender extremidades principais orientadas em um ângulo agudo em relação ao e espaçadas sobre o eixo central do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Conforme a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes e, eventualmente, formar uma junta de coluna de perfuração. Um ajuste progressivo na direção axial é criado de forma seletiva entre as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108 conforme o espaçamento de pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 aumenta. Por conseguinte, em uma ou mais modalidades, uma junta de coluna de perfuração é formada tendo cortes transversais de material ideal para capacidade de carga máxima.

[0081] Em outro exemplo, pelo menos uma rosca macho 110 pode começar próxima de uma borda principal de extremidade de pino 104. A pelo menos uma rosca macho 110 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento de extremidade de pino 104 e também pode ter pelo menos um recurso de rosca com um espaçamento constante por todo o comprimento axial da rosca. Recursos de rosca exemplares, cujo espaçamento pode ser mantido constante, podem incluir o flanco de carga, o flanco principal, o ponto médio de rosca e similares. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho pode ter uma largura de rosca que aumenta a partir de uma percentagem da largura de rosca total próxima da borda principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para a largura de rosca total em um ponto desejado na pelo menos uma rosca macho 110 e ser mantido constante depois disso. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca macho pode ter uma largura de rosca que aumenta a partir de uma percentagem da largura de rosca total próxima da borda principal ao longo de toda a porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para a largura de rosca total. Em aspectos alternativos, a largura de rosca pode aumentar de forma uniforme ou não uniforme por todo o comprimento axial da pelo menos uma rosca macho 110. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem duas roscas macho onde pelo menos uma rosca macho tem pelo menos um recurso tendo um espaçamento constante por todo o comprimento axial de que a rosca e uma largura que aumenta a partir de uma percentagem de largura de rosca total na borda principal de extremidade de pino 104 para a largura de rosca total em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca.

[0082] Semelhantemente, pelo menos uma rosca fêmea 112 pode iniciar próxima de uma borda principal 142 de extremidade caixa 108. A pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento de extremidade caixa 108 e também pode ter pelo menos um recurso de rosca com um espaçamento constante por todo o comprimento axial da rosca. Recursos de rosca exemplares, cujo espaçamento pode ser mantido constante, podem incluir o flanco de carga, o flanco principal, o ponto médio de rosca e similares. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca fêmea pode ter uma largura de rosca que aumenta a partir de uma percentagem da largura de rosca total próxima da borda principal 142 ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para a largura de rosca total em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante depois disso. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca fêmea pode ter uma largura de rosca que aumenta a partir de uma percentagem da largura de rosca total próxima da borda principal 142 ao longo de toda porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para a largura de rosca total. Em aspectos alternativos, a largura de rosca pode aumentar de forma uniforme ou não uniforme por todo o comprimento axial da pelo menos uma rosca fêmea 112. Por exemplo, é previsto que uma extremidade caixa tem duas roscas fêmeas onde pelo menos uma rosca fêmea tem pelo menos um recurso tendo um espaçamento constante por todo o comprimento axial daquela rosca e uma largura que aumenta a partir de uma percentagem de largura de rosca total na borda principal 142 de extremidade caixa 108 para a largura de rosca total em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca.

[0083] Mais particularmente, pelo menos uma rosca macho 110 e pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ser disposta de forma helicoidal em relação as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. A pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem, cada uma, compreender extremidades principais orientadas em um ângulo agudo em relação ao e espaçadas sobre o eixo central do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Conforme a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes e, eventualmente, formar uma junta de coluna de perfuração. Um ajuste progressivo na direção axial é criado de forma seletiva entre as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108 conforme a largura de pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 aumenta enquanto pelo menos um recurso tanto da pelo menos uma rosca macho 110 quanto da pelo menos uma rosca fêmea 112 tem um espaçamento constante por todo o comprimento axial da respectiva rosca. Por conseguinte, em uma ou mais modalidades, uma junta de coluna de perfuração é formada tendo cortes transversais de material ideal para capacidade de carga máxima.

[0084] Em outro exemplo, pelo menos uma rosca macho 110 pode iniciar próxima de uma borda principal de extremidade de pino 104. A pelo menos uma rosca macho 110 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento de extremidade de pino 104. Em um aspecto, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca macho 110 e ser mantido constante depois disso. A geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta passando através das cristas de rosca que ficam em um ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem pelo menos uma rosca macho tendo uma crista de rosca que circunscreve um cilindro e uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo de porção desejada do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca macho 110 e mantido constante depois disso.

[0085] Semelhantemente, pelo menos uma rosca fêmea 112 pode iniciar próxima de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. A pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento da extremidade caixa 108. Em um aspecto, a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, a pelo menos um rosca fêmea 112 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante depois disso. A geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta passando através das cristas de rosca que ficam em ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final. Por exemplo, é previsto que uma extremidade caixa 108 tem pelo menos uma rosca fêmea 112 tendo uma crista de rosca que circunscreve um cilindro e uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco- cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo da porção desejada do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e mantido constante depois disso.

[0086] Mais particularmente, pelo menos uma rosca macho 110 e pelo menos uma rosca fêmea 112 podem ser dispostas de forma helicoidal em relação às respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. A pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem, cada uma, compreender extremidades principais orientadas em um ângulo agudo em relação ao eixo central do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Em um aspecto, tanto a pelo menos uma rosca macho 110 quanto a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante. Conforme a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes e, eventualmente, formar uma junta de coluna de perfuração. Um ajuste progressivo na direção axial é criado de forma seletiva entre as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108 conforme o diâmetro de crista de pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 aumenta. Por conseguinte, em uma ou mais modalidades, uma junta de coluna de perfuração é formada tendo cortes transversais de material ideal para capacidade de carga máxima.

[0087] Em outro exemplo, pelo menos uma rosca macho 110 pode iniciar próxima de uma borda principal de extremidade de pino 104. A pelo menos uma rosca macho 110 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento de extremidade de pino 104. Em um aspecto, a pelo menos uma rosca macho pode ter pelo menos um dentre um espaçamento e uma largura que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da borda principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca macho 110 e ser mantido constante depois disso. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Ainda em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca macho 110 e ser mantido constante depois disso. A geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta passando através das cristas de rosca que ficam em ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca macho 110 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final. Por exemplo, é previsto que uma extremidade de pino tem pelo menos uma rosca macho tendo uma crista de rosca que circunscreve um cilindro e uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal se estendendo ao longo da porção desejada do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta a um diâmetro final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca macho 110 e mantido constante depois disso. A pelo menos uma rosca macho 110 também tem pelo menos um dentre um espaçamento e uma largura que aumenta a partir da borda principal de extremidade de pino 104 para um valor final em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca, tal ponto sendo medido a partir da extremidade de pino 104.

[0088] Semelhantemente, pelo menos uma rosca fêmea 112 pode começar próxima de uma borda principal 120 da extremidade caixa 108. A pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo comprimento da extremidade caixa 108. Em um aspecto, a pelo menos uma rosca macho pode ter pelo menos um dentre um espaçamento e uma largura que aumenta a partir de um primeiro valor próximo da borda principal 120 ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado sobre a pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante depois disso. Em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca macho 112 pode ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Ainda em um aspecto adicional, a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e ser mantido constante depois disso. A geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta passando através das cristas de rosca que ficam em um ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco. Em outro aspecto, a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo do comprimento axial total da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final. Por exemplo, é previsto que uma extremidade caixa 108 tem pelo menos uma rosca fêmea 112 tendo uma crista de rosca que circunscreve um cilindro e uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da borda principal 120 se estendendo ao longo da porção desejada do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na pelo menos uma rosca fêmea 112 e mantido constante depois disso. A pelo menos uma rosca fêmea 112 também tem pelo menos um dentre um espaçamento e uma largura que aumenta a partir da borda principal 120 de extremidade caixa 108 para um valor final em um ponto desejado ao longo do comprimento axial da rosca, tal ponto sendo medido a partir da extremidade caixa 108.

[0089] Mais particularmente, pelo menos uma rosca macho 110 e pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ser disposta de forma helicoidal em relação as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Em outras palavras, a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode compreender uma pluralidade de espiras helicoidais se estendendo ao longo do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. A pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem, cada uma, compreender extremidades principais orientadas em um ângulo agudo em relação ao eixo central do respectivo componente de coluna de perfuração 102 e 106. Em um aspecto, tanto a pelo menos uma rosca macho 110 quanto a pelo menos uma rosca fêmea 112 podem ter uma base de rosca que circunscreve uma superfície cilíndrica ao longo de todo o comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais. Em um aspecto adicional, pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 pode ter uma crista de rosca que circunscreve uma superfície tronco-cônica a partir de um primeiro diâmetro próximo da respectiva borda 114 e 120 se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de espiras helicoidais desta para um diâmetro final em um ponto desejado na respectiva pelo menos uma rosca e ser mantido constante depois disso. Conforme a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 se unem, as roscas podem, portanto, girar relativas entre si e se ajustar dentro de vãos entre roscas correspondentes e, eventualmente, formar uma junta de coluna de perfuração. Um ajuste progressivo na direção axial é criado de forma seletiva entre as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108 conforme o diâmetro de crista de pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 aumenta. Além disso, um ajuste progressivo na direção axial é criado de forma seletiva entre as respectivas extremidades de pino e caixa 104 e 108. Conforme pelo menos um dentre o espaçamento e a largura de pelo menos uma dentre a pelo menos uma rosca macho 110 e a pelo menos uma rosca fêmea 112 aumenta. Por conseguinte, em uma ou mais modalidades, uma junta de coluna de perfuração é formada tendo cortes transversais de material ideal para capacidade de carga máxima.

Inícios de Rosca Anti-Emperramento

[0090] Uma ou mais implementações da presente invenção compreendem componentes de coluna de perfuração tendo roscas cujas respectivas extremidades principais estão orientadas em um ângulo agudo em relação ao eixo central do componente de coluna de perfuração e, adicionalmente ou de forma alternativa, a extremidade principal da rosca pode prover uma transição abrupta para a profundidade e/ou largura de rosca total.

[0091] A rosca macho 110 pode compreender uma largura de rosca 118 e a rosca fêmea 112 pode compreender uma largura de rosca 124 conforme mencionado anteriormente. Conforme usado neste documento, o termo "largura de rosca" pode compreender a distância linear entre as bordas de uma crista de rosca conforme medido ao longo de uma linha perpendicular às bordas da crista de rosca. Alguém irá apreciar que as larguras de rosca 118 e 124 podem variar dependendo da configuração das roscas 110 e 112. Em uma ou mais implementações, a largura de rosca 118 da rosca macho 110 é igual à largura de rosca 124 da rosca fêmea 112. Em implementações alternativas, a largura de rosca 118 da rosca macho 110 é maior ou menor do que a largura de rosca 124 da rosca fêmea 112.

[0092] A rosca macho 110 pode compreender uma profundidade de rosca 130 e a rosca fêmea 112 pode compreender uma profundidade de rosca 132. Conforme usado neste documento, o termo "profundidade de rosca" pode compreender a distância linear a partir da superfície a partir da qual a rosca se estende (isto é, a superfície externa da extremidade de pino 104 ou a superfície interna da extremidade caixa 108) para o ponto mais radialmente distal na crista de rosca conforme medido ao longo de uma linha perpendicular à superfície a partir da qual a rosca se estende. Alguém irá apreciar que as profundidades de rosca 130 e 132 pode variar dependendo da configuração das roscas 110 e 112 e/ou o tamanho dos componentes de coluna de perfuração 102 e 106. Em uma ou mais implementações, a profundidade de rosca 130 da rosca macho 110 é igual à profundidade de rosca 132 da rosca fêmea 112. Em implementações alternativas, a profundidade de rosca 130 da rosca macho 110 é maior ou menor do que a profundidade de rosca 132 da rosca fêmea 112.

[0093] Em uma ou mais implementações, a largura de rosca 118 e 124 de cada rosca 110 e 112 é maior do que a profundidade de rosca 130 e 132 de cada rosca 110 e 112. Por exemplo, em uma ou mais implementações, a largura de rosca 118 e 124 de cada rosca 110 e 112 é pelo menos duas vezes a profundidade de rosca 130 e 132 de cada rosca 110 e 112. Em implementações alternativas, a largura de rosca 118 e 124 de cada rosca 110 e 112 é aproximadamente igual ou menor do que a profundidade de rosca 130 e 132 de cada rosca 110 e 112.

[0094] Conforme mencionado acima, tanto a rosca fêmea 110 quanto a rosca macho 112 podem compreender uma extremidade principal ou início de rosca. Por exemplo, as Figuras 1 a 4 ilustram que a rosca macho 110 pode compreender um início de rosca ou extremidade principal 114. Semelhantemente, a rosca fêmea 112 pode compreender um início de rosca ou extremidade principal 120.

[0095] Em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode compreender uma superfície plana que se estende a partir da superfície externa da extremidade de pino 104. Por exemplo, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode compreender uma superfície plana que se estende radialmente para fora a partir da superfície externa da extremidade de pino 104 formando, desse modo, uma superfície de face. Em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 se estende em uma direção perpendicular à superfície externa da extremidade de pino 104. Em implementações alternativas, a extremidade principal 114 se estende em uma direção substancialmente perpendicular à superfície externa da extremidade de pino 104 (isto é, em uma direção orientada em um ângulo menor do que cerca de 15 graus para uma direção perpendicular à superfície externa da extremidade de pino 104). Ainda em implementações adicionais, a extremidade principal 114 pode compreender uma superfície que se curva ao longo de uma ou mais dentre sua altura ou largura.

[0096] Além disso, em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode se estender à largura de rosca total 118 da rosca macho 110. Em outras palavras, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode se estender a partir de uma borda principal para uma borda de fuga 138 da rosca macho 110. Deste modo, a superfície plana formando a extremidade principal 114 pode se estender por toda a largura de rosca 118 da rosca macho 110.

[0097] Adicionalmente, em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode estender a profundidade de rosca total 130 da rosca macho 110. Em outras palavras, uma altura da extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode ser igual à profundidade de rosca 130. Deste modo, a superfície plana formando a extremidade principal 114 pode se estender por toda a profundidade de rosca 130 da rosca macho 110. Como tal, a extremidade principal 114 ou início de rosca pode compreender uma transição abrupta para a profundidade e/ou largura total da rosca macho 110. Em outras palavras, em uma ou mais implementações, a rosca macho 110 não compreende uma extremidade de prolongamento que afila gradualmente para a profundidade total da rosca macho 110.

[0098] Ao longo de linhas similares, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode compreender uma superfície plana que se estende a partir da superfície interna da extremidade caixa 108. Por exemplo, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode compreender uma superfície plana que se estende radialmente para dentro a partir da superfície interna da extremidade caixa 108 formando, desse modo, uma superfície de face. Em uma ou mais implementações, a extremidade principal 120 se estende em uma direção perpendicular à superfície interna e/ou externa da extremidade caixa 108. Em implementações alternativas, a extremidade principal 120 se estende em numa direção substancialmente perpendicular à superfície interna ou externa da extremidade caixa 108 (isto é, em uma direção orientada em um ângulo menor do que cerca de 15 graus para uma direção perpendicular à superfície interior e/ou externa da extremidade caixa 108). Ainda em implementações adicionais, a extremidade principal 120 pode compreender uma superfície que se curva ao longo de uma ou mais dentre sua altura ou largura. Por exemplo, a extremidade principal 114 e a extremidade principal 120 pode compreender superfícies curvadas cooperantes.

[0099] Além disso, em uma ou mais implementações, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode estender a largura de rosca total 124 da rosca fêmea 112. Em outras palavras, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode se estender a partir de uma borda principal 144 para uma borda de fuga 144 da rosca fêmea 112. Deste modo, a superfície plana formando a extremidade principal 120 pode se estender por toda a largura de rosca 124 da rosca fêmea 112.

[00100] Adicionalmente, em uma ou mais implementações, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode estender a profundidade de rosca total 132 da rosca fêmea 112. Em outras palavras, uma altura da extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode ser igual à profundidade de rosca 132. Deste modo, a superfície plana formando a extremidade principal 120 pode se estender por toda a profundidade de rosca 132 da rosca fêmea 112. Como tal, a extremidade principal 120 ou início de rosca pode compreender uma transição abrupta para a profundidade e/ou largura total da rosca fêmea 112. Em outras palavras, em uma ou mais implementações, a rosca fêmea 112 não compreende uma extremidade de prolongamento que afila gradualmente para a profundidade total da rosca fêmea 112. Na implementação ilustrada, a extremidade principal ou início de rosca 120 da rosca fêmea 112 é ilustrado como sendo formado por material que permanece depois da usinagem ou outro processo usado para formar as roscas. Deste modo, a extremidade principal ou início de rosca 120 pode ser, em relação à superfície interior da extremidade caixa 108, em relevo em vez de rebaixado.

[00101] Em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode ter um tamanho e/ou formato igual à extremidade principal 120 da rosca fêmea 112. Em implementações alternativas, o tamanho e/ou formato da extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode diferir do tamanho e/ou formato da extremidade principal 120 da rosca fêmea 112. Por exemplo, em uma ou mais implementações, a extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode ser maior do que a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112.

[00102] Em uma ou mais implementações, as extremidades principais 114 e 120 das roscas macho e fêmea 110 e 112 podem ter, cada uma, uma orientação fora de eixo. Em outras palavras, as superfícies planas das extremidades principais 114 e 120 das roscas macho e fêmea 110 e 112 podem se estender, cada uma, em uma direção de deslocamento ou não paralela a um eixo central 126 dos componentes de coluna de perfuração 102 e 106. Por exemplo, conforme ilustrado pelas Figuras 1 a 4, a superfície plana da extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode ser voltada para uma espira adjacente da rosca macho 110. Semelhantemente, a superfície plana da extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode ser voltada para uma espira adjacente da rosca fêmea 112.

[00103] Mais particularmente, a superfície plana da extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode se estender em um ângulo em relação à borda principal 140 ou o eixo central 126 do extremidade de pino 104. Por exemplo, nas Figuras 1 a 4, a superfície plana da extremidade principal 114 da rosca macho 110 é orientada em um ângulo 146 em relação ao eixo central 126 do componente de coluna de perfuração 102, embora o ângulo também possa ser medido em relação à borda principal 114. A orientação ilustrada e existência de uma superfície plana da extremidade principal 114 é particularmente perceptível quando comparado a roscas tradicionais, as quais afilam para um ponto de tal modo que não haja praticamente nenhuma distância entre as bordas principais e de fuga de uma rosca não provendo, desse modo, nenhuma superfície de face.

[00104] Similar à extremidade principal 114, a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 pode se estender em um ângulo em relação à borda principal 120 ou eixo central 126 da extremidade de pino 104. Por exemplo, nas Figuras 1 a 4, a superfície plana da extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 é orientada em um ângulo 148 em relação ao eixo central 126 do componente de coluna de perfuração 106, embora o ângulo também possa ser medido em relação à borda principal 120.

[00105] Os ângulos 146 e 148 pode ser variados em conformidade com a presente divulgação e compreender qualquer número de ângulos diferentes. Os ângulos 146 e 148 podem ser variados com base em outras características das roscas 110 e 112 ou com base em um valor que é independente de características de rosca. Em uma ou mais implementações, o ângulo 146 é igual ao ângulo de 148. Em implementações alternativas, o ângulo 146 pode diferir de um ângulo de 148.

[00106] Em uma ou mais implementações, os ângulos 146 e 148 são, cada um, ângulos agudos. Por exemplo, cada um dentre os ângulos de 146 e 148 pode compreender um ângulo entre cerca de 10 graus e 80 graus, cerca de 15 graus e cerca de 75 graus, cerca de 20 graus e cerca de 70 graus, cerca de 30 graus e cerca de 60 graus, cerca de 40 graus e cerca de 50 graus. Em implementações adicionais, os ângulos 146 e 148 podem compreender cerca de 45 graus. Alguém irá apreciar, à luz da presente divulgação neste documento, que no momento do impacto entre duas extremidades principais correspondentes 114 e 120 ou faces de início com ângulos crescentes 146 e 148, há perda de cinética decrescente e resistência à fricção decrescente para aproximar as roscas 110 e 112 em uma condição totalmente correspondente. Em qualquer caso, uma extremidade principal 114 da rosca macho 110 pode se unir com a extremidade principal 120 da rosca fêmea 112 para auxiliar a fazer uma junta entre o primeiro componente de coluna de perfuração 102 e o segundo componente de coluna de perfuração 106.

[00107] Ao se eliminar o longo prolongamento de um início de rosca substituir o prolongamento com uma transição mais abrupta para a altura total da rosca 110 e 112, extremidades principais 114 e 120 ou uma face de inicio de rosca podem, deste modo, ser providos. Além disto, enquanto as extremidades principais 114 e 120 podem ser angulares ou orientadas de outra forma com relação a um eixo 126, a face de início de rosca também pode ser perpendicular aos diâmetros maiores e/ou menores de superfícies cilíndricas das extremidades de pino e caixa correspondentes 104 e 108. Tal geometria elimina um início de rosca de tipo de prolongamento que pode atuar como uma cunha eliminando, desse modo, geometria que leva ao acunhamento ao unir as extremidades de pino e caixa 104 e 108.

[00108] Além disto, conforme as extremidades de pino e caixa 104 e 108 são aproximadas, as extremidades principais 114 e 120 ou inícios de rosca podem ter superfícies correspondentes que, quando unidas, criam uma interface deslizante em uma condição de rosca quase acoplada. Por exemplo, onde as extremidades principais 114 e 120 são, cada uma, orientadas em ângulos agudos, as extremidades principais 114 e 120 ou faces de início de rosca podem se engatar e cooperativamente aproximar roscas em uma condição de rosca totalmente acoplada. A título de exemplo, durante a fabricação de um conjunto de haste de perfuração, conforme a extremidade de pino 104 é alimentada na extremidade caixa 108, as extremidades principais 114 e 120 podem engatar e se direcionar entre si em recessos correspondentes entre roscas. Isto pode ocorrer durante a rotação e alimentação de um ou ambos os componentes de coluna de perfuração 102 e 106. Além disso, uma vez que prolongamentos de início de rosca são eliminados, há poucos - se houver - limites em posições de rotação para se unir. Deste modo, as extremidades de pino e caixa 104 e 108 podem ter a circunferência total disponível para se unir, sem nenhuma posição propensa ao emperramento.

[00109] Em uma ou mais implementações, uma rosca 110 pode ser formada com um prolongamento usando processos de usinagem convencionais. O prolongamento pode ser pelo menos parcialmente removido para formar a extremidade principal 114. Em tais implementações, um prolongamento pode se estender em torno de aproximadamente metade da circunferência de uma dada extremidade de pino 104. Consequentemente, se todo o prolongamento da rosca 110 for removido, a rosca 110 pode ter uma extremidade principal 114 alinhada com o eixo 126. Se, entretanto, mais da rosca 110 além do apenas prolongamento for removido, a extremidade principal 114 pode ser deslocada em relação ao eixo 126. O prolongamento pode ser removido por um processo de usinagem separado. Embora este exemplo ilustre a remoção de um prolongamento para a formação de um início de rosca, em outras modalidades uma face de início de rosca pode ser formada na ausência de criação e/ou a remoção subsequente de um início de rosca de tipo de prolongamento. Por exemplo, em vez de usar processos de usinagem convencionais, a rosca é formada usando usinagem por descarga elétrica. A usinagem por descarga elétrica pode permitir a formação da extremidade principal 114 uma vez que o metal pode ser consumido durante o processo. Alternativamente, usinagem eletroquímica ou outros processos que consomem material também podem ser usados para formar as extremidades principais 114 e 120 das roscas 110 e 112.

Ajuste de Interferência Ideal

[00110] Uma ou mais implementações da presente invenção compreendem eliminar ajustes de interferência nos recursos de rosca e, opcionalmente, deslocar o ajuste de interferência para outros recursos de junta, tais como superfícies de vedação radialmente correspondentes. Em um aspecto, as roscas macho e fêmea 110 e 112 podem ter profundidades relativas de tal modo que a crista de rosca macho mantém uma relação radialmente espaçada com a base fêmea correspondente enquanto a crista de rosca fêmea atende a base de rosca macho. Em outro aspecto, as roscas macho e fêmea 110 e 112 podem ter profundidades relativas de tal modo que a crista de rosca fêmea mantém uma relação radialmente espaçada com a base de rosca macho correspondente enquanto a crista de rosca fêmea atende a base de rosca macho. Em outro aspecto, as roscas macho e fêmea 110 e 112 podem ter profundidades relativas de tal modo que a crista de rosca macho mantém uma relação radialmente espaçada com a base de rosca fêmea correspondente e a crista de rosca fêmea mantém uma relação radialmente espaçada com a base de rosca macho correspondente. Em um aspecto, o espaçamento radial entre as cristas e bases de rosca correspondentes pode ser de cerca de 0,001 a cerca de 0,010 polegadas, mais particularmente de cerca de 0,003 a cerca de 0,007 polegadas e, mais preferencialmente cerca de 0,005 polegadas. Em um aspecto alternativo, o espaçamento radial entre as cristas de rosca correspondentes pode ser de cerca de 1% a cerca de 5%, mais particularmente de cerca de 1,5% a cerca de 3%, e mais particularmente de cerca de 2% a cerca de 2,5% da espessura de parede de um corpo oco.

[00111]Conforme mencionado anteriormente, em uma ou mais implementações, os componentes de coluna de perfuração 102 e 106 podem compreender corpos ocos. Mais especificamente, em uma ou mais implementações, os componentes de coluna de perfuração podem ser de parede fina. Em particular, conforme mostrado nas Figuras 1 a 4, o componente de coluna de perfuração 106 pode compreender um diâmetro externo 150, um diâmetro interno 152 e uma espessura de parede 154. A espessura da parede 154 pode ser igual a metade do diâmetro externo 150 menos o diâmetro interno 152. Em uma ou mais implementações, o componente de coluna de perfuração 106 tem uma espessura de parede 154 entre cerca de aproximadamente 5 por cento e 15 por cento do diâmetro externo 150. Em implementações adicionais, o componente de coluna de perfuração 106 tem uma espessura de parede 154 entre cerca de aproximadamente 6 por cento e 8 por cento do diâmetro externo 150. Alguém irá apreciar que tais componentes de coluna de perfuração de parede fina podem limitar a geometria das roscas 112. Entretanto, um componente de coluna de perfuração de parede fina pode compreender, no entanto, qualquer combinação de recursos discutidos acima, apesar de tais limitações.

[00112] Referindo-se agora à Figura 5, os componentes de coluna de perfuração 102 e 106 podem compreender qualquer número de diferentes tipos de ferramentas. Em outras palavras, praticamente qualquer membro rosqueado usado em uma coluna de perfuração pode compreender uma ou mais dentre uma extremidade caixa 108 e uma extremidade de pino 104 tendo extremidades principais ou inícios de rosca conforme descrito em relação às Figuras 1 a 4. Por exemplo, a Figura 5 ilustra que os componentes de coluna de perfuração podem compreender um acoplamento de travamento 201, um acoplamento adaptador 202, uma haste de perfuração 204, e um escareador 206 pode compreender tanto uma extremidade de pino 104 e uma extremidade caixa 108 com extremidades principais 114 e 120 tendo uma eficiência de carga e capacidade de carga aumentadas, e que também pode ser resistente ao desgaste, emperramento e cruzamento de rosca conforme descrito acima em relação às Figuras 1 a 4. A Figura 5 ilustra, adicionalmente, que os componentes de coluna de perfuração podem compreender um estabilizador 203, um anel de aterragem 205 e uma broca de perfuração 207 incluindo uma extremidade caixa 108 com uma extremidade principal 120 tendo eficiência de carga e capacidade de carga aumentadas, e que também pode ser resistente ao desgaste, emperramento e cruzamento de rosca conforme descrito acima em relação às Figuras 1 a 4. Ainda em implementações adicionais, os componentes de coluna de perfuração 102 e 106 podem compreender revestimentos, escareadores, elevadores de núcleo ou outros componentes de coluna de perfuração.

[00113] Referindo-se agora à Figura 6, um sistema de perfuração 300 pode ser usado para perfurar em uma formação 304. O sistema de perfuração 300 pode compreender uma coluna de perfuração 302 formada a partir de uma pluralidade de hastes de perfuração 204 ou outros componentes de coluna de perfuração 201 a 207. As hastes de perfuração 204 podem ser rígidas e/ou metálicas ou, alternativamente, podem ser construídas a partir de outros materiais adequados. A coluna de perfuração 302 pode compreender uma série de hastes de perfuração conectadas que podem ser montadas seção por seção conforme a coluna de perfuração 302 avança na formação 304. Uma broca de perfuração 207 (por exemplo, uma broca de perfuração de face aberta ou outro tipo de broca de perfuração) pode ser fixada à extremidade distal da coluna de perfuração 302. Conforme usado neste documento, os termos "baixo", "inferior", "principal" e "extremidade distal" se referem à extremidade da coluna de perfuração 302 incluindo a broca de perfuração 207. Enquanto os termos "cima", "superior", "de fuga", ou "próximo" se referem à extremidade da coluna de perfuração 302 oposta a broca 207.

[00114] O sistema de perfuração 300 pode compreender uma plataforma de perfuração 301 que pode girar e/ou empurrar a broca de perfuração 207, as hastes de perfuração 204 e/ou outras porções da coluna de perfuração 302 na formação 304. A plataforma de perfuração 301 pode compreender um mecanismo de acionamento, por exemplo, um cabeçote de perfuração rotativo 306, um conjunto de carrinho 308 e um mastro 310. O cabeçote de perfuração 306 pode ser acoplado à coluna de perfuração 302 e pode girar a broca de perfuração 207, as hastes de perfuração 204 e/ou outras porções da coluna de perfuração 302. Se desejado, o cabeçote de perfuração rotativo 306 pode ser configurado para variar a velocidade e/ou direção que giram estes componentes. O conjunto de carrinho 308 pode se mover em relação ao mastro 310. Conforme o conjunto de carrinho 308 se move em relação ao mastro 310, o conjunto de carrinho 308 pode prover uma força contra o cabeçote de perfuração rotativo 306, que pode empurrar a broca de perfuração 207, as hastes de perfuração 204 e/ou outras porções da coluna de perfuração 302 adicionais na formação 304, por exemplo, enquanto estão sendo giradas.

[00115] Será apreciado, entretanto, que a plataforma de perfuração 301 não exige um cabeçote de perfuração rotativo, um conjunto de carrinho, uma armação corrediça ou um conjunto de acionamento e que a plataforma de perfuração 301 pode compreender outros componentes adequados. Também será apreciado que o sistema de perfuração 300 não exige uma plataforma de perfuração e que o sistema de perfuração 300 pode compreender outros componentes adequados que podem girar e/ou empurrar a broca de perfuração 207, as hastes de perfuração 204 e/ou outras porções da coluna de perfuração 302 na formação 304. Por exemplo, motores sônicos, de percussão ou de fundo de poço podem ser usados.

[00116] Conforme mostrado pela Figura 6, o sistema de perfuração 300 pode compreender, adicionalmente, um dispositivo de aperto de haste de perfuração 312. Em mais detalhes, o mecanismo de acionamento pode avançar a coluna de perfuração 302 e particularmente uma primeira haste de perfuração 204 até uma porção de fuga da primeira haste de perfuração 204 é próxima de uma abertura de um poço formado pela coluna de perfuração 302. Uma vez que a primeira haste de perfuração 204 está a uma profundidade desejada, o dispositivo de aperto de haste de perfuração 312 pode apertar a primeira haste de perfuração 204, o que pode auxiliar a impedir a perda inadvertida da primeira haste de perfuração 204 e da coluna de perfuração 302 abaixo do poço. Com o dispositivo de aperto de haste de perfuração 312 apertando a primeira haste de perfuração 204, o mecanismo de acionamento pode ser desconectado da primeira haste de perfuração 204.

[00117] Uma segunda haste de perfuração 204 ou adicional pode então ser conectada ao mecanismo de acionamento manual ou automaticamente usando um dispositivo de manipulação de haste de perfuração, tal como aquele descrito na Patente U.S. N° 8.186.925, depositada em 29 de maio de 2012, cujos inteiros teores são, desse modo, incorporados por referência neste documento. Em seguida, o mecanismo de acionamento pode avançar automaticamente a extremidade de pino 104 da segunda haste de perfuração 204 na extremidade caixa 108 da primeira haste de perfuração 204. Uma junta entre a primeira haste de perfuração 204 e a segunda haste de perfuração 204 pode ser feita ao se rosquear a segunda haste de perfuração 204 na primeira haste de perfuração 204. Alguém irá apreciar, à luz da divulgação neste documento, que as extremidades principais 114 e 120 das roscas macho e fêmea 110 e 112 das hastes de perfuração 204 podem impedir ou reduzir emperramento e cruzamento de rosca mesmo quando a junta entre as hastes de perfuração 204 é feita automaticamente pela plataforma de perfuração 301.

[00118] Após a segunda haste de perfuração 204 ser conectada ao mecanismo de acionamento e a primeira haste de perfuração 204, o dispositivo de aperto de haste de perfuração 312 pode liberar a broca 302. O mecanismo de acionamento pode avançar na coluna de perfuração 302 adicional na formação para uma maior profundidade desejada. Este processo de apertar a coluna de perfuração 302, desconectar o mecanismo de acionamento, conectar uma haste de perfuração adicional 204, liberar o aperto e avançar a coluna de perfuração 302 para uma profundidade maior pode ser executado repetidamente para perfurar cada vez mais fundo na formação.

[00119] Por conseguinte, as Figuras 1-Y, o texto correspondente, provê um número de componentes e mecanismos diferentes para fazer juntas entre os componentes de coluna de perfuração com eficiência de carga e capacidade de carga aumentadas, e que também pode ser resistente ao desgaste, emperramento e a cruzamento de rosca. Além do citado acima, implementações da presente invenção também podem ser descritas em termos de atos e etapas em um método para conseguir um resultado particular. Por exemplo, um método de um método de fabricação de uma junta em uma coluna de perfuração com eficiência de carga e capacidade de carga aumentadas e com a resistência ao desgaste, emperramento e o cruzamento de rosca é descrito abaixo com referência aos componentes e diagramas das Figuras 1 a Y.

[00120] O método pode envolver inserir uma extremidade de pino 104 de um primeiro componente de coluna de perfuração 102 em uma extremidade caixa 108 de um segundo componente de coluna de perfuração 106. O método também pode envolver girar o primeiro componente de coluna de perfuração 102 em relação ao segundo componente de coluna de perfuração 108. O método pode envolver, adicionalmente, apoiar uma extremidade principal plana 114 de uma rosca macho 110 na extremidade de pino 104 do primeiro componente de coluna de perfuração 102 contra uma extremidade principal plana 120 de uma rosca fêmea 112 na extremidade caixa 108 do segundo componente de coluna de perfuração 106.

[00121] A extremidade principal plana 114 da rosca macho 110 pode ser orientada em um ângulo agudo 146 em relação a um eixo central 26 do primeiro componente de coluna de perfuração 102. Semelhantemente, a extremidade principal plana 120 da rosca fêmea 112 pode ser orientada em um ângulo agudo 148 em relação a um eixo central 26 do componente de coluna de perfuração 106.

[00122] O método pode envolver, adicionalmente, deslizar a extremidade principal plana 114 da rosca macho 110 contra e ao longo da extremidade principal plana 120 da rosca fêmea 112 para guiar a rosca macho 110 em um vão entre espiras da rosca fêmea 112. Deslizar a extremidade principal plana 114 da rosca macho 110 contra e ao longo da extremidade principal plana 120 da rosca fêmea 112 pode fazer o primeiro componente decoluna de perfuração 102 para girar em relação ao segundo componente de coluna de perfuração 106 devido aos ângulos agudos 146 e 148 das extremidades principais planas 114 e 120 das roscas macho e fêmea 110 e 112. O método pode envolver girar e avançar automaticamente o primeiro componente de coluna de perfuração 102 em relação ao segundo componente de coluna de perfuração 106 usando uma plataforma de perfuração 301 sem manipular de forma manual os componentes de coluna de perfuração 106 e 108.

[00123] A extremidade principal plana 120 da rosca fêmea 112 pode se estender ao longo de toda uma profundidade 132 da rosca fêmea 110. A extremidade principal plana 114 da rosca macho 110 pode se estender ao longo de toda uma profundidade 130 da rosca macho 110. Ao girar o primeiro componente de coluna de perfuração 102 em relação ao segundo componente de coluna de perfuração 108, as profundidades das extremidades principais planas 114 e 120 da rosca fêmea 112 e da rosca macho 110 podem impedir emperramento ou acunhamento das roscas macho e fêmea 110 e 112.

[00124] Deste modo, implementações do citado acima proveem vários recursos desejáveis. Por exemplo, ao se incluir extremidades principais ou faces de início que são opcionalmente a largura total da rosca, o início de rosca de tipo de prolongamento pode ser eliminado, desse modo, permitindo: (a) posicionar a circunferência rotacional substancialmente total para rosquear; e (b) uma superfície guia para colocar roscas correspondentes em uma posição de rosqueamento. Por exemplo, a face de início angular pode engatar uma rosca ou face de início de rosca correspondente e direcionar a rosca correspondente a uma posição de rosqueamento entre roscas helicoidais. Além disto, em qualquer posição das roscas correspondentes, o prolongamento foi eliminado para eliminar praticamente a geometria propensa ao acunhamento.

[00125] Benefícios similares podem ser obtidos independente de rosqueamento ser concêntrico ou excêntrico na natureza. Por exemplo, em um arranjo excêntrico, uma linha que intersecta uma crista de rosca e uma face de início de rosca pode compreender uma junta afilada. Em alimentação, a face de início de rosca pode se unir com a crista de rosca correspondente de maneira que reduz ou elimina acunhamento conforme a interseção e rosca subsequente resistem ao acunhamento, emperramento e cruzamento de rosca. Em tal modalidade, uma junta afilada pode ser suficiente para reduzir o maior diâmetro em uma extremidade menor de uma rosca macho para ser menor do que um menor diâmetro em uma grande extremidade de uma rosca fêmea. Deste modo, rosqueamento excêntrico pode ser usado por roscas afiladas.

[00126] As roscas da presente divulgação podem ser formadas em qualquer número de maneiras adequadas. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, dispositivos de giro, tais como tornos podem ter dificuldade criando uma face de início de rosca abrupta, tais como aquelas divulgadas neste documento. Por conseguinte, em algumas modalidades, uma rosca pode ser formada para compreender um prolongamento. Um processo de moagem, fresagem ou outro subsequente pode então ser empregado para remover uma porção do prolongamento e criar um inicio de rosca, tais como aqueles descritos neste documento, ou podem ser aprendidos a partir de uma revisão da divulgação neste documento. Em outras modalidades, outros equipamentos podem ser utilizados, incluindo uma combinação de giro e outro equipamento de usinagem. Por exemplo, um torno pode produzir uma porção da rosca enquanto a outra maquinaria pode processar, adicionalmente, um componente macho ou fêmea para adicionar uma face de início de rosca. Ainda em outras modalidades, processos de moldagem, fundição, corte de ponto único, broca de rosca, suporte para mordente, fresagem, moagem, balanço, lapidação ou outros, ou qualquer combinação dos citados acima pode ser usada para criar uma rosca em conformidade com a divulgação neste documento.

[00127] A presente invenção pode, deste modo, ser modalizada em outras formas específicas sem se afastar de seu espírito ou características essenciais. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos apenas como ilustrativas e não restritivas. O escopo da invenção é, portanto, indicado pelas reivindicações anexas em vez de pela descrição citada acima. Todas as mudanças que vêm dentro do significado e intervalo de equivalência das reivindicações devem ser admitidas dentro de seu escopo.

Claims (16)

1.Componente de coluna de perfuração com rosca (102), caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo oco (103) com um eixo central (126) e primeira e segundas extremidades opostas (104, 108); e duas roscas (110, 112) posicionadas na primeira extremidade (104, 108) do corpo oco; em que: cada uma das duas roscas compreende uma pluralidade de voltas helicoidais se estendendo ao longo da primeira extremidade do corpo oco, cada uma das duas roscas tem uma base de rosca, uma crista de rosca, um espaçamento de rosca, uma largura de rosca (118), e uma extremidade principal (114); as extremidades principais das duas roscas são circunferencialmente espaçadas a 180 graus, próximas de uma borda principal (140) da primeira extremidade do corpo oco; a extremidade principal de cada uma das duas roscas tem um flanco de folga e um flanco de pressão, o flanco de pressão com uma porção orientada em um ângulo de flanco de pressão negativo; a base de cada uma das duas roscas circunscreve uma superfície cilíndrica se estendendo ao comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta, a crista de cada uma das duas roscas circunscreve uma superfície tronco-cônica se prolongando ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta, e em que uma geratriz da superfície tronco-cônica é uma linha reta que fica em um ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco; e em que a extremidade principal de cada rosca se estende a largura da rosca completa.

2.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extremidade principal de cada uma das duas roscas compreende uma superfície plana se estendendo perpendicular ao corpo oco; em que a superfície plana da extremidade principal de cada rosca se estende a largura da rosca completa.

3.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a largura de rosca e o espaçamento de cada uma das duas roscas aumenta a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado em cada uma das duas roscas.

4.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre a largura e o espaçamento aumenta uniformemente a partir do primeiro valor para um valor final por todo o comprimento axial total da pluralidade de voltas helicoidais.

5.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre a largura e o espaçamento aumenta de forma não uniforme a partir do primeiro valor para um valor final por todo o comprimento axial total da pluralidade de voltas helicoidais.

6.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre a largura e o espaçamento aumenta de forma não uniforme a partir do primeiro valor para um valor final por toda uma porção do comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais e permanece constante daí em diante.

7.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de roscas compreende duas roscas.

8.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o corpo oco é um corpo de parede fina tendo uma espessura de parede entre 5 por cento e 10 por cento de um diâmetro externo do corpo oco.

9.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira extremidade compreende uma extremidade caixa (108) e as duas roscas compreendem roscas fêmeas (112).

10.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o componente de coluna de perfuração compreende um dentre uma haste de perfuração, um revestimento, um acoplamento adaptador, um escareador, uma broca de perfuração ou um acoplamento de travamento.

11.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a extremidade principal da rosca é deslocada a partir da primeira extremidade do corpo oco por uma distância igual ou menor do que cerca da largura de rosca.

12.Componente de coluna de perfuração com rosca (102), compreendendo: um corpo oco (103) com um eixo central (126) e primeira e segundas extremidades opostas (104, 108); e duas roscas (110, 112) posicionadas na primeira extremidade (104, 108) do corpo oco; em que: cada uma das duas roscas compreende uma pluralidade de voltas helicoidais se estendendo ao longo da primeira extremidade do corpo oco, cada uma das duas roscas tem uma base de rosca, uma crista de rosca, um espaçamento de rosca, uma largura de rosca (118) e uma extremidade principal (114); caracterizado pelo fato de que: as extremidades principais das duas roscas são circunferencialmente espaçadas a 180 graus, próximas de uma borda principal (140) da primeira extremidade do corpo oco; cada uma das duas roscas tem um ângulo de flanco de pressão negativo de 20 a 10 graus; em que a extremidade principal de cada uma das duas roscas se estende a largura da rosca completa.

13.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a extremidade principal de cada uma das duas roscas compreende uma superfície plana se estendendo perpendicular ao corpo oco; em que a superfície plana da extremidade principal de cada rosca se estende a largura da rosca completa.

14.Componente de coluna de perfuração com rosca (102), caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo (103), uma extremidade caixa (108), uma extremidade de pino oposta (104) e um eixo central (126) se estendendo através do corpo; duas roscas tipo fêmea (112) posicionadas na extremidade caixa do corpo, as duas roscas tipo fêmea tendo, cada uma, uma extremidade principal (120), uma base de rosca, uma crista de rosca, um espaçamento de rosca e uma largura de rosca (118); duas roscas tipo macho (110) posicionadas na extremidade de pino do corpo, as duas roscas tipo macho tendo, cada uma, uma extremidade principal (114), uma base de rosca, uma crista de rosca, um espaçamento de rosca e uma largura de rosca; em que as extremidades principais das duas roscas tipo fêmea são circunferencialmente espaçadas a 180 graus, próximas de uma borda principal da extremidade caixa do corpo; as extremidades principais das duas roscas tipo macho são circunferencialmente espaçadas a 180 graus, próximas de uma borda principal da extremidade de pino do corpo; cada uma das duas roscas tipo fêmea e cada uma das duas roscas tipo macho tem um ângulo de flanco de pressão negativo; a base de cada uma das duas roscas tipo fêmea e das duas roscas tipo macho circunscreve uma superfície cilíndrica se estendendo ao comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta, a crista de cada uma das duas roscas tipo fêmea e das duas roscas tipo macho circunscreve uma superfície tronco-cônica se estendendo ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta e em que a geratriz da superfície do tronco-cônica é uma linha reta que fica em um ângulo em relação ao eixo central se estendendo através do corpo oco, e pelo menos um dentre a largura de rosca e o espaçamento de rosca de cada uma das duas roscas tipo fêmea e das duas roscas tipo macho aumenta a partir de um primeiro valor próximo da extremidade principal ao longo de pelo menos uma porção do comprimento axial da pluralidade de voltas helicoidais desta para um valor final em um ponto desejado em cada rosca dentre a pluralidade de roscas; em que a extremidade principal de cada uma das roscas tipo fêmea é perpendicular ao corpo oco e se estende a largura da rosca completa para impedir acunhamento e emperramento das roscas.

15.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o componente de coluna de perfuração compreende uma haste de perfuração.

16.Componente de coluna de perfuração, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a haste de perfuração é oca e com paredes finas.

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