BR112015012235B1 - Conexão tubular com ressalto de torque que se estende de forma helicoidal e método de ligação de comprimento tubular de revestimento ou tubulação de óleo tubular - Google Patents
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Abstract
conexão tubular com ombro de torque que se estende de forma helicoidal. uma conexão tubular inclui um membro de pino e um membro de caixa. o membro de pino tem uma primeira estrutura de rosca e um ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino a partir da primeira estrutura de rosca. o membro de caixa tem uma segunda estrutura de rosca e um segundo ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa a partir da segunda estrutura de rosca. a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca são dimensionadas e localizadas de modo a controlar uma posição de inserção da conexão tubular, e, na posição de inserção, o primeiro ombro de torque helicoidal não entra em contato ou sobrepõe-se axialmente com o segundo ombro de torque helicoidal. um método de junção de membros tubulares utilizando um ombro de torque helicoidal também é fornecido.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US N ° 61/730,720, depositado em 28 de novembro de 2012, e do Pedido de Patente US N ° 13/798,330, depositado em 13 de março de 2013, a totalidade dos quais sendo aqui incorporada por referência.
[002] O presente pedido refere-se a conexões tubulares e, mais particularmente, a uma conexão tubular que tem um arranjo de ressalto de torque helicoidal.
[003] A indústria de exploração e produção de óleo e gás perfura poços cada vez mais profundos e complexos para encontrar e produzir hidrocarbonetos brutos. A indústria utiliza rotineiramente tubo de aço (Oil Country Tubular Goods) para proteger o furo do poço (revestimento) e para controlar os fluidos produzidos nele (tubulação). O revestimento e a tubulação são feitos e transportados em comprimentos relativamente curtos e instalados no poço um comprimento de cada vez, cada comprimento sendo conectado ao seguinte. Como a busca por óleo e gás tem levado empresas a perfurar poços mais profundos e difíceis, as exigências sobre revestimento e tubulação têm crescido proporcionalmente em termos tanto de forças de tração e de pressão. A tecnologia em desenvolvimento de poços desviados e horizontais têm exacerbado esta tendência, adicionando aos requisitos de revestimento e tubulação uma análise adicional de cargas de torção crescentes.
[004] Duas classes gerais de conectores existem dentro deste campo. O mais comum é o conector acoplado e rosqueado, onde dois pinos, ou roscas macho, os quais são maquinados nas extremidades de duas longas juntas de tubo, são unidos por duas caixas, ou roscas fêmeas, maquinadas em um membro relativamente curto, um acoplamento, com um diâmetro exterior maior do que o tubo, e com aproximadamente o mesmo diâmetro interior. A outra classe é o conector integral, em que o membro de pino é rosqueado em uma extremidade de uma junta de total comprimento de tubo e o membro de caixa é rosqueado para dentro da segunda junta de total comprimento. As duas juntas podem, então, serem diretamente unidas sem a necessidade de um membro de acoplamento intermediário. As extremidades do corpo do tubo podem ser ainda processadas para facilitar o rosqueamento da conexão.
[005] Um perfil de rosca é geralmente definido por uma raiz de rosca, uma crista de rosca, um flanco de inserção e um flanco de carga, conforme é genericamente mostrado na Fig. 1. Em uma rosca convencional, o "ângulo incluído", o ângulo entre os flancos de carga e de inserção é positivo, o que significa que a largura da crista de rosca é menor do que a largura da ranhura de rosca com a qual ela é inicialmente engatada. Assim, o dente do pino é facilmente posicionado dentro da ranhura da caixa à medida em que as roscas são montadas por rotação de um membro para dentro do outro. Na posição de montagem final, uma ou ambas as cristas e raízes podem ser ligadas, e pode existir folga entre os flancos de carga ou os flancos de inserção. Isso permite que a rosca seja facilmente montada. Como refletido na posição de rosca exemplificativa mostrada nas Figs. 2A (posição de inserção), 2B (posição engatada) e 2C (posição totalmente encaixada), esta folga evita que os flancos de carga e de inserção desenvolvam interferência positiva com sua superfície de casamento, o que faria com que a rosca "bloqueasse" e não engatasse plenamente.
[006] Uma série de avanços ao longo dos anos têm dado origem a conexões "premium". Pode-se genericamente caracterizar essas conexões, em comparação com as conexões especificadas pela API (American Petroleum Institute - Instituto de Petróleo Americano) e outras organizações similares, na medida em que apresentam: 1) perfis de rosca mais sofisticados; 2) uma ou mais superfícies de vedação metal-com-metal; e 3) um ou mais ressaltos de torque. O(s) ressalto(s) de torque é(são) um mecanismo usado para posicionar geometricamente a(s) vedação(ões) de metal e para reagir contra as roscas para resistir a torque aplicado externamente, enquanto mantendo tensão circunferencial relativamente baixa no interior da(s) seção(ões) rosqueada(s) da conexão. A resistência a torque é uma função da área do ressalto de torque.
[007] Outro tipo de sistema de rosca que tem sido utilizado neste domínio é conhecido como uma rosca do tipo “wedge" (cuneiforme), que é formada por um sistema de roscas de diferentes graus de cauda com largura ou passo variante. Este tipo de arranjo de rosca permite que roscas sejam facilmente engatadas e montadas, e ainda desenvolvam interferência positiva entre flancos opostos da rosca na posição totalmente montada. A rosca do tipo “wedge” geralmente tem uma maior resistência a torque que outras conexões rosqueadas premium. A "rosca wedge" tem certas desvantagens, a principal sendo que ela é muito mais difícil de fabricar e medir do que uma rosca de um único passo. A fabricação de uma rosca wedge em um cone aumenta ainda mais a dificuldade de tanto o processo de rosqueamento quanto o processo de medição.
[008] O que é necessário pelos perfuradores e produtores de poços de óleo e gás profundos, de alta pressão, quentes e/ou desviados é uma conexão rosqueada que tem características de alto torque com relativa facilidade de usinagem e custo de produção.
[009] Um exemplo de conexões de tubulação é revelado no documento WO8404352, que trata de uma junta tubular ou conector de membros de caixa e de pinos possuindo duas roscas de passe duplo. Duas vedações metal-metal de superfícies de vedação complementares são fornecidas, uma adjacente à extremidade do membro de pino e a outra axialmente disposta entre os dois passes. Um ressalto de torque de ângulo reverso na extremidade do membro de pino e a terminação interior do membro de caixa e roscas engatadas caracterizam ainda a junta e os membros de caixa e de pino. No entanto, a conexão revelada em WO8404352 não é capaz de suportar as crescentes cargas de torção que a indústria demanda.
[010] Em um aspecto, um método de ligação de comprimento tubular de revestimento ou tubulação de óleo envolve as etapas de: utilizar um primeiro membro tubular tendo um membro de pino associado com uma primeira estrutura de rosca e um primeiro ressalto de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino a partir da primeira estrutura de rosca; utilizar um segundo membro tubular tendo um membro de caixa associado com uma segunda estrutura de rosca e um segundo ressalto de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa a partir da segunda estrutura de rosca; engatar o membro de pino e o membro de caixa um com o outro em uma posição de inserção que é definida pela interação da primeira estrutura de rosca e da segunda estrutura de rosca, na posição de inserção o primeiro ressalto de torque helicoidal não entrando em contato ou se sobrepondo axialmente com o segundo ressalto de torque helicoidal; rotacionar pelo menos um do primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular de modo que a interação entre a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca guia o primeiro ressalto de torque helicoidal em alinhamento cooperativo com o segundo ressalto de torque helicoidal; e continuar a rotação de pelo menos um do primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular até que o primeiro ressalto de torque helicoidal engate completamente com o segundo ressalto de torque helicoidal.
[011] Em outro aspecto, uma conexão tubular inclui um membro de pino e um membro de caixa. O membro de pino tem uma primeira estrutura de rosca e um ressalto de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino da primeira estrutura de rosca. O membro de caixa tem uma segunda estrutura de rosca e um segundo ressalto de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa a partir da segunda estrutura de rosca. A primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca são dimensionadas e localizadas para controlar uma posição de inserção da conexão tubular, e, na posição de inserção, o primeiro ressalto de torque helicoidal não engata ou sobrepõe axialmente com o segundo ressalto de torque helicoidal.
[012] Em um exemplo, a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca podem ser respectivas roscas de passo constante cônicas e o primeiro e segundo ressaltos de torque helicoidal podem ser formados por respectivas estruturas não-cônicas.
[013] Os detalhes de uma ou mais concretizações são apresentados nos desenhos acompanhantes e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens serão evidentes a partir da descrição e desenhos, e a partir das reivindicações.
[014] A Fig. 1 é um perfil esquemático de uma forma de rosca;
[015] As Figs. 2A, 2B e 2C mostram uma parte de uma conexão emcondições de inserção, engate e montagem respectivamente;
[016] A Fig. 3 mostra uma conexão premium exemplificativa com umasuperfície de ressalto de torque cilíndrica;
[017] A Fig. 4 mostra uma concretização de uma conexão com um ressalto de torque helicoidal que corre em um ressalto de torque cilíndrico;
[018] As Figs. 5 e 6 mostram uma outra concretização de uma conexão com um ressalto de torque helicoidal que corre em um ressalto de torque cilíndrico; e
[019] A Fig. 7 mostra uma concretização de conexão na qual o ressalto de torque helicoidal é formado por uma estrutura de cauda em cunha.
[020] A presente conexão tubular fornece um arranjo ressalto de torque helicoidal.
[021] Na concretização principal, o ressalto de torque que se estende circunferencialmente da forma convencional (por exemplo, o ressalto normalmente encontrado no pino-nariz para a base-caixa de uma conexão premium rosqueada e acoplada, ou um ressalto central) é complementado ou suplantado por um ressalto de torque que se estende helicoidalmente.
[022] Como mencionado acima, a maioria das conexões "premium", per conexão esquemática parcial de pino 10 e caixa 12 mostrada na Fig. 3, incluem roscas 14, uma vedação de metal 16, e um ressalto de torque positivo 18. Como o primeiro membro da conexão é montado no segundo, membro de casamento, as roscas contatam em algum ponto em seus respectivos flancos "de inserção". À medida em que o primeiro membro 10 é rotacionado para o segundo, acionado por um momento externo ao membro, as roscas engatam, e o primeiro membro da conexão rosqueada move para o interior do segundo membro, limitado pela geometria das roscas engatadas. À medida em o engate de a rosca se aproxima da montagem completa, duas estruturas opostas, os "ressaltos de torque '', entram em contato.
[023] O ressalto de torque convencional, normalmente encontrado na interface pino-nariz a base-caixa de uma conexão premium rosqueada e acoplada, é uma superfície de ressalto cilíndrica, como representada na Fig. 3, em torno da circunferência completa de ambos os membros. Ambos os ressaltos estão localizados em planos respectivos (por exemplo, 20) substancialmente perpendiculares ao eixo longitudinal 22 do membro/conexão (por exemplo, no caso de superfícies de ressalto que se estendem radialmente apenas como mostrado) ou ao longo das respectivas extensões axiais, relativamente estreitas (por exemplo, a extensão axial 24, no caso dos ressaltos que se estendem em algum ângulo com relação à direção radial). Em ambos os casos, a qualquer distância radial dada a partir do eixo central do membro/conexão, uma linha que se estende circunferencialmente pode ser definida ao longo da superfície para aquela distância radial e a linha vai ficar em um plano substancialmente perpendicular ao eixo de conexão. Como a superfície de vedação de metal 16A do primeiro membro entra em contato com a superfície de vedação de metal 16B do segundo membro, a reação entre os dois gera uma força de oposição e momentaneamente prende o movimento relativo axial continuado dos elementos rosqueados. As roscas do primeiro membro, movidas pelo momento externo, continuam a rotacionar, provocando um deslocamento tal que o contato de rosca move de engate a flanco de inserção a engate a flanco de carga.
[024] Uma vez que os flancos de carga das roscas estão engatados, qualquer momento crescente adicional aplicado externamente provoca uma reação entre os flancos de carga da rosca e a vedação metal-metal, forçando o primeiro membro para o interior do segundo ao longo do trajeto definido pela geometria da rosca, e engatando ainda mais as vedações metálicas, ultrapassando a resistência das vedações que interferem no encaixe. Uma vez que a superfície do ressalto de torque 18A do primeiro membro entra em contato com a superfície de ressalto de torque 18B do segundo membro, a continuação da rotação não é possível. O contato entre cada um dos ressaltos de torque membros resiste a movimento circunferencial adicional.
[025] Se o momento externo é suficientemente grande, e a capacidade de carga e de cisalhamento das roscas for suficientemente grande, o(s) ressalto(s) de torque irá(ão) produzir, eles mesmos, a força de reação entre os ressaltos de cada membro tornando-se maior do que a capacidade de cisalhamento ou corte do ressalto.
[026] A presente descrição é dirigida a uma solução para aumentar a resistência a torque de uma conexão através do aumento da área de superfície do ressalto de torque, uma vez que a tensão de contato é diretamente proporcional à força e inversamente proporcional à área. Para uma dada espessura de parede de tubo, as roscas devem utilizar uma certa percentagem da profundidade radial de espessura da seção de parede para gerar a área de carga e de cisalhamento necessária para que as roscas transmitam a carga do tubo. A percentagem real de área transversal é uma função da geometria da rosca: passo de rosca, altura de rosca, e cone de rosca. A porção restante da profundidade ou espessura radial da secção de parede pode ser usada para superfícies de vedação metal com metal e o ressalto de torque.
[027] O frio que forma o nariz do pino para reduzir o diâmetro interno do membro de pino permite que o projetista aumente a área de superfície de ressalto de torque, mas tem limitações. Um dos requisitos mais importantes da Oil Country Tubular Goods é o “diâmetro de drift", o maior cilindro de um diâmetro e comprimento especificados que vai passar através dos tubos e conexões montados. O diâmetro de drift é apenas ligeiramente menor do que o diâmetro interior nominal do corpo do tubo. Por isso, o pino só pode ser formado em uma pequena quantidade, o que limita o aumento da área de superfície de ressalto a uma pequena quantidade.
[028] Nas concretizações ilustradas nas Figs. 4-6, o ressalto de torque convencional 30, normalmente encontrado na interface pino-nariz caixa-base de uma conexão premium rosqueada e acoplada, é complementado por um conjunto de superfícies helicoidais 32 e 34, usinadas em uma secção cilíndrica 36 do corpo do tubo paralelo ao seu eixo longitudinal 38. O membro de pino 10 ressalto de torque helicoidal tem dois flancos 32A, 34A ligados por uma raiz e uma crista em torno de uma hélice de três voltas. O membro de caixa 12 teria correspondentes flancos de ressalto de torque de casamento correspondentes. Cada uma destas superfícies tem o potencial de acrescentar área de superfície no ressalto de torque cilíndrico. Embora as extensões das superfícies possam variar desde menos de uma volta a mais do que três voltas, o principal problema é encontrar as superfícies que irão suportar a reação das superfícies de ressalto de torque primário 30A e 30B, ainda cilíndricas, contra as superfícies de flanco de carga das roscas de conexão.
[029] Nas concretizações ilustradas, o ressalto de torque helicoidal está na natureza de um desenho trapezoidal "Flanco-a-Flanco". Como pode ser visto na Fig. 6, o ressalto de torque helicoidal pode incluir chanfros de início 50. O membro de caixa também pode incluir uma zona de folga 52 entre a superfície de vedação de metal da caixa 16B e o início da superfície de ressalto de torque da caixa 34B para permitir que o nariz do pino e o início associado do ressalto de torque helicoidal do pino entre em um local um bem curto (por exemplo, justo de modo axial à direita na vista da Fig. 6) ao início da superfície de ressalto de torque da caixa 34B. Durante a montagem, ambos os flancos que se estendem helicoidalmente/superfícies de ressalto do ressalto de torque helicoidal de um membro entram em contato com os flancos/superfícies de ressalto de casamento do ressalto helicoidal do outro membro antes de completar a montagem (por exemplo, à medida em que o ressalto de torque helicoidal no pino 10 move para dentro do ressalto de torque helicoidal na caixa 12).
[030] As superfícies de flanco, usinadas em um ângulo leve medido a partir da perpendicular ao eixo longitudinal do corpo do tubo, permite a rotação adicional da conexão acionada pelo momento externamente aplicado. Como as superfícies de flanco estão ainda mais impulsionados conjuntamente, a força normal entre as superfícies de flanco aumenta, e a força de atrito aumentada resultante resiste ao momento externamente aplicado; ou seja, é necessário um maior momento, torque, para continuar a impulsionar os dois membros em conjunto.
[031] À medida em que os membros são completamente montados, a forma de ressalto de torque helicoidal termina e as duas superfícies de ressalto de torque cilíndricas engatam, aumentando grandemente os requisitos de torque da montagem. Além disso, uma vez que o membro de engate é preso pelo ressalto cilíndrico perpendicular, qualquer momento crescente aplicado externamente continua a forçar uma reação cada vez maior entre os flancos de carga das superfícies de ressalto de torque helicoidais e as superfícies de ressalto cilíndricas.
[032] A reação entre os flancos de carga do pino e os flancos de carga da caixa resulta em uma força de compressão que atua sobre o membro de pino, à medida que os flancos de carga da caixa forçam os flancos de carga e todo o membro de pino para dentro do membro de caixa. A reação entre os flancos de carga da caixa e os flancos de carga do pino resulta em uma força de tensão que atua sobre o membro de caixa à medida que os flancos de carga do pino forçam os flancos de carga e todo o membro de caixa para longe do ressalto de torque cilíndrico.
[033] À medida que as forças aumentam impulsionadas pelo momento externo crescente, o efeito Poisson impulsiona ambos os membros de pino e caixa: diametralmente aumentando a circunferência do pino, a qual está em compressão; diametralmente diminuindo a circunferência da caixa, que está em tensão. Esta reação inicia nas superfícies de ressalto cilíndricas e transfere de volta a conexão, começando com o ressalto de torque helicoidal. O efeito Poisson bloqueia as superfícies helicoidais, começando imediatamente na interseção do ressalto de torque cilíndrico e indo através dos ressaltos de torque helicoidais na direção das roscas. Este mecanismo de trava permite que ambos os flancos do ressalto de torque helicoidal aumentem a área efetiva do ressalto de torque combinado.
[034] Esta concretização da invenção oferece uma série de vantagens.
[035] O ressalto de torque helicoidal requer apenas algumas superfícies usinadas de forma helicoidal.
[036] As superfícies são semelhantes em forma de rosca, embora com função diferente, e podem ser usinadas de maneira semelhante às roscas.
[037] O ressalto de torque helicoidal da concretização ilustrada é fabricado em um caminho cilíndrico, paralelo ao eixo longitudinal do corpo de tubo, simplificando ainda mais a usinagem e medição das superfícies. No entanto, em outras concretizações, o ressalto de torque helicoidal pode ser usinado em um caminho afunilado.
[038] A área de superfície engatada pode ser ampliada mudando a forma (por exemplo, para tubos com paredes mais espessas, a altura das superfícies pode ser aumentada, ou o passo variado).
[039] Outras concretizações desta invenção podem oferecer vantagens adicionais ou complementares. Por exemplo, a descrição acima descreveu superfícies formadas de forma trapezoidal com um ângulo leve em relação à perpendicular do eixo do tubo. Mesmo um leve ângulo irá gerar algumas forças radiais. Estas forças radiais tenderão a forçar os dois membros a se separarem, com o efeito mais prejudicial sobre o membro com a seção transversal mais fina; na concretização ilustrada, o pino. Uma concretização alternativa pode utilizar superfícies helicoidais de formato quadrado ou retangular, com o ângulo entre as superfícies de flanco e a perpendicular ao eixo longitudinal do tubo em ou perto de zero.
[040] Outras concretizações podem usar uma forma mais complexa, com alguns flancos tendo ângulos negativos, ou ângulos em calhas. O ressalto de torque helicoidal ilustrado segue um perfil cilíndrico em relação ao eixo da conexão e, portanto, não requer uma folga de engate axial como formas de rosca completas usadas em aplicações de revestimento e de tubulação de campos petrolíferos. As conexões rosqueadas devem ter a característica de serem capaz de ser montadas sobre uma plataforma de perfuração. Isto requer alguma profundidade "de inserção" para estabilizar o comprimento do tubo na torre de suspensão, enquanto os trabalhadores da plataforma inicializam o contato entre os dois membros e os rotacionam em conjunto. As roscas principais 14, neste contexto, desempenham essa função, enquanto o ressalto de torque helicoidal só precisa ser otimizado para reagir ao momento aplicado externamente, o torque "make-up". Assim, na conexão contemplada, as superfícies de ressalto de torque helicoidais não serão engatadas ou axialmente sobrepostas quando os dois membros estiverem na posição de inserção definida pelas roscas principais que a operação de formação. Só depois de uma rotação relativa de um membro provocar o movimento axial dos membros, em conjunto, as superfícies de ressalto helicoidais começarão a sobrepor-se e axialmente e a mover-se um para dentro do outro.
[041] Outras concretizações podem na verdade usar uma forma de largura variável de quadrado, quase quadrado ou desenho de cauda de andorinha, em que o contato de flanco pode ser aumentado pelos mecanismos de cunha da rosca tipo wedge acima mencionada. Capacidade de torque aumentada é uma função do aumento da superfície de contato de ambos os flancos dos pares dentes e ranhuras do ressalto dentro do ressalto de torque em cunha. Este valor pode ser otimizado com base na altura da seção disponível e as rotações de montagem das principais roscas guia (as roscas convencionais localizadas em outros lugares na conexão). A título de exemplo, a Fig. 7 mostra uma concretização em que o ressalto helicoidal assume um formato trapezoidal das cunhas (por exemplo, como o ressalto de torque helicoidal 100 do membro de pino move-se para dentro do ressalto de torque helicoidal 104 do membro de caixa, os ressaltos movem mediante formação completa; vedação metal para metal é mostrada em 124).
[042] A capacidade de torque também é melhorada por qualquer ressalto de torque convencional que possa existir dentro da conexão rosqueada, e deve funcionar em conjunto com o ressalto de torque helicoidal descrito acima. Um ressalto de torque convencional pode ser uma extensão do ressalto de torque helicoidal ou ser localizado independentemente dele, em outra parte no interior da conexão.
[043] Conexões premium têm ressaltos em locais diferentes, e, em alguns casos, vários ressaltos. Os locais principais são:
[044] Pino-Nariz / Caixa-Base, intersectando o diâmetro interno da conexão (o exemplo aqui dado).
[045] Pino-Base / Caixa-Face; isto é, intersectando o diâmetro externo da conexão.
[046] A seção de parede intermediária da conexão, o "ressalto central" (por exemplo, por localização do ressalto mostrado na Patente US N° 5,415,442, que é aqui incorporada por referência).
[047] Um especialista na técnica irá reconhecer que o conceito de um ressalto de torque helicoidal pode ser utilizado em qualquer e todas estas configurações de ressalto, com as modificações apropriadas.
[048] Embora uma vedação de metal possa ou não estar presente na conexão rosqueada, uma configuração que utiliza uma vedação de metal com metal entre o ressalto de torque helicoidal e roscas convencionais terá uma vantagem adicional sobre uma conexão premium convencional em que o ressalto de torque helicoidal vai isolar a vedação de metal com metal da carga de compressão experimentada pelo membro de pino.
[049] Vedações de metal são formadas por encaixes de interferência de duas superfícies de metal lisas em conjunto. Durante a carga de compressão, a vedação de metal, particularmente do membro de pino, pode ser deformada por causa da carga de compressão excessiva. Devido à pressão de contato produzida pelo encaixe de interferência, as duas superfícies tentam se separar. Embora projetos convencionais utilizem técnicas para manter as duas superfícies em conjunto, a análise mostra algum grau de separação e perda resultante da pressão de contato. O ressalto de torque helicoidal vai isolar as superfícies de vedação do efeito de cargas axiais e produzir uma vedação de metal mais estável e consistente sob uma variedade de condições de carga.
[050] As estruturas de ressalto de torque helicoidal aqui descritas proporcionam uma superfície de ressalto de torque que se estende através de mais do que 360 graus e, de preferência, através de mais de 720 graus. Quando se segue a superfície de ressalto helicoidal a uma determinada distância radial a partir do eixo longitudinal central, o trajeto resultante não se situa dentro de um plano substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal do corpo do tubo ou corpo de conexão, ou mesmo uma extensão estreita tal como sugerido na Fig. 3, devido à natureza helicoidal das superfícies.
[051] Em uma aplicação, um comprimento axial LHTS do ressalto de torque helicoidal pode ser 30% ou menos do comprimento total L da conexão, enquanto o comprimento LPT a rosca principal pode ser de cerca de 50% ou mais (por exemplo, 60% ou mais) do comprimento total L da conexão, entendendo-se que o comprimento L da conexão é definido como a distância axial entre (i) o ressalto, vedação metal a metal ou rosca mais distante localizada em direção a uma extremidade da conexão e (ii) o ressalto, a vedação de metal a metal ou rosca mais distante localizada em direção a uma extremidade oposta da conexão).
[052] Em uma implementação, o comprimento axial LHTS do ressalto de torque helicoidal pode estar entre cerca de 15% e 45% do comprimento axial LPT da rosca principal.
[053] Em uma aplicação, o ressalto de torque helicoidal se estende através de não mais que quatro voltas, enquanto a forma da rosca principal se estende através de pelo menos dez voltas.
[054] É para ser claramente entendido que a descrição acima destina-se unicamente a título de ilustração e exemplo e não se destina a ser levada por meio de limitação, e que outras alterações e modificações são possíveis. Por exemplo, enquanto roscas cônicas de passo constante do tipo usado em conexões premium (por exemplo, per conexões ULTRA-DQx, ULTRA-FJ, ULTRA-QX e ULTRA-SF disponíveis a partir da Ultra Premium Oilfield Products de Houston, Texas) são descritas principalmente em conjunto com as roscas de ressalto de torque helicoidal, outros tipos de estruturas de rosca poderiam ser usados em vez das roscas de conexão premium, tais como roscas API Round, API Buttress ou outras.
Claims (18)
1. Conexão tubular compreendendo um membro de pino (10) e um membro de caixa (12), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:o membro de pino (10) tendo:uma primeira rosca cônica de passo constante tendo uma raiz, uma crista, um flanco de inserção e um flanco de carga;uma primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) espaçada axialmente ao longo do membro de pino (10) a partir da primeira rosca cônica de passo constante, a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) sendo não-cônica;o membro de caixa (12) tendo:uma segunda rosca cônica de passo constante tendo uma raiz, uma crista, um flanco de inserção e um flanco de carga;uma segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) espaçada axialmente ao longo do membro de caixa (12) a partir da segunda rosca cônica de passo constante, a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) sendo não-cônica;o membro de pino (10) e o membro de caixa configurados de modo que na posição de inserção a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) não engate ou se sobreponha com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
2. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que tanto (i) a primeira rosca cônica de passo constante e a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) são dimensionadas e localizadas em relação uma à outra quanto (ii) a segunda rosca cônica de passo constante e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) são dimensionadas e localizadas em relação uma à outra, de tal modo que durante formação rotacional do membro de pino (10) e membro de caixa (12) sob controle de interação entre a primeira rosca cônica de passo constante e a segunda rosca cônica de passo constante, a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é guiada em alinhamento cooperativo com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
3. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que mediante formação final do membro de pino (10) e do membro de caixa (12), a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é movida para engate em cunha com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
4. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que mediante formação final do membro de pino (10) e do membro de caixa (12), a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) são engatadas em um local que é um dentre (i) uma localização pino-nariz/caixa-base que intersecta o diâmetro interno da conexão, (ii) uma localização pino-base/caixa-face que intersecta o diâmetro externo da conexão ou (iii) uma seção de parede intermediária da conexão como um ressalto central da conexão.
5. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) possuem um guia de flanco de carga maior do que o guia de flanco de inserção.
6. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que:um diâmetro de raiz da primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é menor tanto do que um diâmetro de raiz inicial da primeira rosca cônica de passo constante quanto do que um diâmetro de raiz final da primeira rosca cônica de passo constante;um diâmetro de raiz da segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) é menor tanto do que um diâmetro de raiz inicial da segunda rosca cônica de passo constante quanto do que um diâmetro de raiz final da segunda rosca cônica de passo constante.
7. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que:o membro de pino (10) inclui uma primeira zona de transição axialmente entre a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) e a primeira rosca cônica de passo constante, a primeira zona de transição incluindo uma primeira superfície de vedação (16A);o membro de caixa (12) inclui uma segunda zona de transição axialmente entre a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) e a segunda rosca cônica de passo constante, a segunda zona de transição incluindo uma segunda superfície de vedação (16B);em condição de formação completa a primeira superfície de vedação (16A) engata a segunda superfície de vedação (16B) para vedação.
8. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que:um comprimento axial (LHTS) da primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é inferior a um comprimento axial (LPT) da primeira rosca cônica de passo constante;um comprimento axial (LHTS) da segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) é inferior a um comprimento axial (LPT) da segunda rosca cônica de passo constante.
9. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que:o comprimento axial (LHTS) da primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é substancialmente menor que o comprimento axial (LPT) da primeira rosca cônica de passo constante;o comprimento axial (LHTS) da segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) é substancialmente menor que o comprimento axial (LPT) da segunda rosca cônica de passo constante.
10. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que:a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) se estende por substancialmente menos voltas do que se estende a primeira rosca cônica de passo constante;a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) se estende por substancialmente menos voltas do que se estende a segunda rosca cônica de passo constante.
11. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) se estende substancialmente para uma primeira superfície de ressalto de torque substancialmente cilíndrica do membro de pino (10) e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) se estende substancialmente para uma segunda superfície de ressalto de torque substancialmente cilíndrica do membro de caixa (12), em posição de formação completa da conexão, a primeira superfície de ressalto de torque substancialmente cilíndrica engata a segunda superfície de ressalto de torque substancialmente cilíndrica e a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) engata a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B), de modo a resultar em um ressalto de torque cilíndrico e helicoidal combinados.
12. Conexão tubular compreendendo um membro de pino (10) e um membro de caixa (12), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:o membro de pino (10) tendo:uma primeira estrutura de rosca cônica de passo constante;uma primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) espaçada axialmente ao longo do membro de pino (10) a partir da primeira estrutura de rosca, em que o primeiro ressalto de torque helicoidal (100) de passo variável é não-cônico;o membro de caixa (12) tendo: uma segunda estrutura de rosca cônica de passo constante;uma segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) espaçada axialmente ao longo do membro de caixa (12) a partir da segunda estrutura de rosca, em que o segundo ressalto de torque helicoidal (104) de passo variável é não-cônico;em que a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca são dimensionadas e localizadas para controlar uma posição de inserção da conexão tubular, na posição de inserção a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) não engata ou se sobrepõe com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
13. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) possuem um guia de flanco de carga maior do que o guia de flanco de inserção.
14. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que tanto (i) a primeira estrutura de rosca e a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) são dimensionadas e localizadas uma em relação à outra quanto (ii) a segunda estrutura de rosca e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) são dimensionadas e localizadas uma em relação à outra, de tal modo que durante formação rotacional do membro de pino (10) e do membro de caixa (12) sob controle de interação entre a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca, a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) é guiada em alinhamento cooperativo com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
15. Conexão tubular, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) se estende substancialmente para um primeiro ressalto de torque substancialmente cilíndrico do membro de pino (10) e a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) se estende substancialmente para um segundo ressalto de torque substancialmente cilíndrico do membro de caixa (12), em posição de formação completa da conexão, o primeiro ressalto de torque substancialmente cilíndrico engata o segundo ressalto de torque substancialmente cilíndrico e a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) engata a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B), de tal modo a resultar em um ressalto de torque cilíndrico e helicoidal combinados.
16. Método de ligação de comprimento tubular de revestimento ou tubulação de óleo tubular, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:utilizar um primeiro membro tubular tendo um membro de pino (10) associado com uma primeira estrutura de rosca cônica de passo constante e uma primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) não-cônica espaçada axialmente ao longo do membro de pino (10) a partir da primeira estrutura de rosca;utilizar um segundo membro tubular tendo um membro de caixa (12) associado com uma segunda estrutura de rosca cônica de passo constante e uma segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B) não-cônica espaçada axialmente ao longo do membro de caixa (12) a partir da segunda estrutura de rosca;engatar o membro de pino (10) e membro de caixa (12) um com o outro em uma posição de inserção que é definida por interação da primeira estrutura de rosca e da segunda estrutura de rosca, na posição de inserção, a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) não engata ou se sobrepõe com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B);rotacionar pelo menos um dentre o primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular de modo que interação entre a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca guie a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) em alinhamento cooperativo com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui continuar a rotação de pelo menos um dentre o primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular até que a primeira superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34A) se engate em cunha com a segunda superfície de ressalto de torque helicoidal de passo variável (34B).
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o membro de pino (10) é formado integralmente com o primeiro membro tubular e o membro de caixa (12) é formado integralmente com o segundo membro tubular.
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