BR112015031301B1

BR112015031301B1 - conjunto para a produção de uma ligação roscada, ligação roscada e processo para produzir uma tal ligação roscada

Info

Publication number: BR112015031301B1
Application number: BR112015031301-9A
Authority: BR
Inventors: Pierre Bernard Martin; Sébastien COLIN; Xavier MENCAGLIA; Karine RUFFIN
Original assignee: Vallourec Oil And Gas France; Nippon Steel Corporation
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2020-11-24
Also published as: US20160146381A1; MX367349B; EA033401B1; BR112015031301A2; EP3011212A1; JP6463347B2; CN105378359B; MX2015017534A; CA2913577C; US10738917B2; CA2913577A1; CN105378359A; UA118761C2; WO2014202555A1; AR096646A1; MY187616A; PL3011212T3; FR3007495B1; AU2014283409B2; AU2014283409A1

Abstract

CONJUNTO PARA A PRODUÇÃO DE UMA LIGAÇÃO ROSCADA PARA A PERFURAÇÃO E EXPLORAÇÃO DE POÇOS DE HIDROCARBONETOS, LIGAÇÃO ROSCADA, E PROCESSO PARA PRODUZIR UMA TAL LIGAÇÃO ROSCADA. A invenção refere-se a um conjunto para a produção de uma ligação roscada, o qual compreende um primeiro (UCS), um segundo (BCS), um terceiro (PIN-A) e um quarto (PIN-B) componente tubular com um eixo de revolução (10). A invenção refere-se ainda a uma ligação roscada que resulta de apertar o referido conjunto, bem como processo para a produção da mesma.

Description

CONJUNTO PARA A PRODUÇÃO DE UMA LIGAÇÃO ROSCADA, LIGAÇÃO ROSCADA E PROCESSO PARA PRODUZIR UMA TAL LIGAÇÃO ROSCADA

[0001] A presente invenção refere-se a ligações roscadas para a perfuração e/ou exploração de poços de hidrocarbonetos, e mais precisamente à otimização da performance global de uma ligação em termos de eficiência e de vedação quando a ligação trabalha sob compressão/tensão.

[0002] O termo "ligações roscadas" significa qualquer conjunto constituído por elementos que são substancialmente de forma tubular, metálicos e capazes de serem ligados entre si por aperto com o objetivo específico de constituírem ou uma haste de perfuração de um poço de hidrocarbonetos, ou um tubo de subida para manutenção (também conhecido como um tubo de subida de recondicionamento (“work-over riser”), ou para a exploração de tal poço, tal como um tubo de subida, ou uma coluna de tubos ou um revestivento de tubagem usado na exploração de um poço.

[0003] Cada elemento tubular compreende uma porção de extremidade proporcionada com uma zona roscada macho ou uma zona roscada fêmea para ser apertada em uma correspondente porção de extremidade de um elemento análogo. Quando montados desta maneira, os elementos formam o que é conhecido como uma ligação.

[0004] Tais componentes tubulares roscados de uma ligação são montados sob cargas predifinidas a fim de responderem aos requisitos do ajuste com interferência de vedação impostos pelas condições de serviço. Além disso, deve notar-se que os componentes tubulares roscados podem ser submetidos a vários ciclos de aperto-desaperto (“makeup-breakout cycles”), em particular quando em serviço.

[0005] As condições em que tais componentes tubulares roscados são usados dão origem a uma extensa gama de cargas mecânicas que atuam nas porções sensíveis desses componentes, tais como as zonas roscadas, as zonas de encosto ou as superfícies de vedação.

[0006] Por esta razão, as especificações do desenho das ligações são complexas, exigindo que se tome em conta uma série de parâmetros simultaneamente. Assim, é recomendado que a eficiência da ligação seja preservada, assim como a espessura da zona dos componentes tubulares que suporta as superfícies de vedação, e que os riscos de deslocar os pontos de contato de vedação quando a ligação opera sob compressão/tensão devem ser melhorados.

[0007] Um tipo de solução foi desenvolvido através de ligações do tipo VAM HTF©, que utilizam duas zonas roscadas entre as quais existe uma primeira superfície de vedação e uma segunda superfície de vedação proporcionadas no bordo da extremidade macho. Esse desenho significa que pode ser obtida uma boa estabilidade da primeira vedação localizada entre as zonas roscadas, no entanto, a segunda vedação está localizada em um bordo muito fino o que torna a função desta vedação vulnerável. Além disso, quando a ligação opera em compressão/tensão, a segunda vedação não é estável devido às cargas alternadas. Finalmente, a presença de uma vedação no bordo da extremidade macho reduz a eficiência da extremidade fêmea.

[0008] Um outro tipo de solução também foi desenvolvido no documento US 4570982 A1. Esse tipo de ligação tem três porções roscadas escalonadas, o que significa que as conicidades das três zonas roscadas não são coincidentes, mas são paralelas. Entre cada uma das zonas roscadas existe uma superfície de vedação e um encosto. No entanto, posicionar os encostos adjacentes às superfícies de vedação enfraquece as referidas superfícies porque os encostos são zonas que estão sob uma carga especial quando a amplitude das cargas é alta. As zonas roscadas não são autobloqueantes e apresentam folgas nos flancos de carga e/ou nos flancos de penetração. No entanto, por causa de tais folgas, a estabilidade das superfícies de vedação fica comprometida quando a ligação opera em compressão/tensão.

[0009] Um tipo de solução também foi desenvolvido com ligações do tipo VAM Edge©, que empregam duas zonas roscadas autobloqueantes entre as quais existe uma superfície de vedação. Como foi o caso para a ligação tipo VAM HTF©, aquele desenho dá origem a uma boa estabilidade da vedação intermédia nas zonas roscadas, no entanto, no caso de uma ligação embutida ou semiembutida, a superfície de vedação única é insuficiente no que se refere a resistir quer à pressão interna quer à pressão externa.

[00010] Têm sido desenvolvidas ligações, como, por exemplo, as ligações VAM 21 SC80©. No entanto, este tipo de ligação é uma ligação tipo T&C, isto é, acoplada, na medida em que é proporcionado um elemento roscado fêmea que tem um diâmetro externo grande e é curto em comprimento, acoplado em cada uma das suas extremidades a um elemento roscado macho que tem um diâmetro reduzido e um grande comprimento.

[00011] Por esta razão, o objetivo da invenção é o de responder ao objetivo triplo que consiste em preservar a eficiência da ligação, em maximizar a espessura da zona dos componentes tubulares que suporta as superfícies de vedação, e evitar os riscos de deslocamento dos pontos de contato de vedação quando a ligação opera em compressão/tensão.

[00012] Mais precisamente, a invenção refere-se a um conjunto para a produção de uma ligação roscada, que compreende um primeiro, um segundo, um terceiro e um quarto componente tubular com um eixo de revolução, o primeiro componente tubular é proporcionado, em cada uma das suas extremidades, com uma primeira e uma segunda zona roscada proporcionadas na superfície periférica interior do componente, o segundo componente tubular é proporcionado, em cada uma das suas extremidades, com uma terceira e uma quarta zona roscada proporcionadas na superfície periférica exterior do componente, o terceiro componente tubular é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma quinta e uma sexta zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente, o quarto componente tubular é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma sétima e uma oitava zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente, a primeira e a sexta, a terceira e a quinta, a segunda e a oitava, a quarta e a sétima zonas roscadas são capazes de cooperar conjuntamente aos pares quando são apertadas, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas, E/OU o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas, E/OU o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas E o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas.

[00013] Características complementares ou de substituição opcionais da invenção são definidas a seguir.

[00014] O passo da primeira e da sexta zonas roscadas pode ser igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas, e a sexta zona roscada do terceiro componente tubular pode ter a mesma conicidade que a da sétima zona roscada do quarto componente tubular, a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125 e, preferencialmente, uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,05 a 0,09.

[00015] O passo da segunda e da oitava zonas roscadas pode ser igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas, e a quinta zona roscada do terceiro componente tubular pode ter a mesma conicidade que a da oitava zona roscada do quarto componente tubular, a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125 e, preferencial mente, uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,05 a 0,09.

[00016] O terceiro componente tubular pode ter uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancialmente perpendicular ao eixo de revolução, a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma primeira superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular e a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma terceira superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície proporcionada em um ombro do segundo componente tubular.

[00017] O quarto componente tubular pode ter uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancialmente perpendicular ao eixo de revolução, a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma quinta superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular e a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma sétima superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície proporcionada em um ombro do segundo componente tubular.

[00018] A superfície periférica exterior do terceiro componente tubular pode ter um ombro proporcionado com uma primeira superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular e a sua superfície periférica interior pode ter um ombro proporcionado com uma terceira superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície proporcionada em um ombro do segundo componente tubular.

[00019] A superfície periférica exterior do quarto componente tubular pode ter um ombro proporcionado com uma quinta superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular e a sua superfície periférica interior pode ter um ombro proporcionado com uma sétima superfície de encosto que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície proporcionada em um ombro do segundo componente tubular.

[00020] A superfície periférica exterior do terceiro componente tubular pode ter uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma primeira superfície de vedação que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente segunda superfície proporcionada no primeiro componente tubular.

[00021] A superfície periférica interior do terceiro componente tubular pode ter uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma terceira superfície de vedação que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente quarta superfície proporcionada no segundo componente tubular.

[00022] A superfície periférica exterior do quarto componente tubular pode ter uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma quinta superfície de vedação que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente sexta superfície proporcionada no primeiro componente tubular.

[00023] A superfície periférica interior do quarto componente tubular pode ter uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma sétima superfície de vedação que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente oitava superfície proporcionada no segundo componente tubular.

[00024] As superfícies de vedação do terceiro e do quarto componentes tubulares podem, respectivamente, ser proporcionadas entre os ombros que têm superfícies de encosto dos referidos componentes tubulares e a extremidade livre dos referidos componentes tubulares.

[00025] Pelo menos uma das superfícies de vedação pode ser uma superfície cônica, sendo a outra correspondente superfície de vedação, que está virada para ela, um toroide com um raio R no intervalo de 2,5 a 60 mm.

[00026] Os primeiro e segundo componentes tubulares podem ser integrais de tal modo que eles formam um único componente, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas.

[00027] A invenção também se refere a uma ligação roscada que resulta de se ter apertado um conjunto de acordo com qualquer uma dos conjuntos acima descritos.

[00028] A invenção também se refere a um primeiro processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

[00029] proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada de acordo com a invenção e em que o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas e em que a sexta zona roscada do terceiro componente tubular tem a mesma conicidade que a da sétima zona roscada do quarto componente tubular, a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125 e, preferencialmente, uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico na gama de 0,05 a 0,09;

- ligar o terceiro componente tubular ao segundo componente tubular por aperto;
- ligar o quarto componente tubular ao primeiro componente tubular por aperto;
- ligar os resultantes dos dois passos anteriores por aperto.

[00030] Vantajosamente, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas está no sentido inverso em relação ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas.

[00031] A invenção também se refere a um segundo processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

- proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada de acordo com a invenão e em que o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e em que a quinta zona roscada do terceiro componente tubular tem a mesma conicidade da oitava zona roscada do quarto componente tubular, a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125, e preferencialmente uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,05 a 0,09;
- ligar o quarto componente tubular ao segundo componente tubular por aperto;
- ligar o terceiro componente tubular ao primeiro componente tubular por aperto;
- ligar os resultantes dos dois passos anteriores por aperto.

[00032] Vantajosamente, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas está no sentido inverso em relação ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas.

[00033] A invenção também se refere a um terceiro processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

- proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada de acordo com a invenção e em que os primeiro e segundo componentes tubulares são integrais de tal modo que eles formam um único componente, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas;
- ligar por aperto o terceiro componente tubular ao componente que resulta da fixação em conjunto do primeiro e do segundo componentes tubulares;
- ligar por aperto o quarto componente tubular ao componente que resulta da fixação em conjunto do primeiro e do segundo componentes tubulares.

[00034] As características e vantagens da invenção são descritas com mais detalhe na descrição que se segue, feita com referência aos desenhos anexos.

[00035] A figura 1 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de uma ligação que resulta de ligar, por aperto, um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00036] A figura 2 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de uma porção de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00037] A figura 3 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de uma outra porção de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00038] A figura 4 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de um detalhe de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00039] A figura 5 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de um outro detalhe de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00040] A figura 6 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de um outro detalhe de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00041] A figura 7 é uma vista esquemática, em corte longitudinal que passa pelo eixo da ligação, de um outro detalhe de um conjunto de acordo com uma modalidade da invenção.

[00042] As figuras 8A e 8B são gráficos de testes.

[00043] A figura 1 mostra um conjunto para a produção de uma ligação roscada de acordo com uma modalidade da invenção. Esta ligação compreende um eixo de revolução 10. Ela também compreende um primeiro UCS, um segundo BCS, um terceiro PIN-A e um quarto PIN-B componente tubular com um eixo de revolução 10.

[00044] O primeiro componente tubular UCS é proporcionado, em cada uma das suas superfícies de extremidade, com uma primeira, T1, e uma segunda, T2, zona roscada proporcionadas na superfície periférica interior do componente. O primeiro componente tubular UCS é um tubo relativamente curto, isto é, no intervalo de 100 a 800 mm. O termo "zona roscada" significa qualquer zona pertencente à superfície circunferencial de um elemento tubular e que compreende uma rosca, a rosca é, eventualmente, contínua, interrompida, múltipla, simples, regular, irregular, etc. As zonas roscadas podem ser do tipo trapezoidal, autobloqueante, cauda de andorinha ou outro tipo de rosca.

[00045] O segundo componente tubular BCS é proporcionado, em cada uma das suas superfícies de extremidade, com uma terceira, T3, e uma quarta, T4, zona roscada proporcionadas na superfície periférica exterior do componente. O segundo componente tubular BCS é também um tubo de comprimento relativamente curto, isto é, no intervalo de 100 a 800 mm.

[00046] O terceiro componente tubular PIN-A é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma quinta, T5, e uma sexta, T6, zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente. O terceiro componente tubular PIN-A é um tubo de grande comprimento, isto é, no intervalo de 1000 a 13000 mm.

[00047] O quarto componente tubular PIN-B é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma sétima, T7, e uma oitava, T8, zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente. O quarto componente tubular PIN-B é também um tubo de grande comprimento, isto é, no intervalo de 1000 a 13000 mm.

[00048] De acordo com a invenção, a primeira e a sexta, a terceira e a quinta, a segunda e a oitava, a quarta e a sétima zonas roscadas são capazes de cooperar conjuntamente aos pares quando são apertadas. O termo "cooperar aos pares durante o aperto" significa que os fios de rosca da primeira zona roscada devem ser compatíveis, em termos de formas, dimensões, conicidade, etc., com os fios de rosca da sexta zona roscada. E o mesmo se aplica para os fios de rosca da terceira zona roscada e os fios de rosca da quinta zona roscada, etc.

[00049] Por esta razão, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas deve necessariamente ser igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas, ou o passo da segunda e da oitava zonas roscadas tem de ser igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas, ou o passo da primeira e da sexta zonas roscadas tem de ser igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e o passo da segunda e da oitava zonas roscadas tem de ser igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas.

[00050] Vantajosamente, e a fim de facilitar o progresso durante o aperto, as zonas roscadas dos componentes tubulares podem ter uma conicidade, sendo estas conicidades designadas 11a, 11b, 11c, 11 d na figura 1. Nesta configuração, a sexta zona roscada T6 do terceiro componente tubular PIN-A deve necessariamente ter a mesma conicidade 11d do que a 11b da sétima zona roscada T7 do quarto componente tubular PIN-B, ou que a quinta zona roscada T5 do terceiro componente tubular PIN-A tem a mesma conicidade 11a do que 11c da oitava zona roscada T8 do quarto componente tubular PIN-B.

[00051] Vantajosamente, a conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125 e, preferencial mente, uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, esta correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,05 a 0,09.

[00052] Vantajosamente, o terceiro e/ou quarto componente tubular pode cooperar em encosto com o primeiro e/ou o segundo componente tubular.

[00053] Assim, como pode ser visto nas figuras 4 e 5, o terceiro componente tubular PIN-A tem uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancialmente perpendicular ao eixo de revolução 10. A superfície da extremidade é proporcionada com uma primeira superfície de encosto C1 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície C2 proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular UCS.

[00054] De modo semelhante, a referida superfície de extremidade é proporcionada com uma terceira superfície de encosto C3 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície C4 proporcionada em um ombro do segundo componente tubular BCS.

[00055] De modo semelhante, o quarto componente tubular PIN-B tem uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancial mente perpendicular ao eixo de revolução 10. A superfície da extremidade é proporcionada com uma quinta superfície de encosto C5 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície C6 proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular UCS.

[00056] De modo semelhante, a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma sétima superfície de encosto C7 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície C8 proporcionada em um ombro do segundo componente tubular BCS.

[00057] Em uma variante, e como pode ser visto nas figuras 6 e 7, a superfície periférica exterior do terceiro componente tubular PIN-A tem um ombro proporcionado com uma primeira superfície de encosto C1 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície C2 proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular UCS.

[00058] De modo semelhante, a superfície periférica interior do terceiro componente tubular PIN-A tem um ombro proporcionado com uma terceira superfície de encosto C3 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície C4 proporcionada em um ombro do segundo componente tubular BCS.

[00059] De modo semelhante, a superfície periférica exterior do quarto componente tubular PIN-B tem um ombro proporcionado com uma quinta superfície de encosto C5 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície C6 proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular UCS.

[00060] De modo semelhante, a superfície periférica exterior do quarto componente tubular PIN-B tem um ombro proporcionado com uma sétima superfície de encosto C7 que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície C8 proporcionada em um ombro do segundo componente tubular BCS.

[00061] Vantajosamente, o terceiro e/ou quarto componente tubular pode compreender superfícies de vedação que são capazes de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com as correspondentes superfícies de vedação proporcionadas no primeiro e/ou o segundo componente tubular.

[00062] Assim, como pode ser visto nas figuras 4 e 5, o terceiro componente tubular PIN-A tem uma porção não roscada, que precede a extremidade terminal, proporcionada com uma primeira superfície de vedação S1 proporcionada na sua superfície periférica exterior e que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente segunda superfície S2 proporcionada no primeiro componente tubular UCS.

[00063] De modo semelhante, o terceiro componente tubular PIN-A é proporcionado com uma terceira superfície de vedação S3 proporcionada na sua superfície periférica interior e que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente quarta superfície S4 proporcionada no segundo componente tubular BCS.

[00064] De modo semelhante, o quarto componente tubular PIN-B é proporcionado com uma quinta superfície de vedação S5 proporcionada na sua superfície periférica exterior e que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente sexta superfície S6 proporcionada no primeiro componente tubular UCS.

[00065] De modo semelhante, o quarto componente tubular PIN-B tem uma porção não roscada, que precede a extremidade terminal, proporcionada com uma sétima superfície de vedação S7 proporcionada na sua superfície periférica interior e que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente oitava superfície S8 proporcionada no segundo componente tubular BCS.

[00066] Vantajosamente, uma das superfícies de vedação é uma superfície cônica, sendo a outra superfície de vedação correspondente, que está virada para ela, um toroide.

[00067] Vantajosamente, novamente, a superfície do toroide é uma superfície convexa toroidal abobadada cujo raio R está, de preferência, no intervalo de 2,5 a 60 mm. Um raio muito grande, isto é, >60 mm, da superfície toroidal induz desvantagens idênticas às de um contato cone com cone. Um raio muito pequeno, isto é, <2,5 mm, desta superfície abobadada induz uma largura de contato insuficiente.

[00068] Virada para a superfície de vedação do toroide, a superfície de vedação cônica é suportada por uma geratriz cônica que forma um ângulo com o eixo 10 da ligação cuja tangente à metade do ângulo do pico está no intervalo de 0,025 a 0,25, o que corresponde a uma conicidade no intervalo de 5% a 50%.

[00069] A invenção também se refere a um processo para a produção de uma ligação roscada que consiste, em primeiro lugar, em proporcionar um conjunto de acordo com a invenção no qual o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas e em que a sexta zona roscada T6 do terceiro componente tubular PIN-A tem a mesma conicidade do que a da sétima zona roscada T7 do quarto componente tubular PIN-B. Em seguida, o terceiro componente tubular PIN-A é ligado, por aperto, ao segundo componente tubular BCS. Em seguida, o quarto componente tubular PIN-B é ligado, por aperto, ao primeiro componente tubular UCS. Para finalizar, os resultantes das duas etapas anteriores são ligados por aperto.

[00070] Em uma outra variante, em primeiro lugar, é proporcionado um conjunto de acordo com a invenção em que o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e em que a quinta zona roscada T5 do terceiro componente tubular PIN-A tem a mesma conicidade do que a da oitava zona roscada T8 do quarto componente tubular PIN-B. Em seguida, o quarto componente tubular PIN-B é ligado, por aperto, ao segundo componente tubular BCS. Em seguida, o terceiro componente tubular PIN-A é ligado, por aperto, ao primeiro componente tubular UCS. Finalmente, os resultantes das duas etapas anteriores são ligados por aperto.

[00071] Em uma outra variante, em primeiro lugar, é proporcionado um conjunto de acordo com a invenção em que o primeiro, UCS, e o segundo, BCS, componentes tubulares são fixados um ao outro de modo a formar um único componente. Esta fixação do conjunto pode ser efetuada por soldadura, aparafusamento, por enroscamento, etc.

[00072] Além disso, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas. Em seguida, o terceiro componente tubular PIN-A é ligado, por aperto, ao componente resultante da fixação conjunta do primeiro, UCS, e do segundo, BCS, componentes tubulares. Em seguida, o quarto componente tubular PIN-B é ligado, por aperto, ao componente resultante da fixação conjunta do primeiro, UCS, e do segundo, BCS, componentes tubulares.

[00073] Vantajosamente, o primeiro, UCS, o segundo, BCS, o terceiro, PIN-A, e o quarto, PIN-B, componentes tubulares podem ter zonas roscadas que compreendem sentidos de enroscamento inversos. Assim, a primeira, a sexta, a quarta e a sétima zonas roscadas T1, T6, T4 e T7 podem ter um passo de rosca "esquerda", enquanto a segunda, a oitava, a terceira e a quinta zonas roscadas T2, T8, T3 e T5 podem ter um passo de rosca "direita". Claramente, isto tem uma influência na montagem do conjunto, uma vez que os componentes têm de ser apertados em uma ordem predefinida.

[00074] De modo semelhante, a primeiro, a sexta, a terceira e a quinta zonas roscadas T1, T6, T3 e T5 podem ter um passo de rosca "esquerda", enquanto a segunda, a oitava, a quarta e a sétima zonas roscadas T2, T8, T4 e T7 podem ter um passo de rosca "direita". Este caso está adaptado à configuração em que o primeiro, UCS, e o segundo, BCS, componentes tubulares foram inicialmente fixados um ao outro.

[00075] Isto significa que o torque de aperto (“makeup torque”) durante o aperto do conjunto pode ser alcançado mais facilmente, tornando limitado ou impossível o desaperto inadvertido quando a ligação formada está em serviço.

[00076] Simulações comparativas foram efetuadas em ligações VAM SLIJ-II e em ligações de acordo com a invenção. As ligações VAM SLIJ-II são ligações do tipo integral que compreendem duas zonas roscadas escalonadas separadas por um encosto intermédio e duas superfícies de vedação, uma interior e outra exterior.

[00077] O gráfico da figura 8A mostra, na curva 1, o deslocamento relativo das superfícies de vedação interior em contato para uma ligação VAM SLIJ-II em aço carbono, com um diâmetro exterior de 9 7/8" (isto é, 250,83 mm), um peso nominal de 62,8 (isto é, uma espessura de 15,88 mm) e com um limite de elasticidade P110, isto é, 758 MPa.

[00078] A curva 2 do gráfico da figura 8A mostra o deslocamento relativo das superfícies de vedação interior em contato para uma ligação de acordo com a invenção em aço carbono com um diâmetro exterior de 9 7/8" (isto é, 250,83 mm), um peso nominal de 62,8 (isto é, uma espessura de 15,88 mm) e com um limite de elasticidade P110, isto é 758 MPa.

[00079] Pode ser visto claramente que a curva 2 se mantém perto do eixo horizontal. Isto significa que a ligação da invenção é menos sensível às cargas aplicadas, independentemente das variações na pressão interna IP ou pressão externa EP, tensões de tração T, cargas de compressão C, ou várias destas em combinação.

[00080] Em contraste, a curva 1 compreende porções que se desviam substancialmente do eixo horizontal. Isto significa que a ligação VAM SLIJ-II é mais sensível às cargas acima descritas.

[00081] No gráfico da figura 8B, são mostrados resultados comparativos entre o deslocamento relativo das superfícies de vedação externas em contato da ligação VAM SLIJ-II da figura 8A e o deslocamento relativo das superfícies de vedação em contato da ligação da invenção, também na figura 8A. As conclusões são idênticas às da figura 8A.

[00082] Deve notar-se que este tipo de ligação é particularmente adaptado para ligações do tipo embutido ou semiembutido.

[00083] Deve notar-se que os diâmetros exteriores do primeiro, UCS, do terceiro, PIN-A, e do quarto, PIN-B, componentes tubulares podem ser diferentes, ou podem ser iguais. De preferência, o diâmetro exterior do primeiro componente tubular UCS é maior do que o diâmetro exterior do terceiro, PIN-A, e do quarto, o PIN-B, componentes tubulares.

[00084] As vantagens de ter um pequeno deslocamento relativo das superfícies de vedação significa que pode ser evitado um grande embotamento das superfícies, o que poderia gerar microrranhuras durante vários deslocamentos axiais e resultar em uma perda da vedação durante cargas de tração e compressão combinadas.

[00085] Este tipo de ligação pode ser utilizado para maximizar o papel das superfícies de vedação do primeiro e do segundo componentes tubulares UCS, BCS e para limitar os deslocamentos relativos dos mesmos em tensão e em compressão. Além disso, este tipo de ligação significa que uma boa eficiência da ligação pode ser mantida com roscas sumidas.

Claims

Conjunto para a produção de uma ligação roscada, que compreende um primeiro (UCS), um segundo (BCS), um terceiro (ΡΙΝΑ) e um quarto (PIN-B) componente tubular com um eixo de revolução (10);
- • o primeiro componente tubular (UCS) é proporcionado, em cada uma das suas extremidades, com uma primeira (T1) e uma segunda (T2) zona roscada proporcionadas na superfície periférica interior do componente;
- • o segundo componente tubular (BCS) é proporcionado, em cada uma das suas extremidades, com uma terceira (T3) e uma quarta (T4) zona roscada proporcionadas na superfície periférica exterior do componente;
- • o terceiro componente tubular (PIN-A) é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma quinta (T5) e uma sexta (T6) zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente;
- • o quarto componente tubular (PIN-B) é proporcionado, em uma das suas extremidades, com uma sétima (T7) e uma oitava (T8) zona roscada proporcionadas, respectivamente, na superfície periférica interior e exterior do componente;
- • a primeira e a sexta, a terceira e a quinta, a segunda e a oitava, a quarta e a sétima zonas roscadas são capazes de cooperar conjuntamente aos pares quando são apertadas;
- • o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas; e
- • o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas; e
- • o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas E o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas;
sendo que o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas,
caracterizado pelo fato de que a sexta zona roscada (T6) do terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta a mesma conicidade que a da sétima zona roscada (T7) do quarto componente tubular (PIN-B), a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125; e
sendo que a superfície periférica exterior do terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma primeira superfície de vedação (S1) que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente segunda superfície (S2) proporcionada no primeiro componente tubular (UCS).
Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e em que a quinta zona roscada (T5) do terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta a mesma conicidade que a da oitava zona roscada (T8) do quarto componente tubular (PIN-B), a referida conicidade está no intervalo de 5% a 25%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,025 a 0,125 e, preferencialmente, uma conicidade no intervalo de 10% a 18%, correspondente a uma tangente à metade do ângulo do pico no intervalo de 0,05 a 0,09.
Conjunto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancialmente perpendicular ao eixo de revolução (10), a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma primeira superfície de encosto (Cl) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície (C2) proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular (UCS) e a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma terceira superfície de encosto (C3) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície (C4) proporcionada em um ombro do segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o quarto componente tubular (PIN-B) apresenta uma superfície da extremidade terminal que se estende de modo substancialmente perpendicular ao eixo de revolução (10), a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma quinta superfície de encosto (C5) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície (C6) proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular (UCS) e a referida superfície da extremidade é proporcionada com uma sétima superfície de encosto (C7) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície (C8) proporcionada em um ombro do segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica exterior do terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta um ombro proporcionado com uma primeira superfície de encosto (C1) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente segunda superfície (C2) proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular (UCS) e pelo fato de a sua superfície periférica interior ter um ombro proporcionado com uma terceira superfície de encosto (C3) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente quarta superfície (C4) proporcionada em um ombro do segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica exterior do quarto componente tubular (PIN-B) apresenta um ombro proporcionado com uma quinta superfície de encosto (C5) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente sexta superfície (C6) proporcionada em um ombro do primeiro componente tubular (UCS) e pelo fato de a sua superfície periférica interior apresenta um ombro proporcionado com uma sétima superfície de encosto (C7) que é capaz de cooperar em encosto com uma correspondente oitava superfície (C8) proporcionada em um ombro do segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica interior do terceiro componente tubular (PIN-A) apresenta uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma terceira superfície de vedação (S3) que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente quarta superfície (S4) proporcionada no segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica exterior do quarto componente tubular (PIN-B) apresenta uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma quinta superfície de vedação (S5) que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente sexta superfície (S6) proporcionada no primeiro componente tubular (UCS).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica interior do quarto componente tubular (PIN-B) apresenta uma porção não roscada, que precede a sua extremidade terminal, proporcionada com uma sétima superfície de vedação (S7) que é capaz de cooperar, em um ajuste com interferência de vedação, com uma correspondente oitava superfície (S8) proporcionada no segundo componente tubular (BCS).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que as superfícies de vedação do terceiro e quarto componentes tubulares (PIN-A e PIN-B) são proporcionadas, respectivamente, entre os ombros que apresentam superfícies de encosto dos referidos componentes tubulares (PIN-A e PIN-B) e a extremidade livre dos referidos componentes tubulares.
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das superfícies de vedação é uma superfície cônica, sendo a outra correspondente superfície de vedação, que está virada para ela, um toroide com um raio R no intervalo de 2,5 a 60 mm.
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro (UCS) e o segundo (BCS) componentes tubulares são integrais de tal modo que eles formam um único componente, o passo da primeira e da sexta zonas roscadas é igual ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas e o passo da segunda e da oitava zonas roscadas é igual ao passo da quarta e da sétima zonas roscadas.
Ligação roscada, caracterizada pelo fato de que resulta de apertar um conjunto, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
Processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
- • proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada, como definida na reivindicação 1;
- • ligar o terceiro componente tubular (PIN-A) ao segundo componente tubular (BCS) por aperto;
- • ligar o quarto componente tubular (PIN-B) ao primeiro componente tubular (UCS) por aperto;
- • ligar os resultantes das etapas anteriores por aperto.
15. Processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
- • proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada, como definida na reivindicação 2;
- • ligar o quarto componente tubular (PIN-B) ao segundo componente tubular (BCS) por aperto;
- • ligar o terceiro componente tubular (PIN-A) ao primeiro componente tubular (UCS) por aperto;
- • ligar os resultantes das duas etapas anteriores por aperto.
Processo, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o passo da primeira e da sexta zonas roscadas estão no sentido inverso em relação ao passo da terceira e da quinta zonas roscadas.
Processo para a produção de uma ligação, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
- • proporcionar um conjunto para a produção de uma ligação roscada, como definida na reivindicação 12;
- • ligar, por aperto, o terceiro componente tubular (PIN-A) ao componente que resulta da fixação em conjunto do primeiro (UCS) e do segundo (BCS) componentes tubulares;
- • ligar, por aperto, o quarto componente tubular (PIN-B) ao componente que resulta da fixação em conjunto do primeiro (UCS) e do segundo (BCS) componentes tubulares.