BR112016006393B1 - Batente para um componente tubular e componente tubular - Google Patents
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Abstract
batente para um componente tubular revestido com um depósito de compósito metálico e processo para o realizar. a presente invenção refere-se a um batente para um componente tubular, o referido batente é revestido com um revestimento que compreende uma camada principal constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-fósforo, ligas de cobre-níquel e ligas de níquel-tungsténio. a invenção refere-se também a um componente tubular que compreende o referido batente e a um processo para produzir um tal batente.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um batente para um componente tubular, o referido batente está revestido com um determinado revestimento compósito metálico.
[0002] O termo "componente tubular" tal como utilizado na presente invenção significa qualquer elemento ou acessório utilizado para perfurar ou explorar um poço.
[0003] Um componente tubular destina-se a ser ligado por meio de um ou mais elementos de ligação, em particular uma rosca, uma superfície de vedação e um batente, a outro componente tubular, a fim de constituir uma ligação tubular roscada com esse outro componente tubular. O componente tubular pode ser, por exemplo, um tubo de comprimento relativamente grande (em particular de cerca de dez metros de comprimento), um acoplamento tubular de algumas dezenas de centímetros de comprimento, um acessório para estes tubos (dispositivo de suspensão ou "suspensor" (“hanger”), uma peça para a mudança de secções transversais ou extensão para fundeio ("cross-over"), uma válvula de segurança, um conector de tubos de perfuração ou acoplamento auxiliar (“tool joint”), secundário (“sub”), e similares).
[0004] Os componentes tubulares são geralmente ligados uns aos outros para serem baixados para dentro do poço de petróleo ou de um poço semelhante e para constituirem uma coluna de perfuração, uma coluna de tubos de revestimento ou revestimento, ou uma coluna de tubos, ou mesmo uma coluna de produção.
[0005] A especificação API 5CT emitida pelo Instituto Americano do Petróleo (IPA, em inglês API = American Petroleum Institute), equivalente à norma ISO 11960: 2004 emitida pela Organização Internacional de Normalização (ISO, International Organization for Standardization), regula as especificações para tubos utilizados como revestimento ou tubagem, e a especificação API 5B define roscas padrão para esses tubos. A especificação API 7 define conectores roscados com um ombro para tubos de perfuração rotativos.
[0006] Ao longo dos últimos 20 anos, as condições de perfuração e o ambiente de perfuração tornaram-se mais complexos por causa da necessidade de procurar petróleo a maiores distâncias. As colunas de perfuração têm aumentado em comprimento, juntamente com as cargas a que são sujeitas: elas têm que transmitir um torque maior a partir da superfície para a cabeça de perfuração, e necessitam de um melhor desempenho à tracção e uma melhor resistência anticorrosão.
[0007] A fim de satisfazer essas necessidades, foram produzidas novas ligações roscadas conhecidas como ligações “premium” localizadas em cada extremidade de cada tubo, que compõem a coluna de perfuração. Elas compreendem principalmente um batente interno secundário, o que significa que a sua resistência à torção pode aumentar em comparação com as ligações API convencionais. Isso é conhecido como uma ligação de batente duplo.
[0008] Uma das características particulares de uma tal ligação “premium” é que é mais sensível, uma vez que o perfil do batente adicional (ou batente interno) significa que está mais exposto aos choques e impactos que ocorrem durante o manuseamento dos tubos quando armazenados na pataforma de perfuração ou na base, ou durante a operação de levar o flanco de carga da rosca ao contato.
[0009] Embora no contexto da utilização de ligações de batente único (ligação API) seja possível repará-las no local usando um dispositivo de rectificação desenhado para este efeito, esta máquina e prática não podem ser utilizadas com ligações de batente duplo. As tolerâncias dimensionais e geométricas entre os batentes internos e externos são tão apertadas que a reparação só pode ser realizada num torno, e assim já não no local, mas numa oficina de reparação. A reparação e o tempo de paragem irão gerar altos custos, mais elevados do que aqueles gerados quando são utilizadas ligações API.
[00010] Assim, existe uma necessidade real de proporcionar batentes que tenham um bom desempenho em termos de dureza, a fim de reduzir a sensibilidade dos referidos batentes aos choques.
[00011] Também é necessário que os batentes tenham boas propriedades de resistência à corrosão.
[00012] Assim, a invenção refere-se a um batente para um componente tubular, caracterizado pelo fato de estar revestido com um revestimento que compreende uma camada principal constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-fósforo, ligas de cobre- níquel e ligas de níquel-tungstênio.
[00013] A espessura da referida camada principal está vantajosamente na gama de 5 a 35 μm.
[00014] De acordo com uma primeira modalidade preferido, a camada principal é constituída por uma liga de níquel-fósforo.
[00015] O fósforo representa geralmente 5% a 13%, de preferência 8% a 13%, mais preferencialmente 10% a 12%, em peso, do peso total da liga de níquel-fósforo.
[00016] Quando a camada principal é constituída por uma liga de níquel-fósforo, a espessura da referida camada principal está vantajosamente na gama de 10μm a 60μm, de preferência de 20 μm a 35 μm, mais preferencialmente de 25μm a 30 μm.
[00017] Testes realizados com um batente de um elemento tubular revestido com um revestimento com uma espessura de 35μm a 60μm foram concluídos com a ausência de gripagem durante o aperto (“make-up”) dos componentes.
[00018] Testes realizados com um batente de um elemento tubular revestido com um revestimento com uma espessura de 20μm a 35μm foram concluídos com a ausência de gripagem durante o aperto dos componentes e, além disso, não apareceram fissuras que podem ser nocivas para a resistência à corrosão.
[00019] De acordo com uma segunda modalidade preferida, a camada principal é constituída por uma liga de níquel-tungstênio.
[00020] O tungstênio representa geralmente 5% a 15%, em peso, do peso total da liga de níquel-tungstênio.
[00021] Quando a camada principal é constituída por uma liga de níquel-tungstênio, a espessura da camada principal está de preferência na gama de 5 a 20 μm, mais preferencialmente de 5 a 15 μm.
[00022] Uma tal camada de liga de níquel-fósforo foi proposta pela MACDERMID sob o nome comercial NIKLAD XD7647.
[00023] O revestimento para o batente da invenção pode também compreender uma sub-camada constituída por uma liga com uma ductilidade maior do que a ductilidade da camada principal. De preferência, a sub-camada é constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-cobre e ligas de níquel-alumínio.
[00024] Vantajosamente, esta sub-camada pode ser utilizada para preservar a função anticorrosão do revestimento. De fato, uma vez que a camada principal tem uma baixa ductilidade, pode rachar quando o batente está sob carga. A sub-camada, com uma maior ductilidade, não vai rachar na mesma extensão e, portanto, irá constituir um obstáculo suplementar para agentes corrosivos.
[00025] De preferência, a espessura da sub-camada está na gama de 1 a 3 μm.
[00026] O revestimento do batente da invenção pode também compreender ainda uma camada adicional, que é distinta da camada principal, constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-fósforo que compreendem partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido, ligas de níquel-tungstênio, a referida camada adicional está disposta sobre a referida camada principal.
[00027] De preferência, a camada adicional é constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-fósforo que compreendem partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido.
[00028] Um lubrificante sólido é uma substância sólida e estável, que é interposta entre duas superfícies de atrito, a fim a reduzir o coeficiente de atrito e reduzir o desgaste e danos das superfícies.
[00029] Na presente invenção é, no entanto, desejado um aumento do atrito ou dureza, a fim de ser capaz de aumentar o torque que pode ser transmitido entre os batentes. Assim, os lubrificantes adicionais podem ser utilizados para o ajustamento ao reduzir os valores dos torques, que podem ser transmitidos de batente para batente.
[00030] Estas substâncias podem ser classificadas em várias categorias definidas pelo seu mecanismo funcional e pela a sua estrutura. Estas categorias são descritas, por exemplo, nos prospectos intitulados "Les lubrifiants solides [Lubrificantes sólidos]" publicados por M. Eric Gard da École Nationale Supérieure des Pétroles et Moteurs (França): • classe 1: substâncias sólidas que devem as suas propriedades lubrificantes à sua estrutura cristalina, por exemplo, grafite, nitreto de boro BN ou óxido de zinco ZnO; • classe 2: substâncias sólidas que devem as suas propriedades lubrificantes, por um lado, à sua estrutura cristalina e, por outro lado, a um elemento químico reactivo na sua composição, por exemplo, dissulfeto de molibdénio MoS2, fluoreto de grafite, sulfuretos de estanho, sulfuretos de bismuto; • classe 3: substâncias sólidas que devem as suas propriedades lubrificantes à sua reactividade química, por exemplo, alguns compostos químicos do tipo do tiossulfato (por exemplo, Desilube 88 comercializado por Desilube Technologies Inc.; • classe 4: substâncias sólidas que devem as suas propriedades lubrificantes a um comportaamento plástico ou viscoplástico sob tensões de atrito, por exemplo, politetrafluoretileno (PTFE) ou poliamidas.
[00031] O carboneto de silício e carboneto de tungstênio também podem ser citados.
[00032] As partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido são vantajosamente seleccionadas a partir de partículas de politetrafluoroetileno, talco, mica, nitreto de boro, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, sulfureto de tungstênio, sulfureto de molibdénio e suas misturas.
[00033] De preferência, as partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido são seleccionadas a partir de partículas de politetrafluoroetileno.
[00034] Vantajosamente, o fósforo da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido representa 5% a 13%, de preferência 8% a 13%, mais preferencialmente 10% a 12%, em peso, do peso total da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido.
[00035] As partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido representam vantajosamente 20% a 35%, em volume, de preferência 25% a 30%, em volume, em relação ao volume total da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido.
[00036] Uma camada de liga de níquel-fósforo deste tipo que compreende partículas de politetrafluoroetileno foi proposta por MACDERMID sob o nome comercial NIKLAD ICE Ultra.
[00037] A espessura da referida camada adicional pode estar na gama de 3 a 13 μm, de preferência de 5 a 10 μm.
[00038] Além disso, o revestimento pode compreender uma camada lubrificante disposta sobre a referida camada principal ou sobre a referida camada adicional quando o revestimento compreende a referida camada adicional.
[00039] A camada lubrificante pode ser selecionada a partir de uma massa lubrificante, de uma camada lubrificante semi-sólida ou de uma camada de lubrificante sólido, seco, que compreende uma ou mais partículas de lubrificante sólido numa resina.
[00040] A camada de lubrificante semi-sólido compreende, geralmente, um ou mais aditivos de pressão extrema, uma ou mais partículas de lubrificante sólido, um ou mais sabões metálicos e uma ou mais ceras de baixo ponto de fusão. Tais camadas de lubrificantes semi-sólidos são descritas, por exemplo, no pedido de patente FR 2937046.
[00041] A camada de lubrificante sólido, seco compreende, geralmente, uma ou mais partículas de lubrificante sólido para reduzir o atrito num aglomerante de resina, tal como um polímero orgânico ou inorgânico, seleccionado a partir de epóxi curável pelo calor; poliuretano; poliéster insaturado; polifenilsulfona; resinas de poliimida e silicone; poliolefina termoplástica, copolímero de olefina, poliamida, poliamida-imida, resinas de poliarilétercetone; polisilicatos alcalinos com um rácio SiO2/MxO maior do que 2, em que M = Na, K ou Li; compostos organometálicos tais como alcoxi-titanatos ou silicato de etilo.
[00042] A invenção também se refere a um componente tubular que compreende um batente de acordo com a invenção.
[00043] Mais particularmente, o componente tubular da invenção é produzido a partir de aço, em particular aços tais como os descritos nas normas API 5CT, por exemplo, aqueles que compreendem carbono numa proporção inferior a 0,25%, e/ou, de preferência, os aços com um grau tal como os definidos nas normas ISO11960 e ISO13680 e/ou um aço carbono H40, J55, K55, M65, L80, C90, C95, T95, P110, Q125, S135, V150 ou um aço martensítico 13Cr ou S13Cr ou Duplex 22Cr+25Cr ou Super-Duplex 25Cr, ou um aço austenítico Fe27Cr.
[00044] A invenção também se refere a um processo para a produção de um elemento de ligação tal como acima definido, em que a camada principal e a camada adicional opcional são depositadas por deposição autocatalítica. Este processo permite obter, comparativamente a uma deposição electrolítica, um revestimento cuja espessura, propriedades químicas e propriedades mecânicas são mais uniformes, apesar das formas complexas da superfície a ser revestida, tais como são as superfícies de batentes ou de roscas.
[00045] A camada principal utilizada de acordo com a invenção pode ser depositada sobre o elemento de ligação por deposição autocatalítica. Em particular, os depósitos autocatalíticos de liga de níquel-fósforo são descritos na norma NF EN ISO 4527, bem como no documento de Louis LACOURCELLE - Nickleage chimique [Niquelagem química], Techniques de l’Ingénieur de l'lngenieur, Metallic materials essay.
[00046] Os depósitos autocatalíticos de liga de níquel-fósforo são propostos por MACDERMID sob o nome comercial NIKLAD™ELV.
[00047] Os depósitos autocatalíticos de liga de níquel-tungstênio têm sido propostos por SIFCO sob o nome comercial de Níquel- Tungstênio código 5711.
[00048] A camada adicional que é opcionalmente utilizada de acordo com a invenção pode ser obtida por deposição autocatalítica.
[00049] Em particular, os depósitos autocatalíticos de liga de níquel- fósforo que contém partículas de politetrafluoroetileno têm sido propostos por MACDERMID sob o nome comercial NIKLAD™ICE ULTRA.
[00050] A deposição da camada principal utilizada de acordo com a invenção, de qualquer sub-camada opcional utilizada de acordo com a invenção e de qualquer camada adicional que possa ser utilizada de acordo com a invenção pode ser realizada utilizando um processo autocatalítico que compreende os seguintes passos: • limpeza da superfície do elemento de ligação; a limpeza pode ser realizada por processos de desengorduramento alcalino, seguida de lavagem, em seguida, desengorduramento electrolítico, seguida de lavagem, em seguida, remoção do ácido, seguida de lavagem; em seguida: • opcionalmente, deposição da sub-camada; em seguida • deposição da camada principal, seguida de despassivação da superfície, em seguida, a deposição opcional da camada adicional, seguida de lavagem; em seguida • secagem em forno, por exemplo, a uma temperatura da ordem de 70°C; em seguida • um tratamento de desgaseificação numa atmosfera oxidante, tipicamente durante 2h a 220°C.
[00051] Este processo também pode incluir um tratamento térmico posterior, a uma temperatura que está de preferência na gama de 250°C a 550°C, de preferência entre 350°C e 400°C, mais preferivelmente da ordem de 400°C, por exemplo, durante um período de 3 a 5 h.
[00052] Este tratamento térmico posterior pode ser utilizado para aumentar a dureza do revestimento.
[00053] Alternativamente, a deposição da camada principal utilizada de acordo com a invenção e da camada adicional, que é opcionalmente utilizada de acordo com a invenção, pode ser realizada utilizando um processo electrolítico. Quando um tal processo electrolítico é utilizado, é necessário depositar uma sub-camada como definido acima. Assim, o processo electrolítico compreende os seguintes passos: • limpeza da superfície do elemento de ligação; a limpeza pode ser realizada por processos de desengorduramento alcalino, seguida de lavagem, em seguida, desengorduramento electrolítico, de preferência à base de ácido, seguida de lavagem; em seguida: • deposição de uma sub-camada com uma espessura na gama de 1 a 3 μm; em seguida • deposição da camada principal, seguida de despassivação da superfície, em seguida, a deposição opcional da camada adicional, seguida de lavagem; em seguida • tratamento térmico posterior a uma temperatura de preferência na gama de 250°C a 550°C, de preferência da ordem de 400°C, por exemplo, durante um período de lh a 5h.
[00054] Este passo de tratamento térmico posterior pode ser utilizado para aumentar a dureza do revestimento.
[00055] Algumas características são descritas com mais detalhe na descrição que se segue feita com referência aos desenhos anexos.
[00056] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma ligação resultante da ligação entre dois componentes tubulares feita por aperto.
[00057] A Figura 2 é uma vista ampliada da zona na caixa A da Figura 1.
[00058] A ligação roscada mostrada na Figura 1 compreende um primeiro componente tubular com um eixo de revolução 9 provido de uma extremidade macho 1 e um segundo componente tubular com um eixo de revolução 9 provido de uma extremidade fêmea 2. As duas extremidades 1 e 2 terminam, cada uma, numa superfície terminal orientada radialmente em relação ao eixo 9 da ligação roscada e são respectivamente proporcionadas com porções roscadas 3 e 4, que cooperam em conjunto para a ligação mútua, por aperto, dos dois componentes. Na ligação roscada mostrada na Figura 2, uma porção da porção roscada, com um perfil de fuga 10, não coopera com uma rosca complementar.
[00059] Como pode ser visto na Figura 2, superfícies de vedação metal/metal (superfícies de contato) 5, 6, destinadas a entrar num contato de vedação de interferência uma contra a outra após a ligação dos dois componentes roscados por aperto, são, respectivamente, proporcionadas nas extremidades macho e fêmea perto das porções roscadas 3, 4. A extremidade macho 1 termina numa superfície de terminal 7 que se encosta contra uma superfície correspondente 8 proporcionada na extremidade fêmea 2 quando as duas extremidades são apertadas uma contra a outra. As superfícies 7 e 8 são denominadas batentes. De acordo com a invenção, elas são revestidas com um revestimento tal como acima definido (não mostrado).
Claims (7)
1. Batente para um componente tubular, caracterizado pelo fato de estar revestido com um revestimento que compreende uma camada principal constituída por uma liga de níquel-tungstênio, a espessura da camada principal estar na gama de 5 a 20 μm e o revestimento compreender ainda uma sub-camada constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-cobre ou de ligas de níquel-alumínio, a espessura da sub-camada estar na gama de 1 a 3 μm, o revestimento compreender ainda uma camada adicional constituída por uma liga selecionada a partir de ligas de níquel-fósforo que compreendem partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido selecionados a partir de partículas de politetrafluoroetileno, talco, mica, nitreto de boro, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, sulfureto de tungstênio, sulfureto de molibdénio e suas misturas, e ligas de níquel-tungstênio, a referida camada adicional está disposta sobre a referida camada principal.
2. Batente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o tungstênio representar 5% a 15%, em peso, do peso total da liga de níquel-tungstênio.
3. Batente de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o fósforo da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido representar 5% a 13% em peso, do peso total da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido.
4. Batente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de as partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido representarem 20% a 35%, em volume em relação ao volume total da liga de níquel-fósforo que compreende partículas de um ou mais compostos de lubrificante sólido.
5. Batente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a espessura da referida camada adicional estar na gama de 3 a 13 μm.
6. Batente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o revestimento compreender uma camada lubrificante disposta sobre a referida camada principal ou sobre a referida camada adicional quando o revestimento compreende a referida camada adicional, dita camada lubrificante ser selecionada a partir de uma massa lubrificante, de uma camada lubrificante semi- sólida ou de uma camada de lubrificante sólido, seco, que compreende uma ou mais partículas de lubrificante sólido numa resina.
7. Componente tubular, caracterizado pelo fato de que compreende um batente como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.
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Legal Events
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| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
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