BR112016026036B1

BR112016026036B1 - Disposição de conexão de tubular e método para conexão vedante de tubulares

Info

Publication number: BR112016026036B1
Application number: BR112016026036-8A
Authority: BR
Inventors: Stephan Mueller; Andreas Herbel; Carsten Haubold
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2021-07-20
Also published as: US20150323108A1; EP3140579B1; US10753517B2; EP3140579A1; WO2015171768A1; CN106489047A; US10066768B2; EP3140579A4; CN106489047B; EP3584485B1; US20180340636A1; EP3584485A1

Abstract

disposição de conexão de tubular e método de conexão vedante de tubulares. trata-se de uma disposição de conexão de tubular que inclui: um primeiro tubular que tem um primeiro ombro e primeiras roscas, um segundo tubular que tem um segundo ombro e segundas roscas, uma vedação engatável de modo vedável tanto ao primeiro ombro quanto ao segundo ombro, um inserto e uma manga. o inserto é afixável ao segundo tubular e configurado para fornecer sustentação radial ao segundo tubular. a manga engatável de modo rosqueável tanto com as primeiras roscas quanto com as segundas roscas em resposta a ser girada em uma mesma direção em relação tanto ao primeiro tubular quanto ao segundo tubular de modo que o primeiro ombro e o segundo ombro sejam movidos um em direção ao outro para comprimir a vedação entre os mesmos sem o movimento de rotação do primeiro tubular em relação ao segundo tubular.

Description

Referência cruzada aos pedidos relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido no U.S. 14/271688, depositado em 7 de maio de 2014, que é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

Antecedentes

[0002] Diversos formatos e configurações de vedações existem para vedar objetos uns aos outros. Anéis em O poliméricos são um dos tipos mais comuns de vedações usadas. Tais vedações funcionam bem para o fim para o qual foram projetadas. Algumas aplicações, no entanto, exigem vedações que sejam mais robustas e precisam ter a capacidade para vedar sob altas temperaturas e/ou altas pressões. A captura de dióxido de carbono, usinas de energia e indústrias de recuperação de hidrocarbonetos são duas indústrias em que condições de vedação graves podem existir. As vedações feitas de metal são algumas vezes usadas nas aplicações em que as condições graves são antecipadas. Vedações de metal têm determinadas limitações que precisam ser consideradas para garantir que vedação suficiente seja obtida. Um exemplo é que pouco ou nenhum movimento relativo é permitido entre a vedação de metal e uma ou mais dentre as superfícies que a vedação deve ser vedada contra. Essa limitação se destina a evitar abrasão de uma superfície da vedação que se for permitida ocorrer poderia afetar prejudicialmente o desempenho de vedação da mesma. Os projetos e métodos para empregar vedações para evitar tal degradação da própria vedação são de interesse para aqueles que atuam em tais indústrias.

Breve descrição

[0003] É revelado no presente documento uma disposição de conexão de tubular. A disposição de conexão de tubular que inclui: um primeiro tubular que tem um primeiro ombro e primeiras roscas, um segundo tubular que tem um segundo ombro e segundas roscas, uma vedação engatável de modo vedável tanto ao primeiro ombro quanto ao segundo ombro, um inserto e uma manga. O inserto é afixável ao segundo tubular e configurado para fornecer sustentação radial ao segundo tubular. A manga engatável de modo rosqueável tanto com as primeiras roscas quanto com as segundas roscas em resposta a ser girada em uma mesma direção em relação tanto ao primeiro tubular quanto ao segundo tubular de modo que o primeiro ombro e o segundo ombro sejam movidos um em direção ao outro para comprimir a vedação entre os mesmos sem o movimento de rotação do primeiro tubular em relação ao segundo tubular.

[0004] É revelado adicionalmente no presente documento um método de conexão vedante de tubulares. O método inclui: girar uma manga engatada de modo rosqueável tanto com um primeiro tubular quanto com um segundo tubular, afixar um inserto dentro do segundo tubular, comprimir de modo vedante a vedação entre um primeiro ombro no primeiro tubular e um segundo ombro no segundo tubular sem rotação relativa entre o primeiro tubular e o segundo tubular, e suportar radialmente o segundo tubular com o inserto.

Breve descrição dos desenhos

[0005] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitações de qualquer maneira. Em referência aos desenhos anexos, elementos semelhantes são numerados de forma igual:

[0006] A Figura 1 retrata uma vista em corte transversal em perspectiva de uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento;

[0007] A Figura 2 retrata uma vista em corte transversal ampliada da disposição de conexão de tubular da Figura 1.

[0008] A Figura 3 retrata uma vista em corte transversal de uma modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento;

[0009] A Figura 4 retrata uma vista em corte transversal de outra modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular; e

[00010] A Figura 5 retrata uma vista em corte transversal de outra modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular.

Descrição detalhada

[00011] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método revelados é apresentada no presente documento através de exemplificação e sem limitação em relação às Figuras.

[00012] Referindo-se às Figuras 1 e 2 uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento é ilustrada de modo geral em 10. A disposição de conexão de tubular 10 inclui um primeiro tubular 12 que tem um primeiro ombro 14 e primeiras roscas 16 e um segundo tubular 22 que tem um segundo ombro 24, segundas roscas 26 e terceiras roscas 28. Uma vedação 32 é engatável de modo vedante tanto com o primeiro ombro 14 quanto com o segundo ombro 24. E um inserto 36 é engatável de modo rosqueável com as terceiras roscas 28 e configurado para fornecer pelo menos sustentação radial ao segundo tubular 22. Uma manga 40 é engatável de modo rosqueável tanto com as primeiras roscas 16 quanto com as segundas roscas 26 em resposta a ser girada em uma mesma direção relativa tanto ao primeiro tubular 12 quanto ao segundo tubular 22. Esse engate rosqueável faz com que o primeiro ombro 14 e o segundo ombro 24 se movam um em direção ao outro e comprimam a vedação 32 entre os mesmos sem exigir que o primeiro tubular 12 gire em relação ao segundo tubular 22.

[00013] A estrutura mencionada acima permite que o segundo tubular 22 tenha uma dimensão radial interna mínima 44 que é maior distante de uma porção de extremidade 48 que próxima da porção de extremidade 48 enquanto ainda mantém espessura de parede suficiente do segundo tubular 22 próxima da porção de extremidade 48. Isso se deve ao fato de que o inserto 36 fornece sustentação radial e axial estrutural à porção de extremidade 48 do segundo tubular 22 que é necessária para impedir os danos à porção de extremidade 48 que poderia ocorrer devido às altas cargas transmitidas para essa a partir do primeiro tubular 12 e conferidas a essa a partir da pressão que cerca o segundo tubular 22. (Evidentemente, uma abordagem alternativa seria apenas fazer a espessura de parede do segundo tubular 22 mais espessa ao longo do seu comprimento total. No entanto, fazendo isso resultaria em qualquer ferramenta ser instalada dentro do segundo tubular 22 que tem uma dimensão radial interna menor que aquela do segundo tubular 22, que é uma condição que o uso do inserto 36 evita.) As cargas do primeiro tubular 12 incluem cargas axialmente compressivas e axialmente intensivas devido às forças de flexão aplicadas através da disposição de conexão de tubular 10. Essas cargas axiais podem resultar em vazamento por uma vedação 32 devido às alterações em uma dimensão de lacuna 52 (definida entre os dois ombros 14 e 24) e alterações subsequentes na compressão da vedação 32 fora de uma faixa de compressão desejada. Tais alterações no carregamento compressivo da porção de extremidade 48 do segundo tubular 22 podem ocorrer se o inserto 36 não estiver presente. Adicionalmente, o inserto 36 pode incluir um terceiro ombro 54 que entra em contato com o primeiro ombro 14, desse modo, sustentado pelo menos parte da carga axial do primeiro tubular 12 diretamente. O inserto 36 permite que a dimensão radial interna mínima 44 seja tão grande quanto uma dimensão radial interna mínima 56 do primeiro tubular 12 nas áreas diferentes da área próxima em que as primeiras roscas 16 são localizadas. Desse modo, as ferramentas (não mostrado) tais como sondas de sensor, por exemplo, que têm, de modo geral, formato tubular podem ser instaladas no segundo tubular 22 antes de engatar o inserto 36 no segundo tubular 22. As ferramentas podem ter uma dimensão radial externa que corresponde substancialmente à dimensão radial mínima 44 e dimensões radiais internas que correspondem àquelas do inserto 36.

[00014] Embora o inserto 36 seja afixado ao segundo tubular 22 na modalidade das Figuras 1 e 2, modalidades alternativas podem, em vez disso, afixar um inserto a um segundo tubular por meio de soldagem, ligação, grampeamento, soldadura e combinações do mencionado anteriormente.

[00015] Na modalidade das Figuras 1 e 2, o inserto 36 inclui um flange opcional 60 que se estendem radialmente para fora a partir do restante do inserto 36 e fica em contiguidade ao segundo ombro 24 quando o inserto 36 está completamente engatado de modo rosqueável com o segundo tubular 22. O flange 60 nessa modalidade atua como um batente para o engate rosqueável do inserto 36 ao segundo tubular 22. O flange 60 também pode ajudar a impedir que uma dimensão de lacuna 60 entre os ombros 14, 24 diminua abaixo de uma dimensão mínima desejada. Para modalidades sem o flange 60 o inserto 36 pode ser configurado para descer com as segundas roscas 26 em uma localização de modo que o terceiro ombro 54 seja posicionado na localização desejada em relação ao segundo tubular 22.

[00016] O inserto 36 na modalidade ilustrada também inclui uma porção interna não circular opcional 64. A porção interna 64 é receptora para uma ferramenta (não mostrado) para aplicar torque ao inserto 36 quando engatar de modo rosqueável o inserto 36 no segundo tubular 22. Embora a porção interna 64 da modalidade mostrada seja hexagonal, qualquer formato não circular que inclui: um quadrado, triangular, pentagonal, oval, formato de estrela e octogonal, por exemplo, seriam suficientes.

[00017] Referindo-se à Figura 3 uma modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento é ilustrada em 110. Os componentes na disposição 110 que são semelhantes aos componentes da disposição 10 são projetados com a mesmo caractere de referência e não são descritos novamente abaixo. Um inserto 136 da disposição 110 é engatado de modo rosqueável dentro das terceiras roscas 128 para uma posição mais funda dentro de um segundo tubular 122 que aquela da disposição 10. Um terceiro ombro 154 no inserto 136 está em contiguidade através de um quarto ombro 166 de um primeiro tubular 112 para ajudar a transportar cargas entre o primeiro tubular 112 e o segundo tubular 122.

[00018] Uma chave opcional 168 posicionada dentro de uma reentrância 170 no segundo tubular 122 engata uma fenda 172 no primeiro tubular 112 para impedir a rotação relativa entre os tubulares 112, 122 enquanto a manga 40 é engatada de modo rosqueável às primeiras roscas 16 e às segundas roscas 26. Alternativamente, as ferramentas podem ser posicionadas externamente aos tubulares 112, 122 para impedir sua rotação relativa enquanto a manga 40 é engatada de modo rosqueável aos mesmos. Um quinto ombro opcional 176 em um dentre ou tanto no primeiro tubular 112 quanto no segundo tubular 122 (mostrados nessa modalidade apenas no primeiro tubular 112) coloca um ombro 114, 124 em contato com o outro do primeiro tubular 112 ou o segundo tubular 122 para ajudar a sustentar as cargas axialmente entre os tubulares 112, 122 e para manter a dimensão de lacuna 52 necessária para uma vedação 32 para manter a integridade de vedação.

[00019] Referindo-se à Figura 4 uma modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento é ilustrada em 210. Os componentes na disposição 210 que são semelhantes aos componentes da disposição 10 são projetados com a mesmo caractere de referência e não são descritos novamente abaixo. Um colar 237 da disposição 210 é engatado de modo rosqueável dentro das quartas roscas 229 em um primeiro tubular 212. Um sexto ombro 255 no colar 237 fica em contiguidade ao terceiro ombro 54 no inserto 36 para ajudar a transportar cargas entre o primeiro tubular 212 e o segundo tubular 22. Um flange opcional 261 do colar 237 e o flange 60 do inserto 36 definem e ajudam, juntamente, a manter a dimensão de lacuna 52 e a integridade de vedação da vedação 32 para o primeiro ombro 14 e para o segundo ombro 24. A estrutura mencionada acima permite que a dimensão radial mínima 56 do primeiro tubular 212 para continuar através de uma porção de extremidade 249 do primeiro tubular 212. Isso permite que as ferramentas tais como sondas de sensor sejam instaladas dentro do primeiro tubular 212 bem como dentro do segundo tubular 22 sem ter que reduzir dimensões radiais dos mesmos abaixo daquelas das dimensões radiais mínimas 44 e 56 para fazer tal.

[00020] Referindo-se à Figura 5 uma modalidade alternativa de uma disposição de conexão de tubular revelada no presente documento é ilustrada em 310. A disposição 310 é semelhante à disposição 10 com a maior diferença sendo que um inserto 336 da disposição 310 é engatado de modo rosqueável tanto dentro das terceiras roscas 28 do segundo tubular 22 quanto das quartas roscas 229 do primeiro tubular 12. O inserto 336 inclui um flange 360 que define e ajuda a manter a dimensão de lacuna 52 e a integridade de vedação da vedação 32 para o primeiro ombro 14 e para o segundo ombro 24.

[00021] A vedação 32 é empregada nas modalidades ilustradas tem formato em “C” e é feita de metal, embora outra modalidade possa empregar vedações feitas de polímeros, elastômeros e outros materiais. Ademais, vedações com formatos em corte transversal diferentes do formado em “C” também podem ser empregadas nas modalidades. Para modalidades com uma vedação 32 que é feita de metal pelo menos um dentre a vedação 32, o primeiro ombro 14 e o segundo 24 podem ser folheados com um revestimento de ouro, prata, cobre ou PTFE. Ademais, pelo menos um dentre a vedação 32, o primeiro ombro 14 e o segundo ombro 24 pode ter uma rugosidade de superfície menor que cerca de Ra 1,6. Visto que os metais tendem a ter tolerância maior à temperatura que outros materiais, a produção da vedação 32 a partir de metal pode aumentar a temperatura, bem como, as pressões, com as quais as disposições 10, 110, 210, 310 podem ser usadas. Os metais, no entanto, tendem a ter tolerância menor a variação de em níveis de faixa de compressão através dos quais os mesmos mantêm uma vedação. As modalidades reveladas no presente documento permitem manter tolerâncias a estanque no carregamento compressivo da vedação 32. Adicionalmente, as modalidades reveladas no presente documento impedem o movimento de rotação relativo entre a vedação 32 e os ombros 14, 24 os quais o mesmo veda para minimizar os danos potenciais aos ombros 14, 24, à vedação 32 e a quaisquer revestimentos de superfície ou tratamentos para superfícies desses.

[00022] Embora a invenção tenha sido descrita com referência à modalidade ou às modalidades exemplificativas, será compreendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e que equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas sem se afastar do escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitar para adaptar uma situação particular ou um material aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular revelada como o melhor modo contemplado para realizar esta invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades que estejam dentro do escopo das reivindicações. Ademais, nos desenhos e na descrição, foram reveladas modalidades exemplificativas da invenção e, embora os termos específicos tenham sido usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não para fins de limitação, o escopo da invenção, portanto, não é limitado dessa forma. Além disso, o use dos termos primeiro, primeira, segundo, segunda, etc. não denotam qualquer ordem ou importância, porém, em vez disso, os termos primeiro, primeira, segundo, segunda, etc. são usados para distinguir um elemento do outro. Adicionalmente, o uso dos termos “um”, “uma”, etc. não denotam uma limitação da quantidade, mas sim, denotam a presença de pelo menos um dos itens referidos.

Claims

1. Disposição de conexão de tubular (10) caracterizada pelo fato de que: um primeiro tubular (12) tem um primeiro ombro (14) e primeiras roscas (16); um segundo tubular (22) que tem um segundo ombro (24) e segundas roscas (26), o segundo tubular (22) tendo uma dimensão radial interna mínima (44) e configurado para aceitar uma ferramenta (21) tendo uma dimensão radial externa que se encaixa dentro da dimensão radial interna mínima (44) do segundo tubular (22); uma vedação (32) engatável de modo vedável tanto ao primeiro ombro (14) quanto ao segundo ombro (24); um inserto (36) que é afixável ao segundo tubular (22) e configurado para fornecer sustentação radial ao segundo tubular (22) e tendo uma dimensão interna menor que a dimensão radial externa da ferramenta (21) perpendicular ao eixo de comprimento do segundo tubular (22); e uma manga (40) engatável de modo rosqueável tanto com as primeiras roscas (16) quanto com as segundas roscas (26) em resposta a ser girada em uma mesma direção em relação tanto ao primeiro tubular (12) quanto ao segundo tubular (22) de modo que o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24) sejam movidos um em direção ao outro para comprimir a vedação (32) entre os mesmos em que nem o primeiro (12) nem o segundo tubular (22) giram independentemente do outro dentre o primeiro (12) ou o segundo tubular (22) durante a rotação da manga (40), a disposição (10) sendo configurada para manter uma dimensão de lacuna mínima selecionada para a vedação (32) entre o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24).

2. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro tubular (12) inclui um terceiro ombro (54) configurado para ficar em contiguidade ao inserto (36) para sustentar axialmente cargas compressivas entre o primeiro tubular (12) e o segundo tubular (22).

3. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o engate rosqueável entre o inserto (36) e o segundo tubular (22) é configurado para descer de modo que o terceiro ombro (54) esteja em uma posição selecionada em relação ao segundo ombro (24).

4. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma dimensão radial interna mínima (44) do segundo tubular (22) é maior que uma dimensão radial interna mínima do inserto (36).

5. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto tem uma superfície interna não circular receptiva para uma ferramenta para permitir que o torque seja aplicado ao inserto (36) pela ferramenta.

6. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto (36) inclui um flange (60) que é comprimido entre o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24) quando a vedação (32) for engatada vedante ao primeiro ombro (14) e ao segundo ombro (24).

7. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que através de uma chave engatável (168) tanto com o primeiro tubular (112) quanto com o segundo tubular (122) de modo que a chave (168) impeça o movimento de rotação relativo entre o primeiro tubular (112) e o segundo tubular (122).

8. Disposição de conexão tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um colar (237) que é engatável de maneira roqueável com roscas (229) no interior do primeiro tubular (212).

9. Disposição de conexão tubular (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma dimensão radial interna mínima do primeiro tubular (212) é maior que uma dimensão radial interna mínima do colar (237).

10. Disposição de conexão tubular (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dimensão radial interna mínima do primeiro tubular (212) é igual à dimensão radial interna mínima do segundo tubular (222).

11. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a vedação (32) é feita de metal.

12. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dentre a vedação (32), o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24) é folheado com um revestimento de ouro, prata, cobre ou PTFE.

13. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dentre a vedação (32), o primeiro ombro (14) e o segundo (24) tem uma rugosidade de superfície menor que Ra 1,6.

14. Disposição de conexão de tubular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo tubular (22) tem terceiras roscas (28) dentro do segundo tubular (22) e o inserto (36) é engatável de modo rosqueável com as terceiras roscas (28).

15. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o inserto (36) é afixado ao segundo tubular (22) por meio de soldagem, ligação, grampeamento, soldadura ou combinações do mencionado acima.

16. Método para conexão vedante de tubulares (12, 22) caracterizado por: girar uma manga (40) engatada de modo rosqueável tanto com um primeiro tubular (12) quanto com um segundo tubular (22) o primeiro tubular (12) tendo um primeiro ombro (14) e as primeiras roscas (16) e o segundo tubular (22) tendo um segundo ombro (24) e as segundas roscas (26), o segundo tubular (22) tendo uma dimensão radial interna mínima e configurada para aceitar uma ferramenta tendo uma dimensão radial externa que se encaixa dentro da dimensão radial interna mínima (44) do segundo tubular (22), a manga (40) sendo girada na mesma direção em relação ao primeiro tubular (12) e o segundo tubular (22), de modo que o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24) sejam movidos um em direção ao outro para comprimir uma vedação (32) vedada de modo engatável tanto no primeiro ombro (14) quanto no segundo ombro (24) em que nem o primeiro (12) nem o segundo tubular (22) gira independentemente do outro (primeiro) (12) ou segundo tubular (22) durante a rotação da manga (40), a disposição (10) sendo configurada manter uma dimensão de lacuna mínima selecionada para a vedação (32) entre o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24); afixar um inserto (36) dentro do segundo tubular (22), o inserto (36) configurado para fornecer suporte radial ao segundo tubular (22) e ter uma dimensão interna menor que a dimensão radial externa da ferramenta perpendicular ao eixo de comprimento do segundo tubular (22); e comprimir de modo vedante uma vedação (32) entre um primeiro ombro (14) no primeiro tubular (12) e o segundo ombro (24) no segundo tubular (22) sem rotação relativa entre o primeiro tubular (12) e o segundo tubular (22); e sustentar radialmente o segundo tubular (22) com o inserto (36).

17. Método para conexão vedante de tubulares (12, 22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que desce adicionalmente o engate rosqueável entre o inserto (36) e o segundo tubular (22).

18. Método para conexão vedante de tubulares (12, 22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que está adicionalmente em contiguidade com um terceiro ombro (54) no primeiro tubular (12) contra o inserto (36).

19. Método para conexão vedante de tubulares (12, 22), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda a compressão axial de suporte entre o primeiro tubular (12) e o segundo tubular (22) com a contiguidade do terceiro ombro (54) contra o inserto (36).

20. Método para conexão vedante de tubulares (12, 22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de compreender ainda a compressão de um flange do inserto (36) entre o primeiro ombro (14) e o segundo ombro (24).

21. Disposição de conexão de tubular (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a disposição (10) é configurada para manter a vedação (32) em contato axial com os ombros (14, 24) enquanto a vedação (32) não possui contato radial com qualquer estrutura.