BR112016028401B1

BR112016028401B1 - junta rosqueada para tubos de aço

Info

Publication number: BR112016028401B1
Application number: BR112016028401-1A
Authority: BR
Inventors: Yousuke Oku; Tatsuya Yamamoto
Original assignee: Vallourec Oil And Gas France; Nippon Steel Corporation
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2021-05-18
Also published as: EP3159592B1; CN106461126A; JP6311019B2; EA033015B1; MY191387A; WO2015194193A1; EP3159592A4; US10480693B2; JPWO2015194193A1; CA2952386C; AU2015275495B2; EA201692429A1; MX2016016919A; BR112016028401A2; AU2015275495A1; CA2952386A1; BR112016028401B8; PL3159592T3; UA117530C2; CN106461126B

Abstract

JUNTA ROSQUEADA PARA TUBOS DE AÇO Trata-se de uma junta rosqueada construída de um pino (10) e de uma caixa (20). O pino (10) inclui, na ordem de um corpo tubular que tem o pino (10) em direção à extremidade livre do mesmo: uma porção rosqueada macho (11) e uma porção de rebordo (12) que inclui uma superfície de vedação (13). A caixa (20) inclui: uma porção rosqueada fêmea (21) que corresponde à porção rosqueada macho (11) do pino (10); e uma porção rebaixada (22) que corresponde à porção de rebordo (12), sendo que a porção rebaixada (22) inclui uma superfície de vedação (23). A porção de rebordo (12) inclui, na ordem de uma porção rosqueada macho (11) em direção à extremidade livre do pino (10): uma porção de pescoço (14); e uma porção de cabeça de vedação (15) que inclui a superfície de vedação (13). O diâmetro externo máximo (D (1)) da região da superfície de vedação (13) na porção de cabeça de vedação (15) é maior do que um diâmetro externo (D2) da porção de pescoço (14) em um contorno entre a porção de pescoço (14) e a porção rosqueada macho (11). Essa junta rosqueada pode fornecer confiavelmente um desempenho alto de vedação enquanto mantém um desempenho alto de resistência a torque de roscas afuniladas em formato de cauda de andorinha.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a uma junta rosqueada para o uso na conexão de tubos de aço.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Em poços de óleo, poços de gás natural, e similares (doravante no presente documento também chamados coletivamente de “poços de óleo”), tubos de aço denominados bens tubulares para indústria de óleo (OCTG) tais como invólucros e tubulações são usados para extração de recursos subterrâneos. Os tubos de aço são conectados sequencialmente uns aos outros e juntas rosqueadas são usadas para a conexão.

[0003] As juntas rosqueadas para tubos de aço são classificadas em dois tipos: juntas do tipo acoplamento e juntas do tipo integral. Uma junta rosqueada do tipo acoplamento é constituída por um par de produtos tubulares que devem ser conectados entre si, dos quais um é um tubo de aço e o outro é um acoplamento. Nesse caso, o tubo de aço inclui porções rosqueadas macho formadas nas periferias externas em ambas as extremidades do mesmo, e o acoplamento inclui porções rosqueadas fêmea formadas nas periferias internas em ambas as extremidades do mesmo. Desse modo, o tubo de aço e o acoplamento são conectados um ao outro. Uma junta rosqueada do tipo integral é constituída por um par de tubos de aço como produtos tubulares que devem ser conectados entre si, sem que um acoplamento separado seja usado. Nesse caso, cada tubo de aço inclui uma porção rosqueada macho formada na periferia externa em uma extremidade do mesmo e uma porção rosqueada fêmea formada na periferia interna na outra extremidade do mesmo. Desse modo, o um tubo de aço e o outro tubo de aço são conectados um ao outro.

[0004] Em geral, a porção de junta na extremidade tubular em que uma porção rosqueada macho é disposta é denominada como um pino devido ao fato de que a mesma inclui um elemento que é inserido em uma porção rosqueada fêmea. Por outro lado, a porção de junta na extremidade tubular em que uma porção rosqueada fêmea é disposta é denominada como uma caixa devido ao fato de que a mesma inclui um elemento que recebe uma porção rosqueada macho. Os pinos e caixas têm, ambos, um formato tubular devido ao fato de que os mesmos são compostos por porções de extremidade de produtos tubulares.

[0005] As juntas rosqueadas para tubos de aço são configuradas de tal modo que a porção rosqueada macho do pino seja aparafusada na porção rosqueada fêmea da caixa e, consequentemente, a porção rosqueada macho e a porção rosqueada fêmea, sendo cada uma das mesmas uma porção rosqueada afunilada, engatam em contato íntimo uma com a outra. Basicamente, essa vedação de rosca produzida pelo engate e o contato íntimo da porção rosqueada macho e da porção rosqueada fêmea garante o desempenho de vedação de juntas rosqueadas.

[0006] Em anos recentes, algumas técnicas de perfuração tais como perfuração horizontal e perfuração direcional foram empregadas cada vez mais em poços de óleo, de modo que seja mais provável que juntas rosqueadas sejam submetidas a altas cargas de torque. Por essa razão, há uma crescente demanda por juntas rosqueadas que podem fornecer desempenho alto de resistência a torque. Adicionalmente, ambientes de poço de óleo em que as técnicas de perfuração mencionadas acima são aplicadas são ambientes agressivos com temperaturas altas e pressões altas. Para lidar com tais ambientes agressivos, juntas rosqueadas precisam ter a capacidade de fornecer não apenas desempenho alto de resistência a torque, porém, também, um desempenho alto de vedação.

[0007] Em geral, juntas rosqueadas do tipo acoplamento são usadas amplamente devido ao fato de que exibem um desempenho de vedação melhor do que juntas rosqueadas do tipo integral.

[0008] Um exemplo de juntas rosqueadas que podem fornecer um desempenho alto de resistência a torque é uma junta rosqueada que emprega roscas afuniladas do tipo cauda de andorinha, também denominadas roscas de cunha. Juntas rosqueadas que empregam roscas de cunha são configuradas da seguinte forme. A largura de rosca da porção rosqueada macho diminui gradualmente ao longo da hélice de rosca na direção de aparafusamento da mão direita e a largura de sulco da porção rosqueada fêmea correspondente também diminui gradualmente ao longo da hélice de rosca na direção de aparafusamento da mão direita. Tanto os flancos de carga quanto os flancos de penetração têm ângulos de flanco negativos e no término da fixação da rosca, os flancos de penetração estão em contato uns com os outros e os flancos de carga estão em contato uns com os outros, enquanto as porções rosqueadas como um todo engatam firmemente umas com as outras. Adicionalmente, no estado fixo, cristas e raízes das porções rosqueadas estão em contato íntimo umas com as outras. Desse modo, as juntas rosqueadas que empregam roscas de cunha podem fornecer desempenho alto de resistência a torque enquanto garantem desempenho de vedação.

[0009] Entretanto, no caso da vedação de rosca que usa roscas de cunha, uma vedação suficiente não pode ser formada a menos que a porção rosqueada macho e a porção rosqueada fêmea engatem em contato íntimo uma com a outra definindo-se estritamente tolerâncias de fabricação tal como o raio de curvatura para cada uma das porções rosqueadas. Adicionalmente, a vedação de rosca pode ser formada substancialmente apenas na região de roscas completas e, portanto, se uma junta rosqueada for projetada para ter uma região de rosca incompleta relativamente longa, o desempenho de vedação conforme desejado pode não ser obtido. Em particular, quando uma pressão interna ou pressão externa é aplicada excessivamente, o fluido altamente pressurizado pode penetrar em vãos na vedação de rosca, incorrendo, assim o risco de vazamento.

[0010] Conforme descrito acima, há um limite para o desempenho de vedação que pode ser garantido unicamente pela vedação de rosca. Por essa razão, tentativas foram feitas, até agora, para garantir o desempenho de vedação contra pressões internas e externas fornecendo-se uma vedação interna e uma vedação externa separadamente da vedação de rosca. A vedação interna é formada por contato entre uma superfície de vedação do pino disposta em uma região de extremidade livre da mesma, na frente da porção rosqueada macho do pino e uma superfície de vedação da caixa que corresponde à mesma. A vedação externa é formada por contato entre uma superfície de vedação do pino disposta em uma região atrás da porção rosqueada macho da mesma e uma superfície de vedação da caixa que corresponde à mesma.

[0011] Por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente n° U.S. 2010/0181763 (Literatura de Patente 1) e a Publicação Internacional n° WO2004/106797 (Literatura de Patente 2) revelam, cada uma, uma junta rosqueada que tem uma vedação interna e uma vedação externa além de uma vedação de rosca. Dessas juntas rosqueadas das literaturas de patente, a junta rosqueada da Literatura de Patente 2 é configurada de tal modo que, em um estado fixo, espaçamentos sejam fornecidos entre as cristas e as raízes das porções rosqueadas. Esses espaçamentos permitem um excesso do lubrificante (doravante no presente documento também denominado "pasta de vedação (dope)"), aplicado para fixar a rosca, para acumular na mesma, contribuindo, assim, para a prevenção de um aumento anormal na pressão de pasta de vedação.

[0012] É verdade que as juntas rosqueadas convencionais reveladas nas Patentes de Literatura 1 e 2 exibem um desempenho de vedação aprimorado contra pressões. Entretanto, as juntas rosqueadas que têm uma vedação externa têm uma área em corte transversal reduzida da seção crítica do pino (o corte transversal na região de extremidade mais atrás da porção rosqueada macho, isto é, o corte transversal na porção rosqueada macho mais próxima do corpo tubular) e, portanto, têm uma resistência reduzida a forças de tração. Por essa razão, não é desejável fornecer uma vedação externa a partir de um ponto de vista da resistência da junta rosqueada.

[0013] No caso de juntas rosqueadas que têm uma vedação interna, quando uma pressão externa excessivamente alta foi aplicada às mesmas, uma deformação plástica ocorre na região da superfície de vedação do pino na região de extremidade livre da mesma devido ao fato de que a região da superfície de vedação não tem uma espessura de parede suficiente. Como resultado, há um risco de que o desempenho de vedação pode não ser exibido.

[0014] EP 2, 122, 220 descreve uma junta rosqueada de acordo com a porção pré-caracterizante da reivindicação 1.

[0015] Os documentos US 2007/246935, US 7, 177, 478 e US 8, 177, 262 divulgam juntas rosqueadas para tubos.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE

[0016] Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente n° U.S. 20100181763 Literatura de Patente 2: Publicação Internacional n° WO2004/106797

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[0017] Um problema sério que uma junta rosqueada pode experimentar é a ocorrência de vazamentos de fluido quando uma pressão excessivamente alta (pressão interna ou pressão externa) foi aplicada. No caso de juntas rosqueadas que empregam roscas de cunha, em particular, é importante garantir confiavelmente o desempenho de vedação contra pressões.

[0018] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma junta rosqueada para tubos de aço que têm as características a seguir: poder fornecer confiavelmente o desempenho alto de vedação enquanto mantém o desempenho alto de resistência a torque de roscas de cunha, isto é, as roscas afuniladas em formato de cauda de andorinha.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0019] Uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com uma modalidade da presente invenção, inclui um pino tubular e uma caixa tubular, sendo que o pino e a caixa são fixados através do aparafusamento do pino na caixa.

[0020] O pino inclui, na ordem de um corpo tubular que tem o pino em direção a uma extremidade livre do mesmo: uma porção rosqueada macho afunilada com roscas do tipo cauda de andorinha; e uma porção de rebordo que inclui uma superfície de vedação.

[0021] A caixa inclui: uma porção rosqueada fêmea afunilada com roscas do tipo cauda de andorinha que correspondem à porção rosqueada macho do pino; e uma porção rebaixada que corresponde à porção de rebordo, sendo que a porção rebaixada inclui uma superfície de vedação.

[0022] A porção de rebordo inclui, na ordem da porção rosqueada macho em direção à extremidade livre do pino: uma porção de pescoço; e uma porção de cabeça de vedação que inclui a superfície de vedação.

[0023] A superfície de vedação é disposta em uma região na porção de cabeça de vedação, sendo que a região tem um diâmetro externo máximo que é maior do que um diâmetro externo da porção de pescoço em um contorno entre a porção de pescoço e a porção rosqueada macho.

[0024] A junta rosqueada acima pode ser configurada de tal modo que a porção de cabeça de vedação tenha um diâmetro interno que é menor do que um diâmetro interno do corpo tubular. Quando essa configuração é empregada, é preferencial que uma superfície periférica interior da porção de rebordo inclui, na ordem a partir da extremidade livre do pino: uma superfície afunilada que aumenta em diâmetro em direção à extremidade livre; e uma superfície cilíndrica que é adjacente à superfície afunilada e que a superfície cilíndrica tem um comprimento ao longo do eixo geométrico de tubo de pelo menos 3 mm, sendo que o comprimento se estende a partir de um contorno entre a superfície afunilada e a superfície cilíndrica. Alternativamente, a junta rosqueada acima pode ser configurada de tal modo que a porção de cabeça de vedação tenha um diâmetro interno que é maior do que um diâmetro interno do corpo tubular.

[0025] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. Em um estado fixo, espaçamentos são fornecidos em pelo menos um dentre o seguinte: entre cristas da porção rosqueada macho e raízes da porção rosqueada fêmea; e entre raízes da porção rosqueada macho e cristas da porção rosqueada fêmea.

[0026] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. A região da superfície de vedação na porção de cabeça de vedação tem uma espessura de parede em uma posição do diâmetro externo máximo, sendo que a espessura de parede está em uma faixa de 55% a 80% de uma espessura de parede do corpo tubular e a porção de pescoço tem uma espessura de parede mínima em uma faixa de 45% a 70% da espessura de parede do corpo tubular.

[0027] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. Em um estado fixo, um espaçamento entre uma face de extremidade da porção de rebordo e uma extremidade da porção rebaixada em um lado de corpo tubular da caixa está em uma faixa de 0,1 mm a 3,0 mm.

[0028] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. A porção rosqueada macho e a porção rosqueada fêmea têm, cada uma, um ângulo de afunilamento em uma faixa de 1° a 5° em relação ao eixo geométrico de tubo.

[0029] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. A porção de pescoço tem uma superfície periférica exterior, sendo que a superfície periférica exterior é uma superfície cilíndrica e a porção de cabeça de vedação tem uma superfície periférica exterior, sendo que a superfície periférica exterior inclui: uma superfície afunilada que é contínua com a superfície periférica exterior da porção de pescoço e aumenta em diâmetro em um ângulo em uma faixa de 5° a 20° em relação ao eixo geométrico de tubo; uma superfície cilíndrica que é contínua com a superfície afunilada; e a superfície de vedação, sendo que a superfície de vedação inclui uma superfície curvada que é contínua com a superfície cilíndrica e uma superfície afunilada que diminui em diâmetro em direção à extremidade livre do pino.

[0030] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. A superfície de vedação da porção de rebordo inclui uma superfície afunilada, sendo que a superfície afunilada tem um ângulo de afunilamento em uma faixa de 3° a 10° em relação ao eixo geométrico de tubo.

[0031] A junta rosqueada acima pode ser configurada, preferencialmente, da seguinte forma. A porção rosqueada macho e a porção rosqueada fêmea têm, cada uma, uma altura de rosca in a range de 1,0 mm a 3,0 mm.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0032] Uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, tem as vantagens significativas a seguir: poder fornecer confiavelmente um desempenho alto de vedação enquanto mantém o desempenho alto de resistência a torque de roscas de cunha, isto é, roscas afuniladas em formato de cauda de andorinha.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0033] [Figura 1] A Figura 1 é uma vista em corte longitudinal de uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com uma primeira modalidade. [Figura 2] A Figura 2 é uma vista em corte longitudinal que mostra uma porção rosqueada na junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a primeira modalidade. [Figura 3] A Figura 3 é uma vista em corte longitudinal que mostra um exemplo de uma região de extremidade livre do pino na junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a primeira modalidade. [Figura 4] A Figura 4 é uma vista em corte longitudinal que mostra um exemplo de uma região de extremidade livre do pino em uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com uma segunda modalidade. [Figura 5] A Figura 5 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de resistência a torque no Exemplo 1. [Figura 6] A Figura 6 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 1. [Figura 7] A Figura 7 é um diagrama esquemático que mostra um modelo de uma análise de FEM no Exemplo 2. [Figura 8] A Figura 8 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 2. [Figura 9] A Figura 9 é um diagrama esquemático que mostra um modelo de uma análise de FEM no Exemplo 3. [Figura 10] A Figura 10 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 3.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0034] Os presentes inventores descobriram que juntas rosqueadas convencionais que empregam a vedação de rosca com o uso de roscas de cunha, porém, não têm uma vedação interna ou externa representam um problema em relação ao desempenho de vedação particularmente contra pressões externas. Isso é baseado em simulações numéricas e análises com o uso do método de elemento finito elastoplástico, realizado pelos presentes inventores, e avaliações dos resultados. Em vista do mencionado acima, os presentes inventores contemplaram, primeiramente, o aprimoramento do desempenho de vedação contra pressão externa fornecendo-se uma vedação externa e, adicionalmente, uma vedação interna como com as juntas rosqueadas reveladas nas Literaturas de Patente 1 e 2.

[0035] Entretanto, conforme descrito acima, fornecer uma vedação externa resulta em diminuir a resistência de força de tração da junta rosqueada. Em vista disso, os presentes inventores convencidos da ideia de utilizar ativamente a vedação interna de modo que possa fornecer o desempenho de vedação contra pressão externa assim como enquanto mantém seu desempenho de vedação contra pressão interna e os mesmos contemplaram modalidades da mesma.

[0036] O pino é dotado de uma porção de rebordo que se estende da porção rosqueada macho ao longo do eixo geométrico do tubo. Uma superfície de vedação é fornecida na periferia exterior da porção de rebordo para constituir uma vedação interna. A pressão externa que entra de fora da junta rosqueada penetra as porções rosqueadas e alcança uma localização próxima à superfície de vedação na porção de rebordo do pino. A pressão externa que alcançou a porção de rebordo do pino age para induzir a contração radial da porção de rebordo e, desse modo, para afrouxar o contato entre as superfícies de vedação.

[0037] Os presentes inventores verificaram que uma forma eficaz de impedir o fenômeno é melhorar a dureza da porção de rebordo do pino de modo a inibir a deformação radialmente para dentro da porção de rebordo e, portanto, direcionaram sua atenção para a geometria da porção de rebordo.

[0038] Um método simples para melhorar a dureza da porção de rebordo é aumentar o diâmetro externo da porção de rebordo de modo que a porção de rebordo tenha uma espessura de parede maior. Certamente, uma espessura de parede maior da porção de rebordo leva a um aprimoramento no desempenho de vedação contra pressão externa. Entretanto, no pino, se o diâmetro externo da porção de rebordo for ampliado excessivamente e a espessura de parede do mesmo for aumentada excessivamente, então, o ponto de início para usinagem de rosca da porção rosqueada macho será deslocado para uma posição mais próxima à periferia exterior do pino como resultado da ampliação do diâmetro externo da porção de rebordo. Consequentemente, a altura de rosca precisará ser diminuída ou o comprimento da porção rosqueada precisará ser encurtado do comprimento conforme projetado inicialmente. Como resultado, o desempenho alto de resistência a torque que pode ser alcançado por roscas de cunha pode ser perdido.

[0039] Adicionalmente, é desejado manter a espessura de parede da região da superfície de vedação na caixa quando o diâmetro externo da porção de rebordo é ampliado, então, o diâmetro externo da caixa (por exemplo, um acoplamento) precisa ser aumentado. Quando esse é o caso, o espaçamento entre uma junta rosqueada interior e uma junta rosqueada exterior no poço que tem uma estrutura com múltiplas paredes, será reduzido significativamente. Desse modo, é preferencial que o diâmetro externo da caixa não seja aumentado.

[0040] Se o diâmetro externo da caixa for mantido quando o diâmetro externo da porção de rebordo do pino é ampliado para aumentar a espessura de parede da porção de rebordo, então, a espessura de parede da região da superfície de vedação na caixa precisa ser reduzida. Em tal caso, até o desempenho de vedação contra pressão interna pode ser diminuído.

[0041] Em vista do mencionado acima, os presentes inventores chegaram à conclusão de que a otimização da geometria da porção de rebordo do pino e da espessura de parede da mesma é eficaz na manutenção do desempenho alto de resistência a torque de roscas de cunha enquanto garante confiavelmente um desempenho alto de vedação.

[0042] A junta rosqueada da presente invenção foi completada na base de resultados de estudos com base nos conceitos acima. As modalidades da junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, são descritas abaixo. [PRIMEIRA MODALIDADE]

[0043] A Figura 1 é uma vista em corte longitudinal de uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com uma primeira modalidade. A Figura 2 é uma vista em corte longitudinal que mostra uma porção rosqueada na junta rosqueada para tubos de aço. A Figura 3 é uma vista em corte longitudinal que mostra um exemplo de uma região de extremidade livre do pino na junta rosqueada para tubos de aço. Conforme mostrado nas Figuras 1 a 3, a junta rosqueada da primeira modalidade é uma junta rosqueada do tipo de acoplamento que emprega roscas de cunha (roscas afuniladas em formato de cauda de andorinha) e é construída de um pino 10 e uma caixa 20.

[0044] O pino 10 inclui, na ordem do corpo tubular que tem o pino 10 em direção à extremidade livre do mesmo: uma porção rosqueada macho 11; e uma porção de rebordo 12. A porção de rebordo 12 se estende continuamente a partir da porção rosqueada macho 11 ao longo do eixo geométrico de tubo CL. A porção de rebordo 12 é composta por, na ordem em direção à extremidade livre do pino 10: uma porção de pescoço 14; e uma porção de cabeça de vedação 15. A porção de cabeça de vedação 15 inclui uma superfície de vedação 13.

[0045] A caixa 20 inclui, na ordem da extremidade livre da caixa 20 em direção ao corpo tubular da mesma: uma porção rosqueada fêmea 21; e uma porção rebaixada 22. A porção rosqueada fêmea 21 é fornecida para corresponder à porção rosqueada macho 11 do pino 10. A porção rebaixada 22 é fornecida para corresponder à porção de rebordo 12 do pino 10. A porção rebaixada 22 inclui uma superfície de vedação 23 que corresponde à superfície de vedação 13 do pino 10.

[0046] A porção de pescoço 14 do pino 10 conecta a porção rosqueada macho 11 à porção de cabeça de vedação 15. A superfície periférica exterior 14a da porção de pescoço 14 é uma superfície cilíndrica (doravante no presente documento também denominada "superfície cilíndrica periférica exterior de pescoço") cujo eixo geométrico central é o eixo geométrico de tubo CL. Na junta rosqueada mostrada na Figura 3, a superfície periférica interior 14b da porção de pescoço 14 inclui uma superfície cilíndrica 14ba (doravante no presente documento também denominada "superfície cilíndrica periférica interior de pescoço") e a superfície afunilada 14bb (doravante no presente documento também denominada "superfície afunilada periférica interior de pescoço"), sendo que a primeira está localizada mais próxima à porção rosqueada macho 11 e define um diâmetro interno idêntico àquele do corpo tubular e a última está localizada mais próxima à porção de cabeça de vedação 15 e diminui em diâmetro em direção à extremidade livre do pino 10. Alternativamente, a superfície cilíndrica periférica interior de pescoço 14ba pode não ser fornecida.

[0047] A superfície periférica exterior 15a da porção de cabeça de vedação 15 inclui uma superfície afunilada 15aa (doravante no presente documento também denominada "superfície afunilada internamente periférica exterior de cabeça") que é adjacente à superfície periférica exterior 14a da porção de pescoço 14 e aumenta em diâmetro em direção à extremidade livre do pino 10. Uma superfície cilíndrica 15ab (doravante no presente documento também denominada "superfície cilíndrica periférica exterior de cabeça") cujo eixo geométrico central é o eixo geométrico de tubo CL é adjacente à superfície afunilada internamente periférica exterior de cabeça 15aa. A superfície de vedação 13 é adjacente à superfície cilíndrica periférica exterior de cabeça 15ab. A superfície de vedação 13 é composta, por exemplo, por uma superfície curvada 13a (doravante no presente documento também denominada "superfície curvada de vedação") e uma superfície afunilada 13b (doravante no presente documento também denominada "superfície afunilada de vedação"). A superfície curvada de vedação 13a é uma superfície que corresponde a uma superfície periférica de um sólido de revolução que pode ser obtido girando-se uma linha curva tal como um arco ao redor do eixo geométrico de tubo CL. A superfície afunilada de vedação 13b é uma superfície afunilada que diminui em diâmetro em direção à extremidade livre do pino 10.

[0048] Na junta rosqueada mostrada na Figura 3, a superfície periférica interior 15b da porção de cabeça de vedação 15 inclui a superfície afunilada 15ba (doravante no presente documento também denominada "superfície afunilada internamente periférica interior de cabeça") que é adjacente à superfície afunilada periférica interior de pescoço 14bb no mesmo ângulo de afunilamento. Uma superfície cilíndrica 15bb (doravante no presente documento também denominada "superfície cilíndrica periférica interior de cabeça") cujo eixo geométrico central é o eixo geométrico de tubo CL é adjacente à superfície afunilada internamente periférica interior de cabeça 15ba. Uma superfície afunilada 15bc (doravante no presente documento também denominada "superfície afunilada mais à frente periférica interior de cabeça") que aumenta levemente em diâmetro em direção à extremidade livre do pino 10 é adjacente à superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb. Alternativamente, a superfície afunilada internamente periférica interior de cabeça 15ba pode não ser fornecida. Em tal caso, a superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb estende no interior da região da porção de pescoço 14 para ser adjacente à superfície afunilada periférica interior de pescoço 14bb.

[0049] O diâmetro de fora máximo D1 da região da superfície de vedação 13 na porção de cabeça de vedação 15 é maior do que um diâmetro de fora D2 da porção de pescoço 14 em um contorno entre a porção de pescoço 14 e a porção rosqueada macho 11. O contorno entre a porção de pescoço 14 e a porção rosqueada macho 11 corresponde ao ponto de início de usinagem de rosca da porção rosqueada macho 11. Em virtude da configuração mencionada anteriormente, na porção de rebordo 12 do pino 10, é possível aumentar a espessura de parede da porção de cabeça de vedação 15 que tem a superfície de vedação 13, sem a necessidade de deslocar o ponto de início de usinagem de rosca da porção rosqueada macho 11 para uma posição mais próxima à periferia exterior do pino 10.

[0050] Na junta rosqueada da primeira modalidade em particular, a porção de cabeça de vedação 15 tem um diâmetro interno d1 menor do que o diâmetro interno d0 do corpo tubular. O diâmetro interno d1 da porção de cabeça de vedação 15 é menor na região da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb. Isso pode ser realizado prontamente mandrilando-se a região de extremidade livre do pino 10 antecipadamente. A superfície afunilada mais à frente periférica interior de cabeça 15bc e a superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb são formadas através de usinagem após a mandrilagem. A superfície afunilada periférica interior de pescoço 14bb é uma superfície mandrilada ou uma superfície usinada dependendo das especificações. Uma vez que o diâmetro interno d1 da porção de cabeça de vedação 15 é menor do que o diâmetro interno d0 do corpo tubular, a espessura de parede da porção de cabeça de vedação 15 pode ser aumentada suficientemente sem a necessidade de ampliar o diâmetro externo da porção de cabeça de vedação 15 em grande medida.

[0051] A porção rosqueada macho 11 do pino 10 e a porção rosqueada fêmea 21 da caixa 20 são porções rosqueadas afuniladas com roscas do tipo cauda de andorinha podem engatar uma com a outra. Os flancos de carga 11c da porção rosqueada macho 11 e os flancos de carga 21c da porção rosqueada fêmea 21 e os flancos de penetração 11d da porção rosqueada macho 11 e os flancos de penetração 21d da porção rosqueada fêmea 21, têm, cada um, um ângulo θ de flanco negativo em uma faixa de cerca de 1° a 10° em relação ao eixo geométrico de tubo CL. A porção rosqueada macho 11 e a porção rosqueada fêmea 21 são engatáveis de modo rosqueado uma com a outra e em um estado fixo, os flancos de carga 11c e os flancos de carga 21c estão em contato íntimo uns com os outros e os flancos de penetração 11d e os flancos de penetração 21d estão em contato uns com os outros, de modo que as porções rosqueadas como um todo engatem firmemente umas com as outras. A superfície de vedação 13 do pino 10 e a superfície de vedação 23 da caixa 20 são levadas para fazer contato uma com a outra através do aparafusamento do pino 10 e, em um estado fixo, engatam em contato íntimo uma com a outra para ter um encaixe por interferência, de modo a formar uma vedação interna através de contato de superfície com superfície.

[0052] Desse modo, com a junta rosqueada, de acordo com a primeira modalidade, é possível manter um desempenho alto de resistência a torque devido ao fato de que a mesma emprega roscas de cunha.

[0053] Ademais, a porção de cabeça de vedação 15 que tem a superfície de vedação 13, tem uma espessura de parede maior e, portanto, a região da superfície de vedação 13 tem uma dureza maior. Como resultado, mesmo se a pressão externa alcançar uma localização próxima à superfície de vedação 13 da porção de rebordo 12, a vedação interna efetuada pela superfície de vedação 13 fornece um desempenho alto de vedação. Isto se deve ao fato de que a deformação radialmente para dentro é inibida na região da superfície de vedação 13. É observado que a vedação interna fornece, como sua função inerente, um desempenho alto de vedação contra pressão interna também.

[0054] Adicionalmente, não há necessidade de deslocar o ponto de início de usinagem de rosca da porção rosqueada macho 11 para uma posição mais próxima à periferia exterior do pino 10 e, portanto, é possível garantir um comprimento suficiente da porção rosqueada enquanto mantém- se a altura de rosca alta. Como resultado, o desempenho alto de resistência a torque de roscas de cunha é suficientemente garantido.

[0055] Os termos a seguir são descrições adicionais de modalidades preferenciais da junta rosqueada de acordo com a primeira modalidade.

[0056] Na junta rosqueada da primeira modalidade, os espaçamentos 31 são fornecidos entre as cristas 11a da porção rosqueada macho 11 e as raízes 21b da porção rosqueada fêmea 21 em um estado fixo. Os espaçamentos 31 impedem um aumento anormal na pressão de pasta de vedação. Por outro lado, as raízes 11b da porção rosqueada macho 11 estão em contato com as cristas 21a da porção rosqueada fêmea 21. Deve ser observado que espaçamentos podem ser fornecidos tanto entre as cristas 11a da porção rosqueada macho 11 quanto as raízes 21b da porção rosqueada fêmea 21 e entre as raízes 11b da porção rosqueada macho 11 e as cristas 21a da porção rosqueada fêmea 21. Alternativamente, espaçamentos podem ser fornecidos somente entre as raízes 11b da porção rosqueada macho 11 e as cristas 21a da porção rosqueada fêmea 21. Uma faixa preferencial de cada espaçamento é de 0,05 a 0,5 mm. Dentro dessa faixa, uma altura suficiente de engate entre a porção rosqueada macho 11 e a porção rosqueada fêmea 21 pode ser garantida, de modo que um desempenho alto de torque possa ser fornecido.

[0057] Os ângulos de afunilamento da porção rosqueada macho 11 e da porção rosqueada fêmea 21 estão, cada um, preferencialmente em uma faixa de 1° a 5° em relação ao eixo geométrico de tubo CL. Se os ângulos de afunilamento das porções rosqueadas forem muito grandes, os comprimentos das porções rosqueadas são excessivamente encurtados e, portanto, o desempenho de resistência a torque será diminuído. Por outro lado, se os ângulos de afunilamento das porções rosqueadas forem muito pequenos, os comprimentos das porções rosqueadas são excessivamente alongados e, portanto, o custo de fabricação será aumentado. Um limite inferior mais preferencial dos ângulos de afunilamento é de 1,5° e um limite inferior ainda mais preferencial dos mesmos é de 2°. Um limite superior mais preferencial dos ângulos de afunilamento é de 4°.

[0058] As alturas de rosca da porção rosqueada macho 11 e da porção rosqueada fêmea 21 são, cada uma, preferenciais em uma faixa de 1,0 mm a 3,0 mm. Se as alturas de rosca forem muito altas, o custo de fabricação será aumentado e, além disso, o desempenho de vedação contra a pressão interna será diminuído devido à espessura de parede da caixa 20 reduzida. Por outro lado, se as alturas de rosca forem muito baixas, o desempenho de resistência a torque será diminuído. Um limite inferior mais preferencial das alturas de rosca é de 1,2 mm e um limite inferior ainda mais preferencial das mesmas é de 1,5 mm.

[0059] Na porção de cabeça de vedação 15 que constitui a porção de rebordo 12 do pino 10, a espessura de parede da região da superfície de vedação 13 na posição do diâmetro externo máximo está preferencialmente em uma faixa de 55% a 80% da espessura de parede do corpo tubular. Se a espessura de parede da região da superfície de vedação 13 for muito fina, o desempenho de vedação contra a pressão externa não pode ser garantido devido ao fato de que a dureza é diminuída. Por outro lado, se a espessura de parede da região da superfície de vedação 13 for muito grande, a dureza é aumentada. Entretanto, se o aumento da espessura de parede da região da superfície de vedação 13 deve ser realizado ampliando-se o diâmetro externo da porção de cabeça de vedação 15, então, o diâmetro da superfície de vedação 23 da caixa 20 é ampliado e a diminuição resultante na espessura de parede da caixa 20 pode causar uma diminuição em desempenho de vedação contra a pressão interna. Se o aumento da espessura de parede da região da superfície de vedação 13 deve ser realizado reduzindo-se o diâmetro interno da porção de cabeça de vedação 15, então, é necessário limitar o diâmetro interno da porção de cabeça de vedação 15, particularmente o diâmetro interno da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb, ao diâmetro interno necessário por especificações de API.

[0060] Enquanto isso, a porção de pescoço 14 que constitui a porção de rebordo 12 do pino 10 tem, preferencialmente, uma espessura de parede mínima em uma faixa de 45% a 70% da espessura de parede do corpo tubular. Se a espessura de parede mínima da porção de pescoço 14 for muito fina, o desempenho de vedação contra a pressão externa não pode ser garantido devido ao fato de que a dureza da porção de pescoço 14 é diminuída. Por outro lado, se a espessura de parede mínima da porção de pescoço 14 for muito grande, o ponto de início de usinagem de rosca deve ser deslocado para uma posição mais próxima à periferia exterior do pino 10 e, portanto, a altura de rosca precisará ser diminuída ou os comprimentos das porções rosqueadas precisarão ser encurtados, com o resultado de que o desempenho de resistência a torque de roscas de cunha não é exibido.

[0061] De todas as porções da superfície periférica exterior 15a da porção de cabeça de vedação 15, a superfície afunilada internamente periférica exterior de cabeça 15aa que é adjacente à superfície periférica exterior 14a da porção de pescoço 14, tem, preferencialmente, um ângulo de afunilamento em uma faixa de 5° a 20° em relação ao eixo geométrico de tubo CL. Se o ângulo de afunilamento da superfície afunilada internamente periférica exterior de cabeça 15aa for maior, a dureza da superfície de vedação 13 é aumentada como resultado da espessura de parede maior da porção de cabeça de vedação 15, porém, o desempenho de vedação contra a pressão interna será diminuído devido à espessura de parede da caixa 20 reduzida. Por outro lado, se o ângulo de afunilamento da superfície afunilada internamente periférica exterior de cabeça 15aa é muito pequena, o desempenho de vedação contra a pressão externa será diminuído devido ao fato de que uma espessura de parede suficiente da região da superfície de vedação 13 não pode ser fornecida.

[0062] De todas as porções das superfícies periféricas interiores 14b e 15b da porção de rebordo 12, a superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb (incluindo o caso em que a mesma se estende para a região da porção de pescoço 14) preferencialmente tem um comprimento L1 ao longo do eixo geométrico de tubo CL de pelo menos 3 mm. O comprimento L1 é um comprimento que se estende do contorno entre a superfície afunilada mais à frente periférica interior de cabeça 15bc e a superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb. A superfície afunilada mais à frente periférica interior de cabeça 15bc tem um comprimento L2 ao longo do eixo geométrico de tubo CL de cerca de 8 a 12 mm. Se o comprimento L1 da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça 15bb for muito curto, a dureza da porção de cabeça de vedação 15 não é suficientemente aumentada e, portanto, o desempenho de vedação contra a pressão externa não pode ser garantido. Um limite inferior preferencial do comprimento L1 é de 4 mm. Enquanto isso, o comprimento L1 é preferencialmente mais longo o possível. Entretanto, o comprimento L1 depende do grau de mandrilagem. Desse modo, um limite superior preferencial do comprimento L1 é 15 mm.

[0063] A superfície afunilada de vedação 13b que constitui a superfície de vedação 13 da porção de rebordo 12 tem, preferencialmente, um ângulo de afunilamento em uma faixa de 3° a 10° em relação ao eixo geométrico de tubo CL. Se o ângulo de afunilamento da superfície afunilada de vedação 13b é maior, a dureza é diminuída em uma porção de extremidade da região da superfície de vedação 13 como resultado da espessura de parede reduzida da mesma e, portanto, o desempenho de vedação contra a pressão externa será diminuído. Por outro lado, se o ângulo de afunilamento da superfície afunilada de vedação 13b for muito pequeno, as superfícies de vedação 13, 23 deslizam em relação uma à outra quando uma carga de tração é aplicada à junta rosqueada, de modo que o contato entre as mesmas possa ser perdido.

[0064] Em um estado fixo, um espaçamento 30 é fornecido entre a face de extremidade da porção de rebordo 12 do pino 10 e a extremidade lateral de corpo tubular da porção rebaixada 22 da caixa 20 (consulte a Figura 1). O espaçamento 30 está, preferencialmente, em uma faixa de 0,1 mm a 3,0 mm. Sem o espaçamento 30, a face de extremidade do pino 10 faria contato, inadvertidamente, com a porção rebaixada 22 da caixa 20 durante a fixação da rosca. Como resultado, o engate entre a porção rosqueada macho 11 e a porção rosqueada fêmea 21 se torna insuficiente e, portanto, o desempenho de resistência a torque não pode ser obtido. Por outro lado, se o espaçamento 30 é muito grande, uma turbulência de fluidos que fluem através da junta rosqueada pode ocorrer nas proximidades do espaçamento 30 que podem induzir erosão. [SEGUNDA MODALIDADE]

[0065] A Figura 4 é uma vista em corte longitudinal que mostra um exemplo de uma região de extremidade livre do pino na junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a segunda modalidade. A junta rosqueada, de acordo com a segunda modalidade mostrada na Figura 4, é uma variação da junta rosqueada de acordo com a primeira modalidade mostrada nas Figuras 1 a 3 e, portanto, descrições redundantes àquelas dadas na primeira modalidade não serão repetidas quando apropriado.

[0066] Na junta rosqueada de acordo com a segunda modalidade, a superfície afunilada periférica interior de pescoço 14bb, da superfície periférica interior 14b da porção de pescoço 14 que constitui a porção de rebordo 12, é uma superfície afunilada que aumenta em diâmetro em direção à extremidade livre do pino 10. Desse modo, o diâmetro interno d1 da porção de cabeça de vedação 15 é maior do que o diâmetro interno d0 do corpo tubular. É observado, entretanto, que, na segunda modalidade assim como similarmente à primeira modalidade, o diâmetro de fora máximo D1 da região da superfície de vedação 13 na porção de cabeça de vedação 15 é maior do que um diâmetro de fora D2 da porção de pescoço 14 em um contorno entre a porção de pescoço 14 e a porção rosqueada macho 11. Consequentemente, a junta rosqueada da segunda modalidade também produz efeitos vantajosos similares àqueles da primeira modalidade descrita acima.

[0067] Entretanto, no caso da segunda modalidade, um aumento da espessura de parede da região da superfície de vedação 13 resulta em uma ampliação do diâmetro externo da região da superfície de vedação 13. Como resultado, o diâmetro da superfície de vedação 23 da caixa 20 é ampliado e a diminuição resultante na espessura de parede da caixa 20 pode causar uma diminuição em desempenho de vedação contra a pressão interna. Em relação a isso, a primeira modalidade é mais vantajosa.

[0068] A presente invenção não é limitada às modalidades descritas acima, e várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. Por exemplo, as juntas rosqueadas, de acordo com as modalidades acima, podem ser empregadas não apenas como uma junta rosqueada do tipo de acoplamento, porém, também, como uma junta rosqueada do tipo integral. EXEMPLOS

[0069] Para verificar as vantagens da presente invenção, simulações numéricas e análises foram realizadas com o uso do método de elemento finito elastoplástico. EXEMPLO 1 CONDIÇÕES DE TESTE

[0070] Os modelos para a análise de FEM foram preparados com base em juntas rosqueadas do tipo acoplamento para mercadorias tubulares de países do petróleo que empregam roscas de cunha. Para o exemplo inventivo, um modelo da junta rosqueada da primeira modalidade mostrado nas Figuras 1 a 3 foi preparado. Para um exemplo comparativo, um modelo de uma junta rosqueada típica convencional, em que o diâmetro externo máximo da região da superfície de vedação na porção de cabeça de vedação é menor do que o diâmetro externo da porção de pescoço no ponto de início de usinagem de rosca, foi preparado. As dimensões representativas de cada modelo são mostradas na Tabela 1.

[0071] As condições comuns foram conforme a seguir. - Tamanho da junta rosqueada (tubo de aço): 19,36 cm (7-5/8 [polegadas]) x 82,29547 kg/m (55.3[lb./ft.]) 5 - Grade de tubo de aço (pino) e acoplamento (caixa): Padrão API T95 (aço de carbono que tem um limite elástico de 95 [ksi] (655 [MPa])). MÉTODO DE AVALIAÇÃO

[0072] Na análise de FEM, uma sequência de carga que simulou que, em um teste A de Série ISO 13679 um teste foi aplicado a cada modelo em um estado fixo. Na análise, o desempenho de resistência a torque foi avaliado com o uso dos valores no ponto de elasticidade (torque de elasticidade) no gráfico de torque e comparando-se os valores. Adicionalmente, o desempenho de vedação foi avaliado comparando-se os valores mínimos da força de contato de vedação das superfícies de vedação (o produto da pressão de contato de vedação média e a largura de contato de vedação, das superfícies de vedação) no ciclo de pressão interna (o primeiro e o segundo quadrantes) e o ciclo de pressão externa (o terceiro e o quarto quadrantes) na sequência de carga. (Observa-se que, quanto maior o valor mínimo da pressão de contato média, melhor é o desempenho de vedação das superfícies de vedação.) RESULTADOS DE TESTE

[0073] A Figura 5 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de resistência a torque no Exemplo 1. A Figura 6 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 1. Conforme mostrado na Figura 5, o desempenho alto de resistência a torque foi exibido tanto no Exemplo Inventivo quanto no Exemplo Comparativo. No Exemplo Comparativo, o contato entre as superfícies de vedação foi perdido conforme mostrado na Figura 6. Em contraste, o Exemplo Inventivo mostrou desempenho de vedação marcadamente aprimorado. EXEMPLO 2 CONDIÇÕES DE TESTE

[0074] Modelos para a análise de FEM foram preparados com base em juntas rosqueadas do tipo acoplamento para mercadorias tubulares de países do petróleo que empregam roscas de cunha, com as geometrias das porções de rebordo variadas com base nas juntas rosqueadas da primeira e da segunda modalidades mostradas nas Figuras 1 a 4. Especificamente, conforme mostrado na Figura 7, variando-se o diâmetro interno da porção de cabeça de vedação, a espessura de parede da região 5 da superfície de vedação em uma posição do diâmetro externo máximo na porção de cabeça de vedação relativa à espessura de parede do corpo tubular (doravante no presente documento também denominada "espessura de parede da porção vedada relativa à espessura de parede do corpo tubular") foi variada para fornecer cinco níveis diferentes de espessura de 10 parede, nomeadamente, 50%, 56%, 61%, 74% e 83%. As dimensões representativas de cada modelo são mostradas na Tabela 2.

[0075] As condições comuns foram conforme a seguir. - Tamanho da junta rosqueada (tubo de aço): 17,78 centímetros (7 [polegadas]) x 52,085 kg/m (35.0 [lb./ft.]) - Grade de tubo de aço (pino) e acoplamento (caixa): Padrão 5 API L80 (aço de carbono que tem um limite elástico de 80 [ksi] (552 [MPa])).

[0076] Os modelos de Teste nos 1 a 3 são baseados na junta rosqueada da segunda modalidade mostrada na Figura 4, sendo que cada um incluir uma porção de cabeça de vedação que tem um diâmetro interno maior do que o diâmetro interno do corpo tubular. Os modelos de Teste nos 4 10 e 5 são baseados na junta rosqueada da primeira modalidade mostrada na Figura 3, sendo que cada um incluir uma porção de cabeça de vedação que tem um diâmetro interno menor do que o diâmetro interno do corpo tubular. MÉTODO DE AVALIAÇÃO

[0077] Conforme no Exemplo 1, uma sequência de carga que 15 simulou que em um teste A de Série ISO 13679 foi aplicado a cada modelo em um estado fixo e o desempenho de vedação foi avaliado comparando-se os valores mínimos da força de contato de vedação das superfícies de vedação. RESULTADOS DE TESTE

[0078] A Figura 8 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 2. Os resultados mostrados na Figura 8 demonstram que, à medida em que a espessura de parede da porção de vedação relativa à espessura de parede do corpo tubular aumenta, isto é, a espessura de parede da porção de rebordo aumenta, o desempenho de vedação é aprimorado. Em relação à extensão do aumento da espessura de parede da porção de rebordo, em particular, é visto que, quando a espessura de parede da porção de vedação relativa à espessura de parede do corpo tubular é pelo menos de 55%, um desempenho de vedação suficiente é garantido. EXEMPLO 3 CONDIÇÕES DE TESTE

[0079] Modelos para a análise de FEM foram preparados com base em juntas rosqueadas do tipo acoplamento para mercadorias tubulares de países do petróleo que empregam roscas de cunha, com as geometrias das porções de rebordo variadas com base na junta rosqueada da primeira modalidade mostrada nas Figuras 1 a 3. Especificamente, conforme mostrado na Figura 9, o comprimento da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça foi variado para fornecer quatro níveis diferentes de comprimento, nomeadamente, 2 mm, 3 mm, 4 mm e 5mm. As dimensões representativas de cada modelo são mostradas na Tabela 3.

[0080] As condições comuns foram conforme a seguir. - Tamanho da junta rosqueada (tubo de aço): 8,89 centímetros (3-1/2 [polegadas]) x 13,6911 kg/m (9,2 [lb./ft.]) - Grade de tubo de aço (pino) e acoplamento (caixa): Padrão 5 API L80 (aço de carbono que tem um limite elástico de 80 [ksi] (552 [MPa])). MÉTODO DE AVALIAÇÃO

[0081] Conforme nos Exemplos 1 e 2, uma sequência de carga que simulou que em um teste A de Série ISO 13679 foi aplicado a cada modelo em um estado fixo e o desempenho de vedação foi avaliado comparando-se os valores mínimos da força de contato de vedação das superfícies de vedação. RESULTADOS DE TESTE

[0082] A Figura 10 é um diagrama que mostra os resultados de avaliação de desempenho de vedação no Exemplo 3. Os resultados mostrados na Figura 10 demonstram que, à medida em que o comprimento da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça aumenta, o desempenho de vedação é aprimorado. Em particular, é visto que, quando o comprimento da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça é de pelo menos 3 mm, um desempenho de vedação suficiente é garantido. APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0083] Uma junta rosqueada, de acordo com a presente invenção, pode ser utilizada de modo eficaz na conexão de tubos de aço que são usados para extração, produção ou transporte de recursos subterrâneos. Exemplos de recursos subterrâneos incluem combustíveis fósseis tais como óleo cru, gás natural, gás de xisto e hidrato de metano e também incluem recursos subterrâneos de gás ou líquido tais como lençóis freáticos e fontes termais. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 10: pino, 11: porção rosqueada macho, 11a: crista, 11b: raiz, 11c: flanco de carga, 11d: flanco de penetração, 12: porção de rebordo, 13: superfície de vedação, 14: porção de pescoço, 15: porção de cabeça de vedação, 20: caixa, 21: porção rosqueada fêmea, 21a: crista, 21b: raiz, 21c: flanco de carga, 21d: flanco de penetração, 22: porção rebaixada, 23: superfície de vedação, 30, 31: espaçamento D1: diâmetro externo máximo da região da superfície de vedação na porção de cabeça de vedação, D2: diâmetro externo da porção de pescoço no contorno com a 5 porção rosqueada macho, d1: diâmetro interno da porção de cabeça de vedação, d0: diâmetro interno do corpo tubular, CL: eixo geométrico de tubo, L1: comprimento da superfície cilíndrica periférica interior de cabeça de vedação ao longo do eixo geométrico de tubo, L2: comprimento da superfície afunilada mais à frente periférica interior de cabeça de vedação ao longo do eixo geométrico de tubo.

Claims

1. Junta rosqueada para tubos de aço que compreende um pino tubular (10) e uma caixa tubular (20), em que o pino (10) e a caixa (20) são fixados pelo aparafusamento do pino (10) na caixa (20), sendo que o pino (10) compreende, na ordem de um corpo tubular que tem o pino (10) em direção a uma extremidade livre do mesmo: uma porção rosqueada macho afunilada (11); e uma porção de rebordo (12) que inclui uma superfície de vedação (13), a caixa (20) compreende: uma porção rosqueada fêmea afunilada (21); e uma porção rebaixada (22) que corresponde à porção de rebordo (12), sendo que a porção rebaixada (22) inclui uma superfície de vedação (23), em que, a porção de rebordo (12) inclui, na ordem da porção rosqueada macho (11) em direção à extremidade livre do pino: uma porção de pescoço (14); e uma porção de cabeça de vedação (15) que inclui a superfície de vedação (12), e a superfície de vedação (13) é disposta em uma região na porção de cabeça de vedação (15), sendo que a região tem um diâmetro externo máximo (D1) que é maior do que um diâmetro externo da porção de pescoço (D2) em um contorno entre a porção de pescoço (14) e a porção rosqueada macho (11), CARACTERIZADA pelo fato de que: a porção rosqueada macho afunilada (11) é uma porção rosqueada macho afunilada com roscas do tipo cauda de andorinha, a porção rosqueada fêmea afunilada (21) é uma porção rosqueada fêmea afunilada com roscas do tipo cauda de andorinha que correspondem à porção rosqueada macho (11) do pino, a porção de pescoço (14) tem uma superfície periférica externa (14a), a superfície periférica externa (14a) sendo uma superfície cilíndrica, e a porção de cabeça de vedação (15) tem uma superfície periférica externa (15a), a superfície periférica externa (15a) inclui: uma superfície afunilada (15aa) que é adjacente à superfície periférica externa (14a) da porção de pescoço (14) e aumenta de diâmetro em um ângulo de 5 ° a 20 ° em relação ao eixo do tubo (CL); uma superfície cilíndrica (15ab) que é adjacente à superfície afunilada (15a); e a superfície de vedação (13), a superfície de vedação (13) incluindo uma superfície curva (13a) que é adjacente à superfície cilíndrica (15ab) e uma superfície afunilada (13b) que diminui de diâmetro em direção à extremidade livre do pino (10).

2. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que, a porção de cabeça de vedação (15) tem um diâmetro interno que é menor do que um diâmetro interno do corpo tubular.

3. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que, a porção de rebordo (12) tem uma superfície periférica interior, sendo que a superfície periférica interior (15b) inclui, na ordem a partir da extremidade livre do pino (10): uma superfície afunilada (15bc) que aumenta em diâmetro em direção à extremidade livre; e uma superfície cilíndrica (15bb) que é adjacente à superfície afunilada (15bc), sendo que a superfície cilíndrica (15bb) tem um comprimento ao longo do eixo geométrico de tubo de pelo menos 3 mm, sendo que o comprimento se estende a partir de um contorno entre a superfície afunilada (15bc) e a superfície cilíndrica (15bb).

4. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que, a porção de cabeça de vedação (15) tem um diâmetro interno que é maior do que um diâmetro interno do corpo tubular.

5. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que: em um estado fixo, espaçamentos são fornecidos em pelo menos um dentre o seguinte: entre cristas da porção rosqueada macho (11) e raízes da porção rosqueada fêmea (21); e entre raízes da porção rosqueada macho (11) e cristas da porção rosqueada fêmea (21).

6. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que: a região da superfície de vedação (13) na porção de cabeça de vedação (15) tem uma espessura de parede em uma posição do diâmetro externo máximo, sendo que a espessura de parede está em uma faixa de 55% a 80% de uma espessura de parede do corpo tubular, e a porção de pescoço (14) tem uma espessura de parede mínima em uma faixa de 45% a 70% da espessura de parede do corpo tubular.

7. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que: em um estado fixo, um espaçamento entre uma face de extremidade da porção de rebordo (12) e a porção rebaixada (22) da caixa (20) está em uma faixa de 0,1 mm a 3,0 mm.

8. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que: a porção rosqueada macho (11) e a porção rosqueada fêmea (21) têm, cada uma, um ângulo de afunilamento em uma faixa de 1° a 5° em relação ao eixo geométrico de tubo (CL).

9. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que: a superfície de vedação (13) da porção de rebordo (12) inclui uma superfície afunilada (13b), sendo que a superfície afunilada (13b) tem um ângulo de afunilamento em uma faixa de 3° a 10° em relação ao eixo geométrico de tubo.

10. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADA pelo fato de que: a porção rosqueada macho (11) e a porção rosqueada fêmea (21) têm, cada uma, uma altura de rosca em uma faixa de 1,0 mm a 3,0 mm.