BR112019004059B1

BR112019004059B1 - Junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo

Info

Publication number: BR112019004059B1
Application number: BR112019004059-5A
Authority: BR
Inventors: Takamasa Kawai; Taro Kanayama; Masaki Yoshikawa; Jun Takano; Takuya Nagahama
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2022-10-04
Also published as: EP3486540A1; MX2019002351A; EP3486540A4; SA519401174B1; RU2712651C1; BR112019004059A2; AU2017338057A1; CN207394154U; MY196098A; EP3486540B1; AU2017338057B2; WO2018061767A1; CA3031919A1; CA3031919C; ES2858456T3; US11053749B2; US20190211632A1; CN107883082A; CN107883082B; AR109767A1

Abstract

A presente invenção se refere a uma junta roscada para tubo de aço de poço de petróleo com propriedades superiores de vedação e resistência à compressão. A junta roscada inclui um pino 2 provido de uma rosca macho 4 e uma caixa 3 provida de uma rosca fêmea 5 engatada por rosca com a rosca macho 4, e numa parte de vedação lateral periférica externa 9, uma área em corte transversal S1 (mm2 ) de uma parte de corpo de pino, que é uma parte de pino não processada 6. Atendem uma expressão (S1 / S0) x 100 = 15 (%), numa parte de vedação no lado periférico interno 10, uma área em corte transversal S2 (mm2) da caixa num ponto de vedação sp2 numa posição predeterminada e uma área em corte transversal S0 '(mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte de caixa não processada 7, atende uma expressão (S2 / S0 ') x 100 = 20 (%) e uma área de superfície S3 (mm2) de uma parte de contato 8 de um ombro intermediário C entre as fileiras de rosca A e B e a área em corte transversal S0 (mm2) atendem a expressão (S3 / S0) x 100 = 10 (%).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a uma junta de tubo roscada utilizada para conectar tubos de poço de petróleo, incluindo tubulação e revestimento geralmente utilizados na exploração de poços de petróleo ou poços de gás e na produção. Isto é, a presente invenção refere-se a uma junta de tubo roscada usada para conectar tubos de aço, tais como produtos tubulares empregados em campos petrolíferos (OCTG), tubos alimentadores (“riser pipes” em inglês) e tubos de linha. A junta de tubo roscada da presente invenção é superior em propriedades de vedação e resistência à compressão.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] As juntas de tubos roscados são amplamente usadas na conexão de tubos de aço usados em instalações industriais produtoras de petróleo, como tubos de poços de petróleo. Para a conexão de tubos utilizados na prospecção e produção de petróleo ou gás, tipicamente são usadas juntas de tubos com rosca padrão baseadas no padrão API (American Petroleum Institute).

[003] Como os poços de petróleo bruto e os poços de gás natural têm recentemente aumentado em profundidade, e os poços horizontais e poços direcionais são agora mais comuns do que os poços verticais, os ambientes de escavação e produção estão cada vez mais sob condições adversas. Além disso, um aumento no desenvolvimento de poço sob ambientes hostis, como nas regiões oceânicas e polares, levou a requisitos de desempenho diversificados para juntas de tubos roscados, como resistência à compressão, resistência à flexão e vedação contra pressão externa. Para tais desempenhos exigidos, o alto desempenho e as juntas de tubos roscadas particulares, que são referidas como juntas premium, são cada vez mais utilizadas nos últimos anos.

[004] Para reduzir a quantidade de escavação no momento do desenvolvimento de poço, é necessário reduzir a largura dos poços. Entre as juntas premium mencionadas acima, estão aumentando os requisitos para uma junta de tubo roscada de tipo integral que conecta diretamente tubos sem elemento de acoplamento interposto entre os mesmos

[005] A junta premium normalmente tem uma rosca cônica, uma parte de vedação de metal-metal e uma parte de ressalto de torque na extremidade de cada tubo. Estes são os componentes que formam cada de um pino que é uma parte em forma de macho fornecida em uma extremidade de um tubo e uma caixa que é uma parte em forma de fêmea fornecida na outra extremidade do tubo e é aparafusada ou encaixada na parte em forma de macho. Estes componentes são projetados de modo que quando uma junta (que significa uma junta de tubo roscada, o mesmo se aplica a seguir) é apertada, os componentes fêmea e macho com o mesmo nome faceiam um ou outro.

[006] A rosca cônica é importante para fixar a junta com firmeza. A parte de vedação metal-metal garante as propriedades de vedação ao colocar a caixa e o pino em contato metal-metal entre si na região da parte de vedação metal-metal. A parte de ressalto de torque serve como uma face do ressalto que age como um encosto durante a composição da junta.

[007] Na junta de tubo com rosca de tipo integral (doravante também referida como junta integral), uma ou duas ou mais partes de vedação metal-metal são fornecidas na direção axial (o que significa a direção axial do tubo, o mesmo se aplica a seguir). Pelo menos uma das partes de vedação metal-metal é fornecida na superfície periférica externa de uma parte não rosqueada (doravante referida como nariz) contínua com a extremidade de rosca de lateral-extremidade-frontal-pino da rosca cônica do pino, e na superfície periférica interna de uma parte não rosqueada (daqui em diante referida como orifício de nariz) contínua com a extremidade de rosca de lateral-extremidade-traseira-caixa da rosca cônica da caixa. Ao compor a junta, a parte de vedação metal-metal do nariz e a parte de vedação metal-metal do orifício do nariz entram em contato uma com a outra na direção radial, e esta parte de vedação metal-metal forma uma superfície de vedação (referida como superfície de vedação radial interna por conveniência) que evita que o fluido no interior do tubo entre na região da rosca cônica.

[008] Em algumas juntas integrais, em cada do pino e da caixa, a região da rosca cônica é dividida em duas partes na direção axial. Das duas partes, a fileira de rosca no lado de extremidade-frontal-pino e a fileira de rosca no lado de extremidade- traseira-caixa são engatadas, com isso são referidas como primeira fileira de rosca. Por outro lado, a fileira de rosca no lado de extremidade-traseira-pino e a fileira de rosca no lado de extremidade-frontal-caixa engatada, com isso são referidas como segunda fileira de rosca. Na direção radial (que significa a direção radial do tubo, o mesmo se aplica a seguir), a primeira fileira de rosca está no lado interno, e a segunda fileira de rosca está no lado externo. A parte de ressalto de torque é fornecida no limite da primeira fileira de rosca e da segunda fileira de rosca, e isso é referido como ressalto intermediário.

[009] Numa junta integral tendo o ressalto intermediário, quando duas partes de vedação metal-metal são fornecidas na direção axial, uma das duas partes de vedação metal-metal forma a superfície de vedação radial interna. A outra parte de vedação metal-metal é fornecida na superfície periférica externa da parte não rosqueada contínua com a extremidade traseira da segunda fileira de rosca do pino (referida como superfície não rosqueada de lado-extremidade-traseira-pino para conveniência), e na superfície periférica interna da parte não rosqueada contínua com a extremidade frontal da segunda fileira de rosca da caixa (referida como superfície não rosqueada de lado-extremidade-frontal-caixa por conveniência). Ao preparar a junta, a parte da vedação metal-metal da superfície não rosqueada de lado- extremidade-traseira-pino e a parte da vedação metal-metal da superfície não rosqueada de lado-extremidade-frontal-caixa entram em contato uns aos outros na direção radial, e esta parte de vedação metal-metal forma uma superfície de vedação (referida como superfície de vedação radial externa por conveniência) que evita a entrada de fluido de fora do tubo na região da rosca cônica.

[010] Uma junta roscada para tubos (junta de tubo roscada) descrita na Literatura de Patentes 1 é mostrada na fig. 3 como um exemplo de técnica convencional de uma junta integral tendo o ressalto intermediário. O objetivo (objeto) da invenção descrito na Literatura de Patentes 1 é o de produzir uma junta roscada para tubos que mantenha rigidez adequada e que seja dotada de uma vedação melhorada, para melhorar a resistência estrutural (característica) da junta a uma carga elevada, especificamente para uma carga compressiva e para evitar que a característica afete a função de vedação. Na invenção descrita na Literatura de Patentes 1, é proporcionada uma seção de reforço que se projeta da parte de vedação metal-metal da superfície não rosqueada de lado- extremidade-frontal-caixa para a extremidade mais avançada da caixa, o comprimento ou o comprimento e a espessura de parede dessa seção de reforço são regulados, e o comprimento total da seção de reforço da caixa é impedido de entrar em contato com o tubo de lado extremidade- traseira-pino oposto (parte de corpo de tubo).

Lista de Citações Literatura de Patente Literatura de Patente 1: Patente Japonesa No. 5232475 SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema Técnico

[011] Contudo, com a tecnologia acima descrita em Literatura de Patente 1, não se pode dizer que a propriedade de vedação seja suficientemente assegurada quando é aplicada uma carga elevada, que é uma carga combinada incluindo tensão, compressão, bem como pressão interna e pressão externa, de modo que foram requeridas as propriedades de vedação melhoradas. Além disso, uma melhoria da resistência à compressão também é necessária, além da melhoria das propriedades de vedação.

[012] Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer uma junta roscada para um tubo de aço para poços de petróleo superior em propriedades de vedação e resistência à compressão.

[013] Tal como utilizado na presente invenção, a expressão "superior em propriedade de vedação" pretende incluir a passagem de um teste de avaliação de propriedade de vedação sob as condições de uma carga combinada para uma junta roscada especificada no teste de Série A da ISO13679:2002.

[014] Como usado na presente invenção, a expressão “superior em resistência à compressão” pretende incluir passar um teste de avaliação de propriedade de vedação mesmo quando uma alta carga compressiva é aplicada sob condições de compressão, que é uma opção das condições de carga no teste ISO supracitado. A carga de tração é especificada que o valor máximo é 95% de uma resistência à tração do tubo ou da junta e a resistência à compressão é expressa como uma porcentagem em relação à carga de tração. Em uma junta de um tipo T&C (Rosqueado e Acoplado), a resistência de uma parte de conexão é normalmente determinada pela resistência à tração do tubo, na qual o desempenho não seja inferior a uma taxa de compressão de 80% da resistência à tração do tubo é expressa para ter alta compressibilidade, e se uma taxa de compressão de 100% for alcançada, pode-se dizer que tem resistência à compressão muito alta. Na junta de um tipo semi-lisa (“semi-flush joint” em inglês), a resistência à tração é determinada por um projeto da junta, e se 70% ou mais da resistência à tração do tubo for alcançado, pode-se dizer que tem um projeto com uma resistência à tração suficiente. Na junta do tipo semi-lisa, um desempenho que alcance 70% ou mais de taxa de compressão em comparação com a resistência à tração da junta é expresso por ter alta compressibilidade, e se uma taxa de compressão de 100%, o que é equivalente à resistência à tração da junta for alcançada, pode-se dizer que tem alta resistência à compressão.

Solução para o Problema

[015] Os presentes inventores realizaram um estudo intensivo para solucionar o problema acima mencionado, e foram obtidos os resultados que se seguem. Na técnica relacionada, é dada atenção ao fato de a rigidez da parte de vedação no lado de extremidade de tubo não ser suficientemente considerada como a razão pela qual as propriedades de vedação desejadas não podem ser obtidas. Os inventores encontraram que a rigidez é assegurada especificando uma área de seção transversal num ponto de vedação predeterminado, pelo que pode ser obtida uma pressão de superfície suficiente e podem ser asseguradas propriedades de vedação suficientes mesmo quando é aplicada uma carga elevada. Quando uma força de tração é aplicada, uma parte de vedação formada pelo contato entre uma superfície periférica interna da caixa formada no lado de extremidade de tubo da caixa e uma superfície periférica externa do pino está sujeita à deformação de redução do diâmetro do pino simultaneamente com a deformação de tração. Portanto, a quantidade de interferência da vedação é reduzida e, assim, uma pressão da superfície de vedação da parte de vedação no lado de extremidade de tubo da caixa é reduzida correspondentemente. Em outras palavras, os inventores encontraram que a pressão de superfície de contato na parte de vedação no lado de extremidade de tubo da caixa tem maior probabilidade de ser reduzida e, assim, um valor prescrito de uma área de seção transversal da caixa na parte de vedação no lado de extremidade de tubo é de preferência ajustada para ser maior do que a área de seção transversal do pino no lado da parte de vedação no lado de extremidade de tubo para assegurar as propriedades de vedação. Além disso, os inventores encontraram que a resistência à compressão pode ser assegurada especificando uma razão de área de seção transversal do ressalto intermediário.

[016] A essência da presente invenção alcançada com base nas revelações acima descritas é como se segue. [1] Uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo, compreendendo: um pino tendo uma rosca macho que é uma rosca macho cônica em uma extremidade de um tubo de aço; e uma caixa com uma rosca fêmea, que é uma rosca cônica fêmea engatada de forma roscada com a rosca macho na outra extremidade de um tubo de aço, o pino e a caixa que formam as estruturas de vedação radial que vedam um fluido por contato de metal um com o outro em duas posições, uma em uma parte de vedação lateral periférica externa do pino em um lado de extremidade de tubo e um em uma parte de vedação lateral periférica interna da caixa em um lado de extremidade de tubo, a junta roscada compreende ainda: um ressalto intermediário formado entre as fileiras de rosca das roscas cônicas fêmea e macho, em que na parte de vedação lateral periférica externa formada no pino no lado de extremidade de tubo, uma área de seção transversal S1 (mm2) do pino em um ponto de vedação que é uma parte na superfície periférica externa de uma parte de nariz no lado de pino que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de caixa, e uma área de seção transversal S0 (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte de pino não processada, satisfazem a seguinte expressão (1), na parte de vedação lateral periférica interna formada na caixa no lado de extremidade de tubo, uma área de seção transversal S2 (mm2) da caixa em um ponto de vedação, que é uma parte na superfície periférica interna da parte de extremidade de tubo no lado de caixa que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de pino e uma área de seção transversal S0' (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte da caixa não processada, satisfaz a seguinte expressão (2), e uma área de superfície S3 (mm2) de uma parte de contato do ressalto intermediário e a área de seção transversal S0 (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte de pino não processada, satisfazem a seguinte expressão (3), (S1/S0) x 100 > 15 (%) (1) (S2/S0’) x 100 > 20 (%) (2) (S3/S0) x 100 > 10 (%) (3) [2] A junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo de acordo com [1], em que o S1, o S0, o S2 e o S0' satisfazem a seguinte expressão (4), (S1/S0) < (S2/S0') (4).

Efeitos Vantajosos da Invenção

[017] De acordo com a presente invenção, pode ser fornecida uma junta de tubo roscada para um tubo de aço para poços de petróleo superior em propriedades de vedação e resistência à compressão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] A Figura 1 é uma vista em seção transversal ilustrando uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo para explicar um exemplo de uma modalidade da presente invenção e é também um desenho para explicar uma expressão (1) e uma expressão (3).

[019] A Figura 2 é uma vista em seção transversal que ilustra a junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo para explicar exemplo da modalidade da presente invenção, e é também um desenho para explicar uma expressão (2).

[020] A Figura 3 é uma vista em seção transversal ilustrando um exemplo de uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo da técnica relacionada na qual (a) é uma vista em seção transversal em uma direção axial de tubo e (b) é uma vista em seção transversal ampliada ilustrando uma parte de vedação de toque de metal.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[021] A presente invenção será agora descrita abaixo com referência aos desenhos. A Figura 1 é uma vista em seção transversal ilustrando uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo para explicar um exemplo de uma modalidade da presente invenção e é também um desenho para explicar uma expressão (1) e uma expressão (3) que serão descritas abaixo. A Figura 2 é também uma vista em seção transversal ilustrando a junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo para explicar um exemplo da modalidade da presente invenção, e é também um desenho para explicar uma expressão (2) que será descrita abaixo. Note-se que a Figura 3 é uma vista em seção transversal ilustrando um exemplo de uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo da técnica relacionada, em que (a) é uma vista em seção transversal numa direção axial de tubo e (b) é uma vista em seção transversal ampliada ilustrando uma parte de vedação de toque de metal.

[022] Uma junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção conecta tubos de aço com um pino 2 e uma caixa 3. Como ilustrado na Figura 1 e Figura 2, a junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção é uma junta roscada (junta premium) incluindo o pino 2 e a caixa 3 conectados por conexão de rosca. A junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção é uma junta roscada do tipo integral que conecta os tubos de aço diretamente uns aos outros com o pino 2 e a caixa 3.

[023] O pino 2 é provido de uma rosca macho 4, que é uma rosca cônica macho fornecida numa extremidade do tubo de aço. A caixa 3 está provida de uma rosca fêmea 5, que é uma rosca cônica fêmea que engata numa rosca macho 4 proporcionada na outra extremidade do tubo de aço.

[024] A junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção inclui uma estrutura de vedação radial na qual o pino 2 e a caixa 3 entram em contato de metal uma com a outra para vedar um fluido em duas posições; numa parte de vedação lateral periférica externa 9 da rosca macho 4 num lado de extremidade de tubo (um lado negativo de um eixo geométrico X que é paralelo ao eixo geométrico α de junta roscada nas Figuras 1 e 2) e numa parte de vedação lateral periférica interna 10 da rosca fêmea 5 em um lado de extremidade de tubo (um lado positivo da direção do eixo geométrico X nas Figuras 1 e 2). A parte de vedação lateral periférica externa 9 e a parte de vedação lateral periférica interna 10 podem ser uma parte de vedação de toque de metal descrita em combinação com a Figura 3.

[025] A parte de vedação lateral periférica externa 9 é capaz de formar uma superfie de vedação que impede que um fluido no interior do tubo entre numa área da rosca cônica por contato entre as partes de vedação de toque de metal de um nariz (uma parte não roscada do pino 2, que continua com uma extremidade de rosca da rosca cônica em um lado de extremidade-frontal-pino) e um orifício de nariz (uma parte não roscada da caixa 3, que continua com uma extremidade de rosca da rosca cônica em um lado de extremidade-traseira-caixa) ao compor a junta.

[026] A parte de vedação lateral periférica interna 10 é fornecida em uma superfície periférica externa do pino 2 supracitado em uma parte não roscada que continua com um lado de extremidade-traseira de uma segunda fileira de rosca B (referida como uma superfície não roscada em lado de extremidade-traseira-pino por conveniência) e numa superfície periférica interna de uma parte não rosqueada que continua com uma extremidade distal da segunda fileira de rosca B da caixa 3 supracitada (referida como uma superfície não rosqueada no lado de extremidade- frontal-caixa por conveniência). A parte de vedação lateral periférica interna 10 forma uma superfície de vedação que impede que um fluido fora do tubo de entre na área das roscas cônicas pelo contato entre as partes de vedação da superfície não roscada acima mencionada no lado de extremidade-traseira-pino do pino e a superfície não roscada acima mencionada no lado de extremidade-frontal-caixa da caixa ao compor a junta.

[027] A junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção inclui um ressalto intermediário C formado entre as duas fileiras de rosca (a primeira fileira de rosca A e a segunda fileira de rosca de rosca B) das roscas cônicas macho e fêmea. O ressalto intermediário C serve como uma parte de ressalto de torque que tem um papel de um apoio ao compor a junta.

[028] Adicionalmente, a junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção pode ter uma parte de ressalto 11 numa extremidade- frontal do pino 2 e um ressalto 12 que entra em contato com a parte de ressalto 11 pode ser proporcionada na caixa. 3.

[029] A junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção é caracterizada por uma área de seção transversal S1 (mm2) do pino num ponto de vedação sp1 (ver Figura 1) que é uma parte na superfície periférica externa da parte de nariz no lado do pino 2 que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado da caixa 3, e uma área de seção transversal S0 (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte de pino não processada 6, satisfazem a expressão (1) na parte de vedação lateral periférica externa 9. A parte de corpo de tubo (a parte de pino não processada 6) indica uma área do pino 2 diferente da rosca macho proporcionada numa extremidade-frontal do mesmo, e tem uma forma cilíndrica. (S1/S0) x 100 > 15 (%) (1)

[030] Se (S1/S0) x 100 for menor que 15%, um vazamento é ocasionado por uma tensão por uma pressão interna, de modo que propriedades de vedação suficientes possam não ser seguras. Portanto, na presente invenção, o valor de (S1/S0) x 100 é definido para 15% ou mais, preferivelmente 20% ou mais, e mais preferivelmente 25% ou mais. Em contraste, na presente invenção, se (S1/S0) x 100 ultrapassar 50%, as áreas de seção transversal do ressalto intermediário C e a parte de vedação lateral periférica externa 9 não podem ser seguras, de modo que não pode ser fornecido um desempenho suficiente. Por conseguinte, na presente invenção, (S1/S0) x 100 é de preferência definido para um valor não superior a 50%, e mais preferivelmente não superior a 40%.

[031] Conforme aqui utilizado, o termo acima referido “as seções transversais das áreas da seção transversal S1, S0” pretende incluir seções transversais ao longo de planos verticais ao eixo geométrico α da junta roscada (direções positiva e negativa ao longo do eixo geométrico X), e umas seções transversais das áreas de seção transversal S2, S3, que serão descritas abaixo, destinam-se a incluir seções transversais ao longo de planos verticais ao eixo geométrico α da junta roscada (a direção positiva e negativa ao longo do eixo geométrico X).

[032] Como aqui utilizado, o termo acima mencionado "o lado do pino 2 que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado da caixa 3" destina-se a incluir a posição de extremidade mais avançada (a posição de extremidade mais avançada na direção negativa ao longo do eixo geométrico X) do pino 2 que entra em contato com a superfície de vedação no lado da caixa 3.

[033] A junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção é caracterizada pelo fato de que a área de seção transversal S2 (mm2) da caixa 3 num ponto de vedação sp2 (ver Figura 2) que é uma parte na superfície periférica interna da parte de extremidade de tubo no lado da caixa 3 que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado do pino 2, e uma área de seção transversal S0' (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte de caixa não processada 7, satisfazem a expressão que se segue (2) na parte de vedação lateral de superfície externa 10. Como aqui utilizado, o termo “a parte de corpo de tubo (a parte de caixa não processada 7)” pretende incluir uma área da caixa 3 diferente de uma rosca fêmea fornecida na sua extremidade-frontal, que tem uma forma cilíndrica. (S2/S0’) x 100 > 20 (%) (2)

[034] Se (S2/S0’) x 100 for menor que 20%, um vazamento é ocasionado por uma tensão e uma pressão externa, de forma que as propriedades de vedação suficientes podem não ser seguras. Portanto, na presente invenção, o valor de (S2/S0’) x 100 é ajustado para 20% ou mais, de preferência 25% ou mais, e mais preferivelmente 30% ou mais. Em contraste, na presente invenção, se (S2/S0') x 100 exceder 50%, as áreas de seção transversal da parte de vedação lateral periférica interna 10 e o ressalto intermediário C são difíceis de serem fixadas, de modo que pode não ser fornecido um desempenho suficiente. Embora a realização de uma grande área de seção transversal aumentando o diâmetro externo da parte de vedação lateral periférica interna não seja impossível, aumentar o diâmetro externo é contra a realização da junta fina, que é uma característica da junta roscada do tipo integral, e assim, projetar com um diâmetro externo excessivo não é realista. Portanto, na presente invenção, (S2/S0’) x 100 é preferencialmente ajustado para um valor não superior a 50% e, mais preferivelmente, não superior a 45%.

[035] Como aqui utilizado, o termo acima referido "o lado da caixa 3 que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado do pino 2" destina-se a incluir a posição de extremidade mais avançada (a posição de extremidade mais avançada na direção positiva ao longo da eixo geométrico X) da caixa 3 que entra em contato com a superfície de vedação no lado do pino 2.

[036] Além disso, a junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção é também caracterizada pelo fato de que a área de superfície S3 (mm2) de uma parte de contato 8 (ver Fig. 1) do ressalto intermediário C e a área de seção transversal S0 (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte de pino não processada 6, satisfazem a seguinte expressão (3). (S3/S0) x 100 > 10 (%) (3)

[037] Se (S3/S0) x 100 for menor que 10%, uma carga excessiva é aplicada à parte de vedação no momento da compressão e causa deterioração das propriedades de vedação em associação com a deformação plástica, e um vazamento é causado por uma tensão e uma pressão interna, de modo que as propriedades de vedação suficientes possam não ser seguras. Além disso, uma deformação plástica pode ocorrer na parte de ressalto quando a junta é formada, de modo possa resultar da junta não poder ser mais apertada. Portanto, na presente invenção, o valor de (S3/S0) x 100 é ajustado para 10% ou mais, preferivelmente 15% ou mais, e mais preferencialmente, 20% ou mais. Em contraste, na presente invenção, se (S3/S0) x 100 exceder 50%, as áreas de seção transversal da parte de vedação lateral periférica externa 9 e a parte de vedação lateral periférica interna 10 não podem ser seguras, de modo que um desempenho suficiente pode não ser fornecido. Portanto, na presente invenção, (S3/S0) x 100 é preferencialmente ajustado para um valor não superior a 50%, e mais preferivelmente não superior a 40%.

[038] Na presente invenção, as propriedades de vedação desejadas e a resistência à compressão são alcançadas somente quando todas as expressões (1) a (3) supracitadas são satisfeitas.

[039] Na junta roscada 1 para tubo de aço para poços de petróleo da presente invenção, os supramencionados S1, S0, S2 e S0’, de preferência, satisfazem a seguinte expressão (4). (S1/S0) < (S2/S0') (4)

[040] Quando uma força de tração é aplicada à junta, a deformação em uma direção de redução do diâmetro ocorre simultaneamente com a deformação em uma direção de tensão. Por conseguinte, a quantidade de interferência da vedação é reduzida e, assim, uma pressão de superfície de vedação da parte de vedação lateral periférica interna 10 formada no lado de extremidade de tubo da caixa é reduzida correspondentemente. Em outras palavras, à medida que a pressão de superfície de contato na parte de vedação lateral periférica interna 10 mais provavelmente diminua, um valor prescrito de uma área de seção transversal da parte de vedação lateral periférica interna 10 é preferivelmente ajustado para ser maior do que o da parte de vedação lateral periférica externa 9 para fixar as propriedades de vedação. Portanto, na presente invenção, propriedades de vedação confiáveis adicionais podem ser asseguradas ajustando (S2/S0') para não ser menor que (S1/S0), isto é, ajustando a razão de área de seção transversal da vedação na parte de vedação lateral periférica interna 10 para ser maior do que a razão da área de seção transversal da vedação na parte de vedação lateral periférica externa 9. Portanto, na presente invenção, de preferência, a relação “(S1/S0) < (S2/S0)” é satisfeita, e mais preferivelmente, o valor de (S2/S0') é 1,1 vezes ou mais, ainda mais preferencialmente, 1,2 vezes ou mais, o valor de (S1/S0).

[041] Na presente invenção, os diâmetros externos da parte de pino não processada 6 e da parte de caixa não processada 7 são preferivelmente de 127,0 mm a 406,4 mm (5 a 16 polegadas), e mais preferivelmente de 139,7 mm a 355,6 mm (5,5 a 14 polegadas), embora não especificamente limitados a eles.

[042] Na presente invenção, as espessuras da parte de pino não processada 6 e da parte de caixa não processada 7 são de preferência de pelo menos 12 mm, e mais preferencialmente de pelo menos 15 mm.

[043] Na junta roscada da presente invenção, um ângulo de flanco de carga é de preferência de 5 a 30 graus, e mais preferivelmente de 10 a 25 graus.

[044] Um ângulo de flanco de entrada (“stabbing flank angle” em inglês) é de preferência de -10 a 0 graus, e mais preferivelmente de -7 a -3 graus.

[045] Como descrito acima, de acordo com a presente invenção, pode ser fornecida uma junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo superior em propriedades de vedação e resistência à compressão.

Exemplos

[046] A presente invenção será descrita abaixo com base nos exemplos.

[047] Amostras da junta roscada incluindo um pino formado pela usinagem de uma parte de extremidade de um tubo de aço de um tipo de aço Q125 de API 5CT com um diâmetro externo de 9-5/8 polegadas x uma espessura de 0,545 polegadas (diâmetro externo 244,48 mm x espessura 13,84 mm ) e foi fabricada uma caixa correspondente ao mesmo e foi realizado um teste da série A da norma ISO 13679:2002. Ao realizar este teste, as condições experimentais dos respectivos níveis mostradas na Tabela 1 foram empregadas. Como condições experimentais que não são mostradas na Tabela 1, um ângulo de flanco de carga de -5 graus e um ângulo de flanco de entrada de 15 graus foram empregados para uma superfície de contato de rosca comum a todos os níveis.

[048] Conforme usado na Tabela 1, a expressão “a razão de área (%) da parte de vedação lateral periférica externa em relação a uma parte não processada de um tubo mãe” significa uma razão ((S1/S0) x 100 [%]) da área de seção transversal S1 (mm2) de um pino em um ponto de vedação, que é uma parte na superfície periférica externa da parte de nariz no lado de pino que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de caixa em relação à área de seção transversal S0 (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte de pino não processada.

[049] A expressão “a razão de área (%) da parte de vedação lateral periférica interna em relação à parte não processada do tubo-mãe” significa “uma razão ((S2/S0) x 100 [%]) da área de seção transversal S2 (mm2) de uma caixa em um ponto de vedação, que é uma parte na superfície periférica interna da parte de extremidade de tubo no lado de caixa que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de pino em relação à área de seção transversal S0' (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte da caixa não processada.

[050] A expressão “razão de área (%) do ressalto intermediário em relação à parte não processada do tubo-mãe” significa “uma razão ((S3/S0) x 100 [%]) da área de superfície S3 (mm2) de uma parte de contato do ressalto intermédiário em relação à área de seção transversal S0 (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte de pino não processada.

[051] O teste deste exemplo é um teste para avaliar as propriedades de vedação aplicando uma carga combinada incluindo uma força de tração/força de compressão e pressão interna/pressão externa no teste de série A, e o programa de carga é definido por VME 95% e pressão de colapso API. Neste teste, a taxa de tensão máxima no teste é definida em 70%.

[052] Um caso de passagem no teste de vedação sob as condições de carga da taxa de compressão máxima de 49% (70% na razão com respeito à taxa de tensão) é considerado superior tanto nas propriedades de vedação quanto na resistência à compressão, e para passar na avaliação de desempenho. Um caso de passagem no teste de vedação sob as condições de carga da taxa de compressão máxima de 70% (100% em relação à taxa de tensão) é considerado superior na resistência à compressão.

[053] Um resultado será mostrado na Tabela 1. [Tabela 1]

[054] Como mostrado na Tabela 1, no Exemplo Comparativo 1, a razão de área do ressalto intermediário foi inferior a 10%, o que é muito pequeno. Portanto, a deformação plástica ocorreu na parte de ressalto no momento de ser apertada, e o teste falhou quando a junta foi formada.

[055] No Exemplo Comparativo 2, como a razão de área do ressalto intermediário foi inferior a 10%, foi aplicada uma carga excessiva à parte de vedação no momento da compressão, o que resultou na deterioração das propriedades de vedação associadas à deformação plástica. Portanto, o teste falhou devido a uma ocorrência de um vazamento devido à tensão e à pressão interna (doravante referida como tensão + pressão interna).

[056] No Exemplo Comparativo 3, como a razão de área da parte de vedação lateral periférica externa era inferior a 15%, o teste falhou devido a uma ocorrência de um vazamento devido à tensão + pressão interna.

[057] No Exemplo Comparativo 4, como a razão de área da parte de vedação lateral periférica interna foi inferior a 20%, o teste falhou devido a uma ocorrência de um vazamento devido à tensão e pressão externa (tensão + pressão externa).

[058] Em contraste, o teste foi passado em todos os Exemplos 1 a 5 da presente invenção, e tornou-se evidente que os exemplos da presente invenção têm propriedades de vedação e resistência à compressão superiores. Lista de Sinais de Referência 1 junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo 2 pino 3 caixa 4 rosca macho 5 rosca fêmea 6 parte de pino não processada 7 parte de caixa não processada 8 parte de contato 9 parte de vedação lateral periférica externa 10 parte de vedação lateral periférica interna 11 , 12 parte de ressalto A primeira fileira de rosca B segunda fileira de rosca C ressalto intermediário Sp1 ponto de vedação Sp2 ponto de vedação α eixo geométrico de junta roscada

Claims

1. Junta roscada para tubo de aço para poços de petróleo (1), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um pino (2) tendo uma rosca macho (4) que é uma rosca macho cônica em uma extremidade de um tubo de aço; e uma caixa (3) com uma rosca fêmea (5), que é uma rosca fêmea cônica engatada de modo roscada com a rosca macho (4) na outra extremidade de um tubo de aço, o pino (2) e a caixa (3) formando estruturas de vedação radial que vedam um fluido por contato de metal entre si em duas posições, uma em uma parte de vedação lateral periférica externa (9) do pino (2) em um lado de extremidade de tubo e uma em uma parte de vedação lateral periférica interna (10) da caixa (3) em um lado de extremidade de tubo, a junta roscada (1) compreende adicionalmente: um ressalto intermediário (C) formado entre as fileiras de rosca das roscas cônicas fêmea e macho, em que na parte de vedação lateral periférica externa (9) formada no pino (2) no lado de extremidade de tubo, uma área de seção transversal S1 (mm2) do pino (2) em um ponto de vedação (sp1) que é uma parte na superfície periférica externa de uma parte de nariz no lado de pino que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de caixa, e uma área de seção transversal S0 (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte de pino não processada (6), satisfazem a seguinte expressão (1), na parte de vedação lateral periférica interna (10) formada na caixa (3) no lado de extremidade de tubo, uma área de seção transversal S2 (mm2) da caixa (3) em um ponto de vedação (sp2), que é uma parte na superfície periférica interna da parte de extremidade de tubo no lado de caixa (3) que entra em contato com a superfície de vedação no primeiro lado de pino e uma área de seção transversal S0' (mm2) de uma parte de corpo de tubo, que é uma parte da caixa não processada (7), satisfazem a seguinte expressão (2), e uma área de superfície S3 (mm2) de uma parte de contato (8) do ressalto intermediário (C) e a área de seção transversal S0 (mm2) da parte de corpo de tubo, que é a parte de pino não processada, satisfazem a seguinte expressão (3), (S1/S0) x 100 ≥ 15 (%) (1) (S2/S0’) x 100 ≥ 20 (%) (2) (S3/S0) x 100 ≥ 10 (%) (3) em que o S1, o S0, o S2 e o S0’ satisfazem a seguinte expressão (4), (S1/S0) ≤ (S2/S0') (4).