BR112019023665A2 - Sistema de vedação curvilíneo - Google Patents

Abstract

um sistema de vedação conectando primeiro e segundo elementos tubulares inclui uma primeira superfície de vedação curvilínea no primeiro elemento tubular e uma segunda superfície de vedação curvilínea no segundo elemento tubular. tanto a primeira quanto a segunda superfícies de vedação curvilíneas são dispostas entre dois conjuntos de rosqueamento nos respectivos primeiro e segundo elementos tubulares. quando o primeiro e o segundo elementos tubulares estão em uma configuração conectada, a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas contatam e interferem para formar uma vedação central curvilínea anular. uma bolsa de alívio pode ser disposta adjacente à primeira e/ou à segunda superfícies de vedação curvilíneas para conter excesso de lubrificante entre o primeiro e o segundo elementos tubulares.

Description

SISTEMA DE VEDAÇÃO CURVILÍNEO

CAMPO TÉCNICO

[0001] O presente pedido se refere a conexões tubulares e, mais particularmente, a uma configuração de vedação de conexão tubular tendo superfícies curvilíneas em contato.

ANTECEDENTES

[0002] Esta seção se destina a apresentar vários aspectos da técnica que podem estar relacionados a vários aspectos das presentes técnicas, que são descritas e/ou reivindicadas abaixo. Acredita-se que esta discussão seja útil no fornecimento de informações básicas para facilitar uma melhor compreensão dos vários aspectos da presente divulgação. Por conseguinte, deve ser entendido que estas declarações serão lidas sob esta luz e não como admissões de técnica anterior. As descrições e os exemplos a seguir não são admitidos como técnica anterior em virtude de sua inclusão nesta seção.

[0003] A indústria de petróleo e gás está perfurando poços de produção a montante de profundidade e complexidade crescentes para encontrar e produzir hidrocarbonetos brutos. A indústria usa rotineiramente tubos de aço, considerados um Produto Tubular do País do Óleo (OCTG) para proteger o poço (isto é, o revestimento) e controlar os fluidos produzidos dentro do tubo (isto é, tubulação). Tal tubo, incluindo revestimento e tubulação, é fabricado e transportado em segmentos relativamente curtos e instalado no poço um segmento por vez, com cada segmento sendo conectado ao próximo. Como a busca por petróleo e gás levou as empresas a perfurar poços mais profundos, os tubos podem estar sujeitos a complexidade e magnitude de forças elevadas ao longo de sua vida útil no fundo de poço. As demandas da indústria cresceram por revestimento, tubulação e conectores tendo elevadas resistências a tração e pressão. Além disso, a área em desenvolvimento de poços desviados e horizontais exacerbou esta tendência, adicionando ainda cargas de torção elevadas como outro requisito para conectores de revestimento e tubulação.

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 8/39

2/19

[0004] Os conectores foram projetados com configurações de rosca, ressalto e vedação variáveis. Por exemplo, duas configurações gerais de rosca de conector incluem um conector roscado e acoplado e um conector integral. Um conector de rosca e acoplado inclui um pino (isto é, uma extremidade roscada macho) usinado em juntas relativamente longas do tubo e unidos pela caixa (isto é, uma extremidade roscada fêmea) usinada em um acoplamento relativamente curto. Um conector integral inclui um pino roscado em um tubo de comprimento total conectado a uma caixa roscada a outro tubo de comprimento total, e as extremidades do pino e da caixa podem ser roscadas em lados opostos de cada segmento de tubo de comprimento total, de modo que cada segmento possa ser conectado por um comprimento de um poço. Um tipo de combinação de ressalto e vedação inclui uma vedação de ressalto central que inclui uma seção de vedação em uma conexão disposta entre pelo menos duas porções roscadas. A seção de vedação de um pino ou uma caixa pode ter contato direto com a seção de vedação de outro pino ou outra caixa e pode funcionar para impedir a passagem de líquido ou gás através das roscas da conexão montada. Como a indústria exige conectores com resistência à tração, resistência à pressão e torque, etc. cada vez mais altos, as características gerais de conectores podem ser ainda projetadas e engenheiradas para atender a critérios de desempenho de fundo de poço.

SUMÁRIO

[0005] Este sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos que são descritos adicionalmente abaixo na descrição detalhada. Este sumário não se destina a identificar características chaves ou essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser usado como uma ajuda na limitação do escopo da matéria reivindicada.

[0006] Em uma modalidade, um sistema de vedação inclui um primeiro elemento tubular e um segundo elemento tubular. O primeiro elemento tubular inclui um primeiro conjunto de rosca e um segundo conjunto de rosca e uma primeira superfície de vedação curvilínea disposta axialmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas. O segundo elemento tubular inclui um terceiro conjunto de rosca e um quarto conjunto de rosca e uma segunda superfície de vedação curvilínea disposta axialmente entre o

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 9/39

3/19 terceiro e o quarto conjuntos de roscas. O primeiro elemento tubular e o segundo elemento tubular são configurados para conectar quando o primeiro conjunto de rosca engata com o terceiro conjunto de rosca e o segundo conjunto de rosca engata no quarto conjunto de rosca. A primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas são configuradas para interferir em uma região de interferência quando o primeiro e o segundo elementos tubulares conectam.

[0007] Algumas modalidades incluem um ou ambos de um primeiro recesso de alívio disposto no primeiro elemento tubular, entre o primeiro conjunto de rosca e a primeira superfície de vedação curvilínea e um segundo recesso de alívio disposto no segundo elemento tubular, entre o quarto conjunto de rosca e a segunda superfície de vedação curvilínea. Em algumas modalidades, o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto conjuntos de roscas compreendem roscas quadradas, roscas em cunha, roscas de passo variável ou combinações de diferentes geometrias de roscas. Em diferentes modalidades, a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas podem ter uma curva elíptica, uma curva circular, uma curva toroidal, uma curva de raio variável ou combinações de curvas destas curvas. A primeira e a segunda superfícies curvilíneas podem ter curvas idênticas ou geometrias de curvas diferentes. Além disso, em diferentes modalidades, a primeira e a segunda superfícies curvilíneas podem ser simétricas ou assimétricas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam. A região de interferência pode estar aproximadamente centralizada entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas, ou pode estar em qualquer ponto axial entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas. Em algumas modalidades, o sistema de vedação é configurado de modo que um eixo geométrico da vedação anular possa mudar sem formar descontinuidades na vedação anular.

[0008] Em outra modalidade, um método inclui mover um primeiro elemento tubular em relação a um segundo elemento tubular, de modo que uma extremidade de pino do primeiro elemento tubular entre e axialmente se sobreponha a uma extremidade de caixa do segundo elemento tubular. O método inclui ainda girar o primeiro elemento tubular em relação ao segundo elemento tubular, de modo que um primeiro enroscamento e um

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 10/39

4/19 segundo enroscamento no primeiro elemento tubular engatem em um terceiro enroscamento e um quarto enroscamento no segundo elemento tubular, respectivamente. O método envolve, então, conectar o primeiro elemento tubular ao segundo elemento tubular, de modo que uma primeira superfície curvilínea no primeiro elemento tubular entre o primeiro e o segundo enroscamento contate uma segunda superfície curvilínea no segundo elemento tubular entre o terceiro e o quarto enroscamento. Uma força de contato entre a primeira e a segunda superfícies curvilíneas forma uma vedação anular entre o primeiro e o segundo elementos tubulares.

[0009] Em algumas modalidades, a força de contato compreende uma força de compressão entre a primeira e a segunda superfícies curvilíneas. Além disso, em algumas modalidades, a força de contato compreende uma força radial se estendendo ao longo de uma dimensão anular entre o primeiro e o segundo elementos tubulares para formar a vedação anular.

[00010] Em algumas modalidades, a rotação do primeiro elemento tubular em relação ao segundo elemento tubular compreende deslocar lubrificante entre a extremidade de pino e a extremidade de caixa para pelo menos um de um primeiro recesso no primeiro elemento tubular entre a primeira rosca e a primeira superfície curvilínea e um segundo recesso no segundo elemento tubular entre a quarta rosca e a segunda superfície curvilínea.

[00011] Uma ou mais modalidades incluem uma conexão tendo uma vedação central curvilínea. A conexão inclui um primeiro elemento tubular tendo um primeiro conjunto de rosca e um segundo conjunto de rosca e uma primeira superfície curvilínea disposta axialmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas e um segundo elemento tubular tendo um terceiro conjunto de rosca e um quarto conjunto de rosca e uma segunda superfície curvilínea disposta axialmente entre o terceiro e o quarto conjuntos de roscas. O primeiro elemento tubular e o segundo elemento tubular se conectam quando o primeiro conjunto de rosca engata com o terceiro conjunto de rosca e o segundo conjunto de rosca engata com o quarto conjunto de rosca para resultar em força radial entre a primeira superfície curvilínea e a segunda superfície curvilínea.

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 11/39

5/19

[00012] Em algumas modalidades, o primeiro e o terceiro conjuntos de roscas têm geometrias de roscas em cunha, o segundo e o quarto conjuntos de roscas têm geometrias de roscas em cunha, ou o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto conjuntos de roscas têm geometrias de roscas em cunha.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00013] Modalidades das presentes técnicas são descritas com referência às figuras a seguir. Os mesmos números são usados em todas as figuras para fazer referência a características e componentes similares. Várias modalidades podem utilizar elementos e/ou componentes diferentes daqueles ilustrados nos desenhos e alguns elementos e/ou componentes podem não estar presentes em várias modalidades. Elementos e/ou componentes nas figuras não estão necessariamente desenhados em escala.

[00014] FIG. 1 é uma seção transversal parcial de um arranjo de vedação de ressalto central;

[00015] FIG. 2 é uma seção transversal parcial de outro arranjo de vedação de ressalto central;

[00016] FIG. 3 é uma seção transversal parcial de uma modalidade de uma vedação de ressalto central;

[00017] FIG. 4 é uma seção transversal parcial de outra modalidade de uma vedação de ressalto central;

[00018] FIG. 5 é uma seção transversal parcial de outra modalidade de uma vedação de ressalto central, na qual a localização do contato de vedação primário para lados opostos da conexão inclui roscas engatadas em um lado do ressalto central, mas carece de quaisquer roscas engatadas no outro lado do ressalto central;

[00019] FIG. 6 é uma seção transversal parcial de uma modalidade de uma vedação central tendo superfícies curvilíneas em contato;

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 12/39

6/19

[00020] FIG. 7A é um diagrama de seção transversal parcial de uma modalidade de uma superfície curvilínea em uma superfície de vedação central de um membro tubular;

[00021] FIG. 7B é uma vista expandida da porção curvilínea da superfície de vedação central representada na FIG. 7B.;

[00022] FIG. 7C é um diagrama de seção transversal parcial de uma modalidade de uma superfície de vedação central em que elemento tubulares opostos têm superfícies curvilíneas em contato; e

[00023] FIG. 8 é uma renderização em seção transversal parcial e em três quartos de elementos tubulares conectados tendo superfícies curvilíneas em contato em uma vedação central.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00024] FIG. 1 é uma conexão de vedação de ressalto central tendo cinco vedações de metal a metal: duas vedações de metal a metal nas bordas chanfradas externas da vedação de ressalto dupla travada 400, onde as superfícies de vedação 418 e 438 estão em contato e onde as superfícies de vedação 422 e 442 estão em contato; e três superfícies de folga zero no interior da vedação de ressalto dupla travada 400, uma 410 na superfície de parede onde superfícies cilíndricas de vedação contatam, outra superfície de folga zero onde a superfície de face anular do ressalto de pino 420 contata a superfície recortada da caixa 448 e outra superfície de folga zero onde a superfície de face do ressalto de caixa 440 contata a superfície recortada de pino 428. Assim, a vedação de ressalto central 400 forma uma vedação metal a metal de encaixe próximo tendo superfícies de vedação metal a metal combinadas que permitem um acúmulo de energia armazenada dentro da vedação mediante aperto mecânico da conexão montada, de modo que mediante a aplicação de várias cargas no tubo e também na conexão, a vedação continuará a trabalhar e manter o engate de vedação. Notavelmente, todas as vedações metal a metal são formadas dentro do espaço axial 450 entre os conjuntos de faces anulares em contato do ressalto central e as vedações metal a metal nas bordas chanfradas externas da vedação de ressalto 400, cada um dos quais exibe

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 13/39

7/19 forças radiais, está localizado imediatamente adjacente a um respectivo dos conjuntos de faces anulares em contato.

[00025] FIG. 2 é uma conexão de vedação de ressalto central tendo pelo menos duas e até sete vedações de metal a metal estabelecidas entre os elementos de pino e caixa. Três das sete vedações são vedações frustocônicas. Uma primeira vedação frustocônica 120 é formada por engate das superfícies frustocônicas do pino e da caixa no lado radialmente externo do ressalto central e uma segunda vedação frustocônica interna 122 é formada entre as superfícies frustocônicas do pino e da caixa no lado radialmente interno do ressalto central. A terceira vedação frustocônica é uma vedação frustocônica central 124 formada entre as superfícies frustocônicas centrais de pino e de caixa intermediárias. Duas vedações de ressalto anular são formadas. Uma primeira vedação de ressalto anular interna 126 uma segunda vedação de ressalto anular externa 128, cada uma engatada por superfícies anulares dos elementos de pino e caixa. Também são formadas duas vedações cilíndricas. Uma primeira vedação cilíndrica externa 130 é formada pelo engate de superfícies cilíndricas de vedação externas de pino e caixa no lado radialmente externo e uma segunda vedação cilíndrica interna 132 é formada pelo engate de superfícies cilíndricas de vedação de pino e caixa no lado radialmente interno. Notavelmente, este arranjo também coloca cada uma das vedações de metal a metal que são expostas a forças radiais e de aro significativas (isto é, vedações de contato 122 e 120) imediatamente adjacentes a um respectivo conjunto dos conjuntos de faces anulares de contato (isto é, nas vedações de contato anulares 126 e 128) e da mesma forma dentro do espaço axial 150 entre as duas vedações de ressalto anulares.

[00026] Com referência à FIG. 3, uma seção transversal parcial de uma conexão de ressalto central 200 entre dois elementos tubulares 202 e 204 é mostrada. O elemento tubular 202 forma a porção de pino da conexão e o elemento tubular 204 forma a extremidade de caixa da conexão. Uma linha central axial da conexão é mostrada em 206 e é reconhecido que uma seção transversal completa da conexão de ressalto central incluiría uma imagem de espelho dos componentes no lado oposto da linha de centro axial (isto é, abaixo da linha de centro 206 na FIG. 3).

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 14/39

8/19

[00027] Uma configuração de vedação no elemento tubular 202 inclui uma ranhura anular 208 e um dente anular 210. A ranhura anular 208 é definida por uma superfície recortada 212 virada radialmente para dentro (isto é, virada em direção à linha de centro 206), uma face de ressalto anular adjacente 214 e uma superfície virada radialmente para fora adjacente 216. O dente anular é definido pela superfície recortada virada radialmente para dentro 212, uma face de dente anular 218 e uma superfície virada radialmente para fora 220. Na modalidade ilustrada, a superfície 216 inclui um raio de canto que faz a transição para a face de ressalto 214 e a superfície 220 inclui um raio de canto que faz a transição para a face de dente 218.

[00028] Uma configuração de vedação no elemento tubular 204 inclui uma ranhura anular 222 e um dente anular 224. A ranhura anular 222 é definida por uma superfície recortada virada radialmente para fora 226, uma face de ressalto anular adjacente 228 e uma superfície virada radialmente para dentro adjacente 230. O dente anular 224 é definido pela superfície recortada virada radialmente para fora 226, uma face de dente anular 232 e uma superfície virada radialmente para dentro 234. Na modalidade ilustrada, a superfície 230 inclui um raio de canto que faz a transição para a face de ressalto 228 e a superfície 234 inclui um raio de canto que faz a transição para a face de dente 232.

[00029] FIG. 3 mostra a conexão na condição montada, na qual o dente anular 224 é posicionado dentro da ranhura anular 208 com a face de dente anular 232 engatando na face de ressalto anular 214 para definir um ressalto que é representado pelo plano de ressalto 236. Da mesma forma, o dente anular 210 é posicionado dentro da ranhura anular 222 com a face de dente anular 218 engatando na face de ressalto anular 228 para definir outro ressalto que é representado pelo plano de ressalto 238. Na modalidade ilustrada, as superfícies recortadas 212 e 226 também engatam entre si, o que pode agir como um local de vedação adicional, como podem os ressaltos engatados. Em lados axiais opostos da conexão, as seções roscadas engatadas ou os elementos tubulares também são mostrados esquematicamente em 260 e 262.

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 15/39

9/19

[00030] Como ilustrado, folga pode ser fornecida entre a superfície virada radialmente para fora 216 e a superfície virada radialmente para dentro 234 na vizinhança do plano de ressalto 236. A localização do contato de vedação primário entre a superfície virada radialmente para fora 216 e a superfície virada radialmente para dentro 234, cuja localização é mostrada na FIG. 3 em 240, é afastada axialmente do plano de ressalto 236 para definir uma área de contato de vedação de metal a metal 242 (representada pela interferência das superfícies mostradas em hachura cruzada) que é afastada axialmente do plano de ressalto 236. Como aqui utilizada, a terminologia “localização de contato de vedação primário” entre duas superfícies especificadas significa a localização da pressão de contato máxima entre as duas superfícies. Assim, a título de exemplo, em algumas modalidades, as superfícies 216 e 234 podem fazer ligeiro contato entre si na vizinhança do plano de ressalto 236 (por exemplo, dentro de uma região axial 246 entre os planos de ressalto 236 e 238) enquanto, ao mesmo tempo, a localização do contato de vedação primário entre as superfícies 216 e 234 é espaçada mais longe do plano de ressalto 236. Geralmente, a localização da pressão de contato máxima e, assim, a localização de contato de vedação primária, ocorrerá próximo da localização de interferência máxima entre as superfícies.

[00031] Folga também pode ser fornecida entre a superfície virada radialmente para dentro 230 e a superfície virada radialmente para fora 220 na vizinhança do plano de ressalto 238 ou, como observado acima, apenas ligeiro contato entre as superfícies pode ocorrer na vizinhança do plano de ressalto 238. Independentemente, a localização do contato de vedação primária entre a superfície virada radialmente para dentro 230 e a superfície virada radialmente para fora 220, cuja localização é mostrada na FIG. 3 em 243, é afastada axialmente do plano de ressalto 238 para definir uma área de contato de vedação metal a metal 244 (representada pela interferência das superfícies mostradas em hachura cruzada) que é afastada axialmente do plano de ressalto 238. Notavelmente, no caso de ambas as áreas de contato de vedação primária 242 e 244 da modalidade ilustrada, a localização do contato de vedação primária está localizada fora da região axial 246 da conexão definida entre os dois planos de ressalto 236 e 238.

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 16/39

10/19

[00032] A localização exata do contato de vedação primária entre as superfícies (por exemplo, 216 e 234 ou 220 e 230) pode variar com base em vários fatores, incluindo o limite de torque necessário na conexão, bem como a espessura e o diâmetro da conexão tubular.

[00033] A título de exemplo: a localização do contato de vedação primária 240 pode ser afastada axialmente do plano de ressalto 236 entre cerca de 25 milésimos de uma polegada e cerca de uma polegada; a localização do contato de vedação primária 243 pode ser afastada axialmente do plano de ressalto 238 entre cerca de 25 milésimos de uma polegada e cerca de uma polegada; a região axial 246 pode se estender entre cerca de 20 milésimos de uma polegada e cerca de 250 milésimos de uma polegada; um espaçamento radial entre a superfície virada radialmente para fora 216 e a superfície virada radialmente para fora 220 no plano de ressalto 236 pode estar entre cerca de 40 milésimos de uma polegada e cerca de 500 milésimos de uma polegada; e um espaçamento radial entre a superfície virada radialmente para dentro 230 e a superfície virada radialmente para dentro 234 no plano de ressalto 238 pode estar entre cerca de 40 milésimos de uma polegada e cerca de 500 milésimos de uma polegada.

[00034] Na modalidade ilustrada, cada uma das superfícies 216, 220, 230 e 234 é mostrada como superfícies curvilíneas. Tais superfícies curvilíneas podem, a título de exemplo, quando consideradas em duas dimensões ao longo de um plano que se estende através de e passa paralelamente ao eixo geométrico central 206 da conexão, incluir curvas elípticas, curvas circulares, curvas de raio variável de qualquer tipo adequado (por exemplo, raio de curva geralmente entre cerca de 0,5 polegada e cerca de 15 polegadas para vedação mais eficaz), ou combinações dos mesmos, e as formas de superfície 3-D correspondentes produzidas mediante rotação de qualquer curva desse tipo em torno do eixo geométrico central 206 da conexão. No entanto, é reconhecido que as superfícies não precisam ser totalmente curvilíneas ou, nesse caso, absolutamente curvilíneas. Por exemplo, em uma versão modificada possível da modalidade da FIG. 3, as superfícies 220 e 234 permanecem curvilíneas, mas as superfícies 216 e 230 são feitas frustocônicas, de modo que cada localização do contato

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 17/39

11/19 de vedação primária 240 e 243 seja feita com relação a uma interferência entre uma superfície curvilínea e uma superfície frustocônica.

[00035] Com referência à modalidade alternativa mostrada na FIG. 4, uma modalidade de uma configuração de vedação de ressalto central 300 com linha de centro axial 306, na qual as vedações de contato de metal a metal primárias não são formadas por porções de superfície curvilíneas é mostrada. Nesta disposição, a extremidade de pino no elemento tubular 302 inclui uma ranhura anular 308 e um dente anular 310. A ranhura anular 308 é definida por uma superfície recortada 312 virada radialmente para dentro (isto é, virada em direção à linha de centro 306), uma face de ressalto anular adjacente 314 e uma superfície virada radialmente para fora adjacente 316. O dente anular é definido pela superfície recortada virada radialmente para dentro 312, uma face de dente anular 318 e uma superfície virada radialmente para fora 320. A extremidade de caixa no elemento tubular 304 inclui uma ranhura anular 322 e um dente anular 324. A ranhura anular 322 é definida por uma superfície recortada virada radialmente para fora 326, uma face de ressalto anular adjacente 328 e uma superfície virada radialmente para dentro adjacente 330. O dente anular 324 é definido pela superfície recortada virada radialmente para fora 326, uma face de dente anular 332 e uma superfície virada radialmente para dentro 334.

[00036] A superfície 316 inclui a porção cilíndrica 316 a e a porção frustocônica 316 b, enquanto a superfície 334 inclui a porção cilíndrica 334 a e a porção frustocônica 334 b. Folga pode ser fornecida entre as porções de superfície 316 a e 334 a, mas as porções frustocônicas 316 b e 334 b interferem de maneira a produzir uma localização do contato de vedação primária 340 que é axialmente espaçada do plano de ressalto 336, representado pela área de contato de interferência 342. A superfície 320 inclui porção cilíndrica 320 a e porção frustocônica 320 b, enquanto a superfície 330 inclui a porção cilíndrica 330 a e a porção frustocônica 330 b. Folga pode ser fornecida entre as porções de superfície 320 a e 330 a, mas as porções frustocônicas 320 b e 330 b interferem de maneira a produzir uma localização do contato de vedação primária 343 que é axialmente espaçada do plano de ressalto 338, representado pela área de contato de

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 18/39

12/19 interferência 344. Para ser mais eficaz, o ângulo cônico de cada porção frustocônica 316 b, 334 b, 320 b, 330 b em relação ao eixo geométrico central 306 da conexão (por exemplo, representado em um caso na FIG. 4 pelo ângulo Θ em relação à linha 321 que passa paralela ao eixo geométrico central 306), bem como o ângulo cônico de outras modalidades que incorporam porções de superfície frustocônicas, pode estar entre cerca de 1^o e cerca de 7^o. As seções roscadas engatadas 360 e 362 em lados axiais opostos do ressalto central também são mostradas. As localizações axiais das vedações e a espessura radial dos elementos tubulares podem ser semelhantes àquelas mencionadas acima em relação à modalidade da FIG. 3.

[00037] Com referência agora à FIG. 5, uma modalidade de uma configuração de vedação de ressalto central 500 com linha de centro axial 506 na qual um lado da conexão carece de roscas engatadas é mostrada. Nesta disposição, a extremidade de pino no elemento tubular 502 inclui uma ranhura anular 508 e um dente anular 510. Como nas modalidades anteriores, a ranhura anular 508 é definida por uma superfície recortada virada radialmente para dentro (isto é, virada em direção à linha de centro 506), uma face de ressalto anular adjacente 514 e uma superfície virada radialmente para fora adjacente 516. O dente anular 510 é definido pela superfície recortada virada radialmente para dentro, uma face de dente anular 518 e uma superfície virada radialmente para fora 520. A extremidade de caixa no elemento tubular 504 inclui uma ranhura anular 522 e um dente anular 524. A ranhura anular 522 é definida por uma superfície recortada virada radialmente para fora, uma face de ressalto anular adjacente 528 e uma superfície virada radialmente para dentro adjacente 530. O dente anular 524 é definido pela superfície recortada virada radialmente para fora, uma face de dente anular 532 e uma superfície virada radialmente para dentro 534.

[00038] Na modalidade ilustrada, a superfície 516 e a superfície 534 são configuradas de modo que a localização do contato de vedação primária 540 seja afastada da região axial 546 entre os planos de ressalto 536 e 538 do que a localização do contato de vedação primária 543 entre as superfícies 520 e 530. Nesta disposição, a localização do contato de vedação primária 540 pode ser afastada axialmente do plano de ressalto 536

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 19/39

13/19 entre cerca de 25 milésimos de uma polegada e cerca de duas polegadas; a localização do contato de vedação primária 543 pode ser afastada axialmente do plano de ressalto 538 entre cerca de 25 milésimos de uma polegada e cerca de uma polegada; a região axial 546 pode se estender entre cerca de 20 milésimos de uma polegada e cerca de 250 milésimos de uma polegada; um espaçamento radial entre a superfície virada radialmente para fora 516 e a superfície virada radialmente para fora 520 no plano de ressalto 536 pode estar entre cerca de 40 milésimos de uma polegada e cerca de 500 milésimos de uma polegada; e um espaçamento radial entre a superfície virada radialmente para dentro 530 e a superfície virada radialmente para dentro 534 no plano de ressalto 538 pode estar entre cerca de 40 milésimos de uma polegada e cerca de 500 milésimos de uma polegada. Neste caso, a localização do contato de vedação primária 540 estará geralmente dentro de 1,75 polegadas da região axial 546.

[00039] As superfícies 516 e 534 incluem respectivas porções de superfície cilíndricas 516A e 534A com folga fornecida. A porção de superfície 516A é seguida por uma porção de superfície curvilínea 516B e a porção de superfície 534A é seguida por uma porção de superfície frustocônica 534B, com a localização do contato de vedação primária 540 ocorrendo entre as porções 516B e 534B. A superfície 530 inclui uma porção frustocônica 530A, seguida por outra porção frustocônica mais íngreme 530B e a superfície 520 inclui uma porção curvilínea 520A que transita para uma porção cilíndrica 520B. A localização do contato de vedação primária é entre a porção de superfície 530A e a porção de superfície 520A. Nota-se que outras variações de superfície são possíveis como discutido anteriormente. As seções roscadas engatadas 562 estão localizadas em um lado do ressalto central, especificamente o lado que está mais próximo do diâmetro externo da conexão, enquanto o lado oposto da conexão carece de roscas engatadas. Notavelmente, neste lado oposto da conexão, uma folga 550 pode ser fornecida entre a face de ressalto de nariz de pino e a face de ressalto de caixa, como mostrado, para impedir que a seção de nariz de pino ceda devido ao torque, compressão e expansão do material a altas temperaturas. As faces podem, no entanto, entrar em contato, tal como em acréscimo, durante a compressão ou durante a expansão do material. Também é

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 20/39

14/19 mostrado um recesso de alívio de lubrificante 560 na superfície 530 do elemento de caixa 504 que absorverá excesso de lubrificante de rosca à medida que a conexão for concluída.

[00040] A configuração da FIG. 5 pode ser útil em conexão com tubulares utilizados nos mercados geotérmicos, tal como mercado de drenagem por gravidade assistida por vapor. Embora a modalidade da FIG. 5 careça de qualquer seção roscada engatada em um lado da conexão, é reconhecido que variações são possíveis, incluindo implementações nas quais uma seção roscada engatada também é fornecida no lado da conexão que inclui a localização do contato de vedação primária 540 que é espaçada ainda mais da região de ressalto axial 546.

[00041] Modalidades das presentes técnicas incluem uma vedação central de uma conexão tubular tendo superfícies curvilíneas em contato. Embora as técnicas anteriores tenham envolvido uma configuração de dente e ranhura para produzir a vedação de ressalto central, as presentes técnicas não envolvem necessariamente uma vedação de dente e ranhura central. Um sistema de vedação curvilínea central produz uma vedação anular em uma conexão tubular entre duas superfícies curvilíneas aproximadamente centralizadas entre dois conjuntos de roscas. Esse sistema pode resultar em uma conexão de vedação mais robusta em comparação com as técnicas anteriores. Por exemplo, pode ser mais difícil produzir uma vedação entre o dente e a ranhura de uma conexão tubular devido às formas precisas do dente e da ranhura. Adicionalmente, técnicas de vedação anteriores podem ser suscetíveis a forças e torque de fundo de poço ou operacionais que podem danificar uma conexão de dente e ranhura.

[00042] A vedação anular formada no sistema de vedação curvilínea central pode ser relativamente mais flexível. Por exemplo, forças inesperadas podem fazer com que uma vedação anular de uma vedação curvilínea central se desloque ou se ajuste, em vez de dobrar ou quebrar. Como ambas as superfícies de vedação de contato têm geometrias curvas, dobras ou torções podem resultar em deslocamentos na região de interferência entre as superfícies curvilíneas de contato de dois elementos tubulares conectados. Devido às geometrias de duas superfícies curvilíneas formando um sistema de vedação

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 21/39

15/19 curvilínea, o sistema de vedação curvilínea pode manter uma vedação anular entre dois elementos tubulares conectados, mesmo se um comprimento de múltiplas conexões for submetido a dobras, torções, torque e/ou torção, em que um eixo geométrico da vedação anular pode mudar sem formar descontinuidades na vedação curvilínea anular.

[00043] FIG. 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de vedação curvilínea 600 tendo uma geometria de superfície curvilínea, em que um pino 602 de um componente tubular e uma caixa 612 de outro componente tubular têm cada um uma geometria de superfície curvilínea configurada para formar uma vedação curvilínea. O pino 602 tem um primeiro conjunto de rosqueamento 606, um segundo conjunto de rosqueamento 608 e uma superfície de vedação central 604 é axialmente disposta entre os primeiros 606 e segundos 608 conjuntos de rosqueamento. Da mesma forma, a caixa 612 tem um primeiro conjunto de rosqueamento 616, um segundo conjunto de rosqueamento 618 e uma superfície de vedação central 614 disposta axialmente entre os primeiros 616 e segundos 618 conjuntos de rosqueamento. Os primeiro e segundos conjuntos de rosqueamento do sistema de vedação curvilínea 600 podem incluir roscas de cunha, roscas quadradas, roscas de passo variável, uma combinação de roscas ou qualquer outra geometria de rosca ou combinação de geometrias de roscas adequadas para uso com a vedação central curvilínea da técnicas atuais. Por exemplo, uma rosca quadrada pode incluir roscas tendo uma geometria de rosca quadrada ou quase quadrada com afunilamento e substancialmente nenhum ângulo de flanco. Uma rosca de cunha pode incluir roscas tendo uma forma de “cauda de andorinha” em que a geometria de rosca aumenta na largura de rosca na dimensão radial entre um elemento de pino e o elemento de caixa. Em algumas modalidades, uma bolsa de alívio 610, 620 é disposta axialmente adjacente à superfície de vedação central no pino 602 de um componente tubular e/ou na caixa 612 do outro componente tubular.

[00044] Um conjunto de diagramas de seção transversal parcial de uma ou mais modalidades de um sistema de vedação curvilínea é fornecido nas FIGS. 7A-C, em que a FIG. 7A é um diagrama de seção transversal simplificado de um componente tubular 702 tendo uma superfície de vedação curvilínea 704 e uma bolsa de alívio 710 disposta

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 22/39

16/19 entre duas regiões de rosqueamento 706 e 708. As regiões de rosqueamento 706 e 708 foram simplificadas sem representar nenhuma geometria de rosca, pois qualquer geometria de rosca pode ser compatível com as presentes técnicas. FIG. 7B é um diagrama expandido da superfície de vedação curvilínea 704 e da bolsa de alívio 710 representada na FIG. 7A Modalidades da superfície de vedação curvilínea 704 incluem superfícies curvilíneas que podem ser um arco, uma curva ou uma porção de uma geometria elíptica, circular, esférica ou de outro modo curvilínea. A superfície de vedação curvilínea 704 pode ter uma curva elíptica, uma curva circular ou esférica, uma curva tendo um raio variável ou uma combinação de curvas diferentes. Por exemplo, em uma modalidade, uma superfície curvilínea 704 pode ter uma curva elíptica em combinação com uma curva circular. A superfície de vedação curvilínea 704 pode ser convexa em relação a uma linha de passo linear 712, representada como uma linha pontilhada na FIG. 7B, do componente tubular 702 entre as duas regiões da rosqueamento 706 e 708. Em algumas modalidades, o raio de curva efetivo para uma superfície de vedação curvilínea está entre 0,5 polegada e 50 polegadas.

[00045] FIG. 7C é um diagrama de seção transversal simplificado de uma vista expandida (como na FIG. 7B) de uma conexão, onde componentes tubulares opostos 702 e 714 têm cada um uma superfície de vedação central curvilínea 704 e 716 interferindo entre si, formando uma região de interferência 720 e também pode ser referida como uma vedação central curvilínea 720. Em algumas modalidades, quando os dois componentes tubulares 702 e 714 são conectados, as superfícies de vedação curvilíneas 704 e 716 engatam e a área de contato das superfícies de vedação curvilíneas 704 e 716 da vedação central pode ser referida como uma interferência 720 da duas superfícies. A interferência pode ser uma região em que duas superfícies são projetadas para se sobrepor ou se interceptar, de modo que, quando duas superfícies interferentes são engatadas, elas formam uma área de contato interferente. Quando esta área de contato interferente se estende sobre uma dimensão anular entre dois componentes tubulares, a área de contato interferente pode formar uma vedação entre os dois componentes tubulares. Em algumas modalidades, a força de contato na região

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 23/39

17/19 de interferência 720 pode incluir uma força de compressão entre as superfícies de vedação 704 e 716. A força de contato na região de interferência 720 também pode ser descrita como uma força radial se estendendo ao longo de uma dimensão anular entre os componentes tubulares 702 e 714 para formar a vedação anular.

[00046] Em algumas modalidades, a primeira e a segunda superfícies curvilíneas podem ter geometrias de curva idênticas ou diferentes. Em algumas modalidades, a primeira e a segunda superfícies curvilíneas têm raios de curva aproximadamente simétricos quando o primeiro e o segundo elementos tubulares estão em uma configuração conectada. No entanto, em algumas modalidades, a primeira e a segunda superfícies curvilíneas podem ser deslocadas ou podem ter curvas diferentes e/ou não simétricas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares estão conectados.

[00047] Numa modalidade, a superfície de vedação curvilínea no primeiro e no segundo elementos tubulares pode estar aproximadamente no ponto central entre o primeiro e o segundo conjuntos de rosqueamento. Além disso, em algumas modalidades, a interferência pode estar aproximadamente no centro da primeira e da segunda superfícies de vedação curvilíneas. Por exemplo, a interferência entre as duas superfícies de vedação curvilíneas pode estar dentro de 1 polegada de cada lado do ponto central entre os dois conjuntos de rosqueamento. Em diferentes modalidades, a superfície de vedação curvilínea pode estar localizada e configurada de modo que a superfície de vedação curvilínea e/ou o ponto de interferência possam estar em qualquer ponto ao longo do comprimento do conector, entre o primeiro e o segundo conjuntos de rosqueamento. Por exemplo, em uma modalidade, o ponto de interferência pode estar mais próximo de um conjunto de rosqueamento que o outro. Modalidades tendo diferentes locais de interferência podem ser mais adequadas para diferentes ambientes tendo diferentes fatores e requisitos (por exemplo, requisitos de torque).

[00048] Como representado na FIG. 7C, um elemento de pino e caixa pode ter cada um uma bolsa de alívio 710, 718, respectivamente, disposta axialmente da primeira e da segunda superfícies de vedação curvilíneas 704, 716. A bolsa de alívio 710, 718 pode ser dimensionada e estar localizada para conter lubrificante de rosca (também conhecido

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 24/39

18/19 como lubrificante) que é deslocado quando um elemento de pino e caixa se juntam em uma configuração conectada. A contenção do lubrificante de rosca pode reduzir a pressão do lubrificante, que pode de outro modo ficar preso em outras folgas ou recessos da conexão. Em algumas modalidades, uma bolsa de alívio pode ser disposta a uma distância de aproximadamente 0,025 polegada a 0,500 polegada de distância de uma superfície de vedação curvilínea. Além disso, embora duas bolsas de alívio estejam dispostas de maneira oposta, axialmente adjacentes à vedação central, as modalidades da presente divulgação incluem diferentes configurações e colocações das bolsas de alívio. Por exemplo, em algumas modalidades, uma bolsa de alívio do pino pode ser alinhada com uma bolsa de alívio da caixa uma vez que o primeiro e o segundo elementos tubulares sejam conectados. Em outras modalidades, apenas uma bolsa de alívio (por exemplo, apenas uma em um elemento de caixa ou apenas uma em um elemento de pino) pode ser usada ou nenhuma bolsa de alívio pode ser usada.

[00049] FIG. 8 é uma renderização em seção transversal parcial e em três quartos de elementos tubulares conectados 802, 804 tendo superfícies curvilíneas de contato em uma vedação central 806. Em algumas modalidades, uma superfície de vedação curvilínea pode ser aproximadamente centralizada entre os dois conjuntos de roscas 808, 810 de uma extremidade de pino 802 e entre os dois conjuntos de roscas 812, 814 de uma extremidade de caixa 804. Além disso, em algumas modalidades, a interferência das superfícies de vedação curvilíneas de contato entre a extremidade de pino e a extremidade de caixa forma uma vedação anular na conexão tubular que pode ser aproximadamente centralizada entre as roscas externas engatadas do pino e da caixa. Em algumas modalidades, o sistema de vedação curvilínea pode ser configurado de modo que forças inesperadas possam fazer com que a vedação anular se desloque ou se ajuste, de modo que o eixo geométrico da vedação anular nem sempre seja estacionário. Um sistema de vedação curvilínea adequado para deslocar ou ajustar pode ser mais fácil de operar e mais robusto do que técnicas anteriores, pois a vedação central pode ser mantida sob várias condições.

Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 25/39

19/19

[00050] Muitas modificações e outras implementações aqui estabelecidas serão aparentes tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Portanto, é para ser entendido que os sistemas e métodos descritos neste documento não serão limitados às implementações específicas divulgadas e que modificações e outras implementações se destinam a ser incluídas no escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados em um sentido genérico e descritivo e não para fins de limitação.

Claims (20)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema de vedação, caracterizado pelo fato de que compreende:

   um primeiro elemento tubular tendo um primeiro conjunto de rosca e um segundo conjunto de rosca e uma primeira superfície de vedação curvilínea disposta axialmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas; e um segundo elemento tubular tendo um terceiro conjunto de rosca e um quarto conjunto de rosca e uma segunda superfície de vedação curvilínea disposta axialmente entre o terceiro e o quarto conjuntos de roscas;

   em que o primeiro elemento tubular e o segundo elemento tubular são configurados para conectar quando o primeiro conjunto de rosca engata no terceiro conjunto de rosca e o segundo conjunto de rosca engata no quarto conjunto de rosca; e em que a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas são configuradas para interferir em uma região de interferência quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam.
2. 2. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um primeiro recesso de alívio disposto no primeiro elemento tubular entre o primeiro conjunto de rosca e a primeira superfície de vedação curvilínea e um segundo recesso de alívio disposto no primeiro elemento tubular entre a superfície de vedação curvilínea e o segundo recesso de alívio, ou ambos o primeiro recesso de alívio e o segundo recesso de alívio.
3. 3. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um terceiro recesso de alívio disposto no segundo elemento tubular entre o quarto conjunto de rosca e a segunda superfície de vedação curvilínea, um quarto recesso de alívio disposto no segundo elemento tubular entre a segunda superfície de vedação curvilínea e o terceiro conjunto de rosca, ou ambos o terceiro recesso de alívio e o quarto recesso de alívio.
4. 4. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto conjuntos de roscas compreendem

   Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 27/39

   2/4 roscas quadradas, roscas de cunha, roscas de passo variável ou combinações dos mesmos.
5. 5. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma geometria da primeira e da segunda superfícies de vedação curvilíneas compreende uma curva elíptica, uma curva circular, uma curva toroidal, uma curva de raio variável ou combinações de curvas das mesmas.
6. 6. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas compreendem um raio de curva entre 0,5 polegada a 50 polegadas.
7. 7. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas são simétricas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam.
8. 8. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas são assimétricas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam.
9. 9. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda superfícies de vedação curvilíneas têm cada qual geometrias de curvas diferentes.
10. 10. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de interferência é aproximadamente axialmente centralizada entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam.
11. 11. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de interferência está mais próxima do primeiro e do terceiro conjuntos de roscas do que do segundo e do quarto conjuntos de roscas quando o primeiro e o segundo elementos tubulares se conectam.
12. 12. Sistema de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de interferência forma uma vedação anular entre o primeiro e o segundo elemento tubulares, em que o sistema de vedação é configurado de modo que um eixo

    Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 28/39

    3/4 geométrico da vedação anular possa mudar sem formar descontinuidades na vedação anular.
13. 13. Método, caracterizado pelo fato de que compreende:

    mover um primeiro elemento tubular em relação a um segundo elemento tubular, de modo que uma extremidade de pino do primeiro elemento tubular entre e axialmente se sobreponha a uma extremidade de caixa do segundo elemento tubular;

    girar o primeiro elemento tubular em relação ao segundo elemento tubular, de modo que um primeiro enroscamento e um segundo enroscamento no primeiro elemento tubular engatem em um terceiro enroscamento e um quarto enroscamento no segundo elemento tubular, respectivamente; e conectar o primeiro elemento tubular ao segundo elemento tubular, de modo que uma primeira superfície curvilínea no primeiro elemento tubular entre o primeiro e o segundo enroscamento contate uma segunda superfície curvilínea no segundo elemento tubular entre o terceiro e o quarto enroscamento;

    em que uma força de contato entre a primeira e a segunda superfícies curvilíneas forma uma vedação anular entre o primeiro e o segundo elementos tubulares.
14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a rotação do primeiro elemento tubular em relação ao segundo elemento tubular compreende deslocar lubrificante entre a extremidade de pino e a extremidade de caixa para pelo menos um de um primeiro recesso no primeiro elemento tubular entre a primeira rosca e a primeira superfície curvilínea e um segundo recesso no segundo elemento tubular entre a quarta rosca e a segunda superfície curvilínea.
15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a força de contato compreende uma força de compressão entre a primeira e a segunda superfícies curvilíneas.
16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a força de contato compreende uma força radial se estendendo ao longo de uma dimensão anular entre o primeiro e o segundo elementos tubulares para formar a vedação anular.
17. 17. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que conectar o primeiro elemento tubular ao segundo elemento tubular compreende contatar

    Petição 870190115692, de 11/11/2019, pág. 29/39

    4/4 a primeira superfície curvilínea com a segunda superfície curvilínea em um ponto de contato mais próximo da primeira e da terceira roscas do que da segunda e da quarta roscas.
18. 18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que conectar o primeiro elemento tubular ao segundo elemento tubular compreende contatar a primeira superfície curvilínea com a segunda superfície curvilínea em um ponto de contato centrado axialmente entre a primeira e a segunda roscas.
19. 19. Conexão tendo uma vedação central curvilínea, a conexão caracterizada pelo fato de que compreende:

    um primeiro elemento tubular tendo um primeiro conjunto de rosca e um segundo conjunto de rosca e uma primeira superfície curvilínea disposta axialmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de roscas; e um segundo elemento tubular tendo um terceiro conjunto de rosca e um quarto conjunto de rosca e uma segunda superfície curvilínea disposta axialmente entre o terceiro e o quarto conjuntos de roscas;

    em que o primeiro elemento tubular e o segundo elemento tubular se conectam quando o primeiro conjunto de rosca engata no terceiro conjunto de rosca e o segundo conjunto de rosca engata no quarto conjunto de rosca para resultar em força radial entre a primeira superfície curvilínea e a segunda superfície curvilínea.
20. 20. Conexão, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que o primeiro e o terceiro conjuntos de roscas compreendem geometrias de roscas de cunha, o segundo e o quarto conjuntos de roscas compreendem geometrias de roscas de cunha, ou o primeiro, segundo, terceiro e quarto conjuntos de roscas têm geometrias de rosca de cunha.