BR112020020412A2

BR112020020412A2 - Dispositivo para uma porção da caixa de acoplamento de um tubo de aço destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular

Info

Publication number: BR112020020412A2
Application number: BR112020020412-9A
Authority: BR
Inventors: Fabio Yoshida Schneider Da Silva; Alastair John BRODIE
Original assignee: Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2021-01-12
Also published as: WO2019206873A1; RU2020133963A; EP3784869A1; US20210032939A1; JP2021522430A; CA3095698A1; AR114842A1; CN112055774A; EP3561218A1; MX2020011292A

Abstract

dispositivo para uma porção da caixa de acoplamento de um tubo de aço destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular. a presente invenção refere-se a este dispositivo (2) para uma porção da caixa de acoplamento (20) de um tubo de aço (4) destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular que inclui uma porção de luva cilíndrica (28) definindo uma cavidade interna (60) destinada a receber a porção da caixa de acoplamento (20). o dispositivo de proteção (2) é configurado para envolver a porção da caixa de acoplamento (20).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA UMA PORÇÃO DA CAIXA DE ACOPLAMENTO

DE UM TUBO DE AÇO DESTINADO AO USO EM UMA COLUNA DE TRABALHO DE HIDROCARBONETO TUBULAR".

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para uma porção da caixa de acoplamento de um tubo de aço destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular e a um tubo de aço equipado com tal dispositivo. Mais particularmente, o dispositivo é um dispositivo de proteção para uma porção da caixa de acoplamento e/ou uma braçadeira de acoplamento cruzado para uma porção da caixa de acoplamento.

[0002] Uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular geralmente consiste em uma pluralidade de tubos fixados um a um. Mais especificamente, uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular para poços de hidrocarbonetos ou poços semelhantes geralmente inclui uma coluna de tubulação e várias colunas de revestimento. A coluna de tubulação consiste em uma pluralidade de tubos de completação acomodados dentro da coluna de revestimento. A coluna de revestimento consiste em uma pluralidade de tubos de revestimento dispostos dentro do orifício de perfuração do poço. Os tubos de revestimento têm uma seção transversal de diâmetro maior do que os tubos de completação e circundam os tubos de completação. Na parte inferior da coluna de revestimento, os tubos de revestimento também são chamados de tubos de forro.

[0003] Dois tubos de uma coluna podem ser presos por junta roscada. Uma junta roscada típica para conectar um primeiro tubo a um segundo tubo pode incluir uma porção roscada macho formada na superfície periférica externa do primeiro tubo e uma porção roscada fêmea formada na superfície periférica interna do segundo tubo. As porções roscadas cooperam de modo a ligar o primeiro tubo ao segundo tubo, formando assim uma junta roscada.

[0004] Outro tipo conhecido de junta roscada pode incluir uma caixa de acoplamento para fixar um primeiro tubo e um segundo tubo. Cada tubo inclui um tubo tendo, em ambas as suas extremidades, uma porção roscada macho formada na superfície periférica externa. O primeiro tubo inclui uma caixa de acoplamento tendo um orifício interno com uma porção roscada fêmea formada na periferia interna do orifício. A caixa de acoplamento é previamente conectada a uma extremidade do tubo de aço por meio da porção roscada macho da referida extremidade e a porção roscada fêmea da caixa de acoplamento. Por meio desta disposição, o primeiro tubo tem uma porção roscada macho e uma porção da caixa de acoplamento com uma porção roscada fêmea. O segundo tubo pode ser conectado ao primeiro tubo para formar uma coluna de trabalho.

[0005] A solidez de uma coluna de tubos geralmente depende da ausência de desgaste nas partes ou porções que formam a junta roscada. Por conseguinte, foram propostos dispositivos para proteger as porções roscadas de tubos tendo uma porção roscada macho e uma porção roscada fêmea. Em comparação, poucos dispositivos são adaptados para proteger as juntas roscadas, incluindo uma caixa de acoplamento.

[0006] Os dispositivos convencionais para proteção de juntas roscadas protegem apenas a porção roscada fêmea da caixa de acoplamento. Portanto, impactos ou desgaste em outras partes da porção da caixa de acoplamento podem causar uma falha da junta roscada e/ou da coluna de trabalho. Além disso, é necessário remover o dispositivo antes de instalar o tubo em um poço. O processo de instalação da coluna de trabalho torna-se assim mais complicado pelo uso de tal dispositivo e os pontos fracos de um tubo não são protegidos durante a instalação da coluna de trabalho.

[0007] Além disso, colunas de trabalho de hidrocarbonetos tubulares podem ser instaladas em plataformas de perfuração onshore ou offshore e podem ser usadas para apoiar cabos elétricos para alimentar equipamentos submersíveis, tais como bombas, válvulas de segurança e outros equipamentos de fundo de poço. Ferramentas chamadas braçadeiras de acoplamento cruzado são usadas para acomodar esses cabos elétricos. Essas braçadeiras de acoplamento cruzado são geralmente instaladas em tubos, principalmente em acoplamentos. Portanto, a instalação de tais grampos de acoplamento cruzado em todos os acoplamentos de uma coluna de trabalho consome tempo em plataformas, levando a operações dispendiosas. É necessário ter uma braçadeira de acoplamento cruzado que possa ser montada antes das operações e que não atrapalhe o manuseio dos tubos.

[0008] O dispositivo da invenção usa pelo menos um canal para blindar as linhas de controle conforme elas fazem a transição através do acoplamento, evitando, portanto, que qualquer dano aconteça durante a instalação de completações.

[0009] Um objetivo da presente invenção é superar as desvantagens acima mencionadas.

[0010] É um objetivo particular da invenção melhorar um processo de instalação do tubo. De acordo com alguns aspectos, é também um objetivo da invenção melhorar a proteção da porção da caixa de acoplamento de um tubo destinado a formar uma junta roscada, durante o processo de instalação do tubo.

[0011] De acordo com um aspecto da invenção, é proposto um dispositivo para uma porção da caixa de acoplamento de um tubo de aço destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular, o dispositivo incluindo uma porção de luva cilíndrica definindo uma cavidade interna destinada a receber a porção da caixa de acoplamento.

[0012] De acordo com uma de suas características gerais, o dispositivo é configurado para envolver a porção da caixa de acoplamento.

[0013] Por meio de um tal dispositivo, a porção da caixa de acoplamento de um tubo destinado a ser fixada por uma junta roscada e, em particular, uma periferia externa da porção da caixa de acoplamento, é protegida. Em outras palavras, o dispositivo envolve a porção da caixa de acoplamento. Além disso, não há mais necessidade de remover o dispositivo antes da instalação do tubo. Como resultado, o processo de instalação de uma coluna de trabalho pode ser facilitado e o tubo é protegido durante este processo de instalação.

[0014] De preferência, o comprimento axial da porção de luva cilíndrica está dentro de uma faixa de 145 mm a 305 mm.

[0015] Esses comprimentos são adaptados às dimensões axiais típicas das porções da caixa de acoplamento. Isso permite que o dispositivo proteja em particular um ressalto da porção da caixa de acoplamento.

[0016] Em uma modalidade, a porção de luva cilíndrica é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa com uma seção transversal radial circular.

[0017] No presente pedido, a expressão "delimitado externamente" deve ser entendida de tal forma que, para um sólido delimitado externamente por uma primeira superfície, a primeira superfície é globalmente comum com uma superfície externa do sólido, não sendo excluído que a superfície externa do sólido pode ser deslocada localmente para dentro em relação à primeira superfície.

[0018] Com tal dispositivo, é possível centralizar o tubo dentro de uma parede cilíndrica circundante. Em particular, quando usado com um tubo de completação, o dispositivo centraliza o tubo em relação à coluna de revestimento. Quando usado com um tubo de revestimento, o dispositivo centraliza o tubo em relação a um orifício de perfuração do poço. Assim, tal dispositivo permite a instalação de tubos de modo a formar uma coluna de tubulação ou uma coluna de revestimento sem usar um centralizador.

[0019] De preferência, o diâmetro da seção transversal radial da superfície cilíndrica externa está dentro de uma faixa de 113,3 mm (4,46 polegadas) a 115,3 mm (4,54 polegadas), ou dentro de uma faixa de 126 mm (4,96 polegadas) a 128 mm (5,04 polegadas), ou dentro de uma faixa de 138,7 mm (5,46 polegadas) a 140,7 mm (5,54 polegadas), ou dentro de uma faixa de 176,8 mm (6, 96 polegadas) a 178,8 mm (7,04 polegadas), ou dentro de uma faixa de 243,475 mm (9,58 polegadas) a

245.475 mm (9,66 polegadas), ou dentro de uma faixa de 338,725 mm (13,33 polegadas) a 340.725 mm (13,41 polegadas).

[0020] Essas faixas são adaptadas para diâmetros típicos de tubos de revestimento, forros ou brocas. Os diâmetros assim definidos permitem uma centralização mais eficiente do tubo em relação a uma coluna de revestimento de um orifício de perfuração de um poço.

[0021] Em outra modalidade, a cavidade interna compreende uma superfície de ressalto distal e uma superfície de ressalto proximal.

[0022] Em uma modalidade, a superfície do ressalto proximal é parte de pelo menos dois conectores de encaixe por pressão, o número de conectores de encaixe por pressão sendo de preferência dentro de uma faixa de 4 a 12, e mais preferencialmente dentro de uma faixa de 6 a 10.

[0023] Em uma modalidade, o dispositivo é um dispositivo de proteção e pode ser preso à porção da caixa de acoplamento de uma maneira fácil adaptada a tubos destinados a serem fixados por uma junta roscada com uma caixa de acoplamento.

[0024] Também pode ser previsto pelo menos uma ranhura axial externa sendo radialmente adjacente a uma superfície externa da porção de luva cilíndrica. O número de ranhuras axiais externas pode estar preferencialmente dentro de uma faixa de 2 a 8, e mais preferencialmente dentro de uma faixa de 2 a 4. Como será explicado mais tarde, tal ranhura torna mais fácil instalar a coluna de trabalho, independentemente de a coluna de trabalho ser uma coluna de tubulação ou uma coluna de revestimento. Quando usado com um tubo de completação, as linhas de controle e o fluido de perfuração podem passar pelo dispositivo através da referida ranhura de modo a permitir a conexão de dados com sensores colocados ao longo da coluna de tubulação e para facilitar o abaixamento da coluna de tubulação dentro da coluna de revestimento. Quando usado com um tubo de revestimento ou um forro, o cimento úmido e o fluido de perfuração podem fluir através do dispositivo através da referida ranhura, de modo a facilitar o abaixamento da coluna de revestimento dentro do orifício de perfuração e o derramamento de cimento entre a coluna de revestimento e o orifício de perfuração.

[0025] De preferência, uma área de seção transversal radial geral da referida pelo menos uma ranhura axial externa é igual a uma área da seção transversal radial da porção de luva cilíndrica multiplicada por um coeficiente, o coeficiente estando dentro de uma faixa de 0,05 a 0,5.

[0026] Tal coeficiente permite uma boa comunicação de fluido através do dispositivo, evitando reduzir a solidez do mesmo.

[0027] A porção de luva cilíndrica pode incluir uma ranhura anular que se estende radialmente para dentro de uma superfície externa da porção de luva cilíndrica, o dispositivo compreendendo um envelope metálico cilíndrico localizado dentro da ranhura anular.

[0028] Tal envelope ajuda a manter as linhas de controle dentro das ranhuras axiais externas.

[0029] Em uma modalidade, a seção transversal axial do envelope metálico cilíndrico forma um arco de círculo em torno da direção axial da porção de luva cilíndrica, o arco estando dentro de uma faixa de 320° a 350°.

[0030] Tal seção transversal permite inserir uma linha de controle em uma ranhura axial externa. O alcance do arco de um círculo permite o uso de no máximo ranhuras axiais externas para acomodar linhas de controle.

[0031] Em outra modalidade, a seção transversal axial do envelope metálico cilíndrico é tangencialmente delimitada por uma primeira extremidade e por uma segunda extremidade, pelo menos uma das primeira e segunda extremidades projetando-se radialmente para dentro de modo a formar um meio para travar rotacionalmente o envelope metálico cilíndrico em relação à porção de luva cilíndrica.

[0032] Em uma modalidade específica, o dispositivo inclui ainda uma porção proximal oca que se projeta axialmente a partir da porção de luva cilíndrica. A porção proximal oca é delimitada radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna e delimitada radialmente para fora por uma superfície cônica externa, a superfície cônica externa formando um ângulo dentro de uma faixa de 15° a 50° em relação ao eixo da superfície cilíndrica interna. O comprimento axial da porção proximal oca está de preferência dentro de uma faixa de 20 mm a 55 mm.

[0033] Tal porção distal oca forma um funil frustocônico a fim de ajudar a inserir a porção macho de um tubo seguinte na porção da caixa de acoplamento do presente tubo.

[0034] Vantajosamente, o dispositivo inclui ainda uma porção distal oca que se projeta axialmente a partir da porção de luva cilíndrica. A porção distal oca é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa e delimitada radialmente para dentro por uma superfície cônica interna, a superfície cônica interna formando um ângulo dentro de uma faixa de 20° a 45° em relação ao eixo da superfície cilíndrica externa. O comprimento axial da porção distal oca está de preferência dentro de uma faixa de 70 mm a 205 mm.

[0035] A porção proximal oca forma um chanfro frustocônico tornando mais fácil inserir o presente tubo na broca ou na coluna de revestimento circundante, conforme o caso. Quando usado com um tubo de completação, o dispositivo evita um impacto geralmente encontrado entre um ressalto da porção da caixa de acoplamento e uma extremidade axial superior da coluna de revestimento. Quando usado com um tubo de revestimento, o dispositivo evita um impacto geralmente encontrado entre um ressalto da porção da caixa de acoplamento e uma extremidade axial superior do orifício de perfuração.

[0036] Em uma modalidade, o dispositivo pode ser fixado à porção da caixa de acoplamento com um anel de metal. O anel de metal pode prover um suporte necessário para suportar as cargas exercidas no dispositivo 2 e o acoplamento quando um tubo equipado com o dispositivo 2 é levantado. Vantajosamente, o anel de metal pode entrar em contato com uma superfície axial frontal inferior da porção da caixa de acoplamento. O anel de metal evita que o dispositivo 2 caia do acoplamento durante o manuseio e transporte do tubo.

[0037] O referido anel de metal pode compreender a referida superfície de ressalto proximal.

[0038] O referido anel de metal pode ser montado na porção principal do dispositivo por rosca.

[0039] Em outra modalidade, o dispositivo inclui ainda um chip de identificação de radiofrequência.

[0040] Também pode ser previsto um sensor de pressão ou temperatura, o sensor sendo preferencialmente disposto na porção de luva cilíndrica, e mais preferencialmente disposto em uma superfície cônica interna de uma porção distal oca que se projeta axialmente da porção de luva cilíndrica.

[0041] Tal sensor permite monitorar a pressão ou a temperatura dentro da coluna de revestimento ou da coluna de tubulação sem implementar uma etapa de instalação de tal sensor durante a instalação do tubo e permite monitorar as condições de transporte ou armazenamento do tubo. O sensor disposto na porção de luva cilíndrica permite detectar que uma tensão excessiva e/ou uma temperatura excessiva ocorreu na periferia externa da porção da caixa de acoplamento. O sensor disposto em uma superfície cônica interna também permite monitorar a pressão e/ou temperatura do fluido de perfuração ou do cimento, conforme o caso.

[0042] Em outra modalidade, o dispositivo é feito de um material que inclui um polímero, tal como um fluoropolímero, um polímero imizado ou um polímero de sulfona.

[0043] Tal material permite uma absorção adequada da energia de um impacto de uma extremidade axial superior de uma coluna de revestimento ou uma coluna de tubulação com o dispositivo.

[0044] Em outra modalidade, o dispositivo é fabricado por um meio de fabricação de aditivos.

[0045] Tais meios de fabricação permitem a fabricação de formatos que são difíceis de obter com técnicas de moldagem.

[0046] Em um primeiro aspecto compatível com as referidas modalidades, o dispositivo é um dispositivo de proteção.

[0047] Em um segundo aspecto compatível com as referidas modalidades, o dispositivo é uma braçadeira de acoplamento cruzado.

[0048] De acordo com outro aspecto da invenção, é proposto um tubo de aço destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular, de preferência como um tubo de completação, o referido tubo incluindo uma porção macho e uma porção da caixa de acoplamento adaptada para receber uma porção macho de outro tubo de aço e um dispositivo conforme estabelecido acima.

[0049] A presente invenção e suas vantagens serão melhor compreendidas pelo estudo da descrição detalhada de uma modalidade específica dada por meio de exemplos não limitativos e ilustrada pelos desenhos anexos nos quais: - a Figura 1 é uma vista tridimensional de um dispositivo de acordo com um aspecto da invenção, - a Figura 2 é uma vista radial do dispositivo da Figura 1, - a Figura 3 é uma vista em seção transversal longitudinal do dispositivo das Figuras 1 e 2 ao longo do plano III-III, - a Figura 4 é uma vista em seção transversal longitudinal do dispositivo das Figuras 1 a 3 ao longo do plano IV-IV, - a Figura 5 é uma vista em seção transversal longitudinal parcial de um tubo de aço de completação de acordo com outro aspecto da invenção, incluindo o dispositivo das Figuras 1 a 4, ao longo do mesmo plano II-II que a Figura 3, e - a Figura 6 é uma vista em seção transversal longitudinal parcial de um tubo de aço de revestimento de acordo com outra modalidade, incluindo um dispositivo semelhante ao dispositivo das Figuras 1 a 4, ao longo do mesmo plano III-III que as Figuras 3 e 5, - a Figura 7 é uma vista em corte longitudinal de um dispositivo de acordo com outra modalidade.

[0050] Com referência às Figuras 1 a 4, está representado esquematicamente um dispositivo 2. O dispositivo 2 visa proteger uma porção de um tubo de aço 4, em particular de um tubo de aço de completação. O dispositivo 2 é representado juntamente com o tubo de aço de completação 4 na Figura 5.

[0051] É definido um vetor direto ortonormal de base 6 acoplado ao dispositivo 2. A base 6 consiste em um vetor 𝑥⃑, um vetor 𝑦⃑ e um vetor 𝑧⃑. O dispositivo 2 e o tubo 4 são globalmente axissimétricos em relação a um eixo paralelo ao vetor 𝑧⃑. Os planos de seção transversal III-III e IV-

IV incluem o vetor 𝑧⃑. O plano de seção transversal IV-IV é perpendicular ao vetor 𝑥⃑.

[0052] No presente pedido, os termos "inferior", "superior", "horizontal" e "vertical" serão entendidos como se referindo à base 6 quando o dispositivo 2 e o tubo 4 são normalmente instalados em uma coluna de revestimento ou em um orifício de perfuração, isso pressupõe que o vetor 𝑧⃑ é direcionado verticalmente para cima.

[0053] A menos que haja indicação em contrário, as palavras "axial", "axialmente", "radial", "radialmente", "tangencial" e "tangencialmente" serão entendidas como se referindo ao eixo vertical de simetria do dispositivo 2, ou seja, direção do vetor.

[0054] Da mesma forma, a palavra "cilíndrica" será entendida de acordo com sua definição comum, sendo a saber que uma superfície cilíndrica é uma superfície que consiste em todos os pontos de todas as linhas que são paralelas a uma dada linha e que passam por uma curva fixa em um plano não paralelo à linha dada.

[0055] Com referência à Figura 4, o tubo 4 inclui um tubo 8 e uma caixa de acoplamento 9.

[0056] O tubo 8 tem um formato substancialmente cilíndrico em torno de um eixo 12 paralelo ao vetor 𝑧⃑. O tubo 8 tem uma seção transversal horizontal circular. O tubo 8 inclui uma porção roscada macho na periferia externa de sua extremidade inferior (não representada). O tubo 8 inclui uma porção roscada macho 16 na periferia externa de sua extremidade superior 14.

[0057] A caixa de acoplamento 9 forma uma luva com um formato substancialmente cilíndrico em torno do eixo 12. A caixa de acoplamento 9 se estende axialmente entre uma superfície axial frontal superior 10 e uma superfície axial frontal inferior 11. A caixa de acoplamento 9 é delimitada radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna (não referenciada) tendo roscas fêmeas 18. As roscas fêmeas 18 são adaptadas para cooperar com a porção roscada macho 16 e com uma porção roscada macho de uma extremidade inferior de um tubo 8 de um tubo de aço seguinte (não representado).

[0058] Conforme representado na Figura 5, a caixa de acoplamento 9 é aparafusada na extremidade superior 14 do tubo 8. Em virtude deste arranjo, o tubo 8 e a caixa de acoplamento 9 formam o tubo de aço 4 tendo uma porção da caixa de acoplamento superior 20. A porção 20 é axialmente, delimitada para baixo pela superfície 11 formando um ressalto com a periferia externa do tubo 8. A porção 20 é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa 26.

[0059] Com referência às Figuras 1, 3 e 4, o dispositivo 2 inclui uma porção de luva cilíndrica 28, uma porção superior oca 30 e uma porção inferior oca 32. Quando o dispositivo 2 está disposto em um tubo 4, a porção 32 é proximal ao tubo 8, enquanto a porção 30 é distal ao tubo

8. Os limites entre as porções 28, 30 e 32 são representados na Figura 3 por linhas tracejadas. Como pode ser visto nas Figuras 1, 3 e 4, a porção 30 se projeta axialmente para cima a partir da porção 28. Também, a porção 32 se projeta axialmente para baixo a partir da porção 28.

[0060] A porção 28 forma um cilindro com uma seção transversal circular horizontal em torno do eixo 12. Mais especificamente, a porção 28 é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa 34. A superfície 34 é cilíndrica em torno do eixo 12 e tem uma seção transversal radial circular com um diâmetro d34. A superfície 34 tem um comprimento l34 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑. De preferência, o comprimento l34 está dentro de uma faixa de 145 mm a 155 mm ou dentro de uma faixa de 295 mm a 305 mm.

[0061] Uma ranhura anular 36 é feita na porção 28, estendendo-se radialmente para dentro a partir da superfície 34. A ranhura 36 é visível nas Figuras 3 e 4. A ranhura 36 é delimitada radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica 37. A superfície 37 é cilíndrica em torno do eixo 12 e tem uma seção transversal radial circular com um diâmetro d37 menor do que o diâmetro d34. A superfície 37 tem um comprimento l37 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑.

[0062] A porção 28 é delimitada axialmente para baixo por uma superfície axial frontal inferior 33. A porção 28 é delimitada radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna superior 38 e por uma superfície cilíndrica interna inferior 40. As superfícies 38, 40 são cilíndricas em torno do eixo 12 e tem uma seção transversal radial circular com um respectivo diâmetro d38, d40. O diâmetro d38 é menor do que o diâmetro d40. A porção 28 inclui ainda uma superfície frontal axial 42 formando um ressalto anular conectando as superfícies 38 e

40.

[0063] A porção 30 é axialmente delimitada por uma superfície axial frontal superior 44. A porção 30 é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa 46. A superfície 46 é cilíndrica em torno do eixo 12 e tem uma seção transversal radial circular com um diâmetro d46. Os diâmetros d34 e d46 são iguais. O comprimento I46 da superfície 46 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑ está, de preferência, dentro de uma faixa de 70 mm a 80 mm ou dentro de uma faixa de 195 mm a 205 mm. A porção 30 é delimitada radialmente para dentro por uma superfície cônica interna 48. A superfície 48 forma um tronco de cone em torno do eixo 12. A superfície 48 estende-se entre uma extremidade superior tendo um diâmetro d48I maior e uma extremidade inferior tendo um diâmetro d48s menor. A superfície 48 forma um ângulo α com o eixo 12, o referido ângulo α estando dentro de uma faixa de 27° a 35°, de preferência dentro de uma faixa de 29° a 32°.

[0064] A porção 32 é axissimétrica em torno do eixo 12. Mais especificamente, a porção 32 inclui oito conectores de encaixe por pressão 50. No entanto, a porção 32 pode incluir um número diferente de conectores de encaixe por pressão. A porção 32 pode, em particular, incluir um número ímpar de conectores de encaixe por pressão. Nesse caso, a porção 32 não é axissimétrica. Os conectores de encaixe 50 se estendem axialmente para baixo a partir da superfície 33. Os oito conectores de encaixe 50 estão espalhados circunferencialmente sobre a superfície frontal 33.

[0065] Com referência à Figura 3, a porção 32 é delimitada axialmente para cima pelo plano da superfície 33. A porção 32 é delimitada axialmente para baixo por uma superfície axial frontal inferior

52. Os conectores de encaixe por pressão 50 são delimitados radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna comum 54. A superfície 54 é cilíndrica em torno do eixo 12 e tem uma seção transversal radial circular com um diâmetro d54. O diâmetro d54 é menor que o d40. O comprimento l54 da superfície 54 ao longo da direção do vetor está de preferência dentro de uma faixa de 20 mm a 30 mm ou dentro de uma faixa de 45 mm a 55 mm. Os conectores de encaixe por pressão 50 são delimitados radialmente para fora por uma superfície cônica externa comum 56. A superfície 56 forma um tronco de cone em torno do eixo 12. A superfície 56 se estende entre uma extremidade superior tendo um diâmetro maior d56I e uma extremidade inferior tendo um diâmetro menor d56s. Os diâmetros d56l e d34 são iguais. O diâmetro d56s é ligeiramente maior do que o diâmetro d54. A superfície 56 forma um ângulo β com o eixo 12 dentro de uma faixa de 17,5° a 25°, de preferência dentro de uma faixa de 19° a 22°.

[0066] Em virtude deste arranjo, a porção 32 forma uma pluralidade de clipes tendo uma pluralidade de superfícies axiais frontais superiores

58. Cada superfície 58 está respectivamente localizada axialmente acima de um conector de encaixe por pressão 50. As superfícies 58 formam um ressalto anular localizado axialmente dentro do plano da superfície 33.

[0067] O dispositivo 2 inclui uma cavidade interna 60 definida pelas superfícies 40, 42 e 58. A cavidade 60 se destina a receber a caixa de acoplamento 9, enquanto os conectores de encaixe por pressão 50 se destinam a envolver radialmente para fora o tubo 8.

[0068] O dispositivo 2 é representado com oito ranhuras axiais externas 62 que são visíveis nas Figuras 1, 2 e 4. As ranhuras 62 estendem-se axialmente entre as superfícies 44 e 56. As ranhuras 62 estendem-se radialmente para dentro a partir das superfícies 34, 46 e

56. As ranhuras 62 são idênticas e estão regularmente espalhadas ao longo da circunferência do dispositivo 2. Em particular, a seção transversal axial e horizontal das ranhuras 62 tem a mesma área individual Aindividual: em que Atotal é a seção transversal radial geral das ranhuras axiais externas 62 e c é um coeficiente dentro de uma faixa de 0,05 a 0,5.

[0069] O dispositivo 2 inclui ainda um envelope metálico cilíndrico

64. Como pode ser visto na Figura 1, o envelope 64 é cilíndrico em torno do eixo 12. O envelope 64 é delimitado radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna (não referenciada) tendo um diâmetro substancialmente igual para o diâmetro d37. O envelope 64 é delimitado radialmente para fora por uma superfície externa cilíndrica (não referenciada) tendo um diâmetro substancialmente igual aos diâmetros d34 e d46. O comprimento l64 do envelope 64 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑ é substancialmente igual ao comprimento l37. O envelope 64 está disposto dentro da ranhura 36, sua superfície cilíndrica interna em contato com a superfície 37.

[0070] Como pode ser visto na Figura 2, a seção transversal radial do envelope 64 forma um arco de um círculo em torno de um ângulo γ.

O ângulo γ é escolhido de modo que as extremidades tangenciais 66 e 68 da seção transversal radial do envelope 64 possam ser acomodadas em uma mesma ranhura 62. Na modalidade com oito ranhuras representadas nas Figuras 1 a 3, o ângulo γ está dentro de um faixa de 320° a 350°. Em ambas as extremidades 66 e 68, o envelope 64 inclui uma saliência interna radial 70.

[0071] O dispositivo 2 pode ter duas a oito ranhuras 62. Mais preferencialmente, o dispositivo 2 pode ter duas a quatro ranhuras 62.

[0072] O dispositivo 2 inclui ainda um chip de identificação de radiofrequência 72 (chip RFID) que é visível na Figura 3. O chip 72 pode incluir dados tais como as dimensões do tubo e/ou das porções roscadas. Em virtude do chip 72, não é necessário remover o dispositivo 2 do tubo 4 para determinar tais dados.

[0073] O dispositivo 2 inclui um primeiro sensor de pressão 74 e um primeiro sensor de temperatura 75 que são visíveis na Figura 3. Os sensores 74 e 75 são adjacentes à superfície 40. A finalidade do sensor 74 é monitorar a pressão exercida pela porção 28 na caixa de acoplamento 9 de um tubo de aço 4 equipado com o dispositivo 2. O objetivo do sensor 75 é monitorar a temperatura da caixa de acoplamento 9 de um tubo de aço 4 equipado com o dispositivo 2. O dispositivo 2 inclui um segundo sensor de pressão 76 e um segundo sensor de temperatura 77 também representado na Figura 3. Os sensores 76 e 77 são adjacentes à superfície 48. Os sensores 76 e 77 visam, respectivamente, detectar a pressão e a temperatura do fluido de perfuração ou do cimento, conforme pode ser o caso. Em virtude dos sensores 76 e 77, o processo de instalação do tubo de aço 4 pode ser monitorado.

[0074] As dimensões do dispositivo 2 representado nas Figuras 1 a 3 são definidas como segue: l34 = 150 mm +/- 0,5 mm,

d34 = 114,3 mm +/- 0,5 mm, α = 30° +/- 0,5°, β = 20° +/- 0,5°, l46 = 75 mm +/- 1 mm, l54 = 25 mm +/- 1 mm.

[0075] Com referência à Figura 4, o tubo de completação 4 pode ser equipado com o dispositivo 2 imediatamente após sua fabricação. Para fazer isso, o dispositivo 2 é colocado verticalmente acima (em relação à Figura 5) da caixa de acoplamento 9. O dispositivo 2 é abaixado verticalmente de modo que a superfície 52 entre em contato com a superfície 10. Neste momento, os conectores de encaixe por pressão 50 começam dobrando radialmente para fora. A caixa de acoplamento 9 desliza radialmente dentro dos conectores de encaixe por pressão 50 e, em seguida, penetra no interior da cavidade 60. O movimento da caixa de acoplamento 9 em relação ao dispositivo 2 termina quando a superfície 10 entra em contato axialmente com a superfície 42. Neste momento, os conectores de encaixe por pressão 50 não são mais dobrados radialmente para fora e a superfície 54 contata radialmente a periferia externa do tubo 8. Como resultado, o tubo 4 está firmemente preso ao dispositivo 2 e o dispositivo 2 envolve todo o comprimento da porção da caixa de acoplamento 20, ao longo da direção do vetor 𝑧⃑. Pela expressão "circundante", deve ser entendido que o dispositivo 2 se estende para cima além da superfície distal 10 e para baixo além da superfície proximal 11. Na modalidade representada, o comprimento axial da caixa de acoplamento 9 é igual ao comprimento axial da cavidade 60. Como resultado, a caixa de acoplamento 9 contata ambas as superfícies 42 e 58 axialmente. No entanto, pode ser provida uma ligeira folga entre a caixa de acoplamento 9 e as superfícies 42 e 58, sendo a referida folga, por exemplo, entre 0,5 mm a 2 mm.

[0076] O dispositivo 2 pode, assim, proteger totalmente a porção da caixa de acoplamento 20 durante o transporte e armazenamento do tubo 4 e, portanto, pode ser considerado como um dispositivo de proteção 2. Além disso, o desgaste da caixa de acoplamento 9 pode ser monitorado em virtude dos sensores 74 e 75.

[0077] O dispositivo 2 da Figura 7 é representado com um anel de metal 59 em substituição da parte inferior 32. O anel de metal tem um diâmetro interno inferior ao diâmetro interno da porção cilíndrica principal 28 de modo a compreender uma superfície de ressalto proximal 58 e contato com uma superfície axial frontal inferior 11 da caixa de acoplamento. O anel de metal compreende uma rosca de anel em sua superfície externa disposta para cooperar com uma rosca correspondente na superfície interna da porção cilíndrica principal 28.

[0078] Com uma modalidade do dispositivo 2 compreendendo o anel de metal 58, o tubo de completação 4 pode ser equipado com o dispositivo 2 imediatamente após sua fabricação ou posteriormente. Para fazer isso, o anel de metal 58 é colocado em torno do tubo de completação a partir de uma extremidade macho do tubo de completação 2, então a porção cilíndrica principal 28 é colocada acima da caixa de acoplamento 9, então introduzida em torno da caixa de acoplamento 9 e do anel de metal 59 é aparafusado na porção cilíndrica principal 28. O dispositivo 2 é então mantido no lugar de um lado pela superfície distal do ressalto (42) e do outro lado pela superfície do ressalto proximal (58) que estão respectivamente em interação com a porção da caixa de acoplamento superior 20 e a superfície axial frontal 11 da caixa de acoplamento.

[0079] Antes de instalar o tubo de completação 4, as linhas de controle são inseridas na ranhura 62 acomodando as extremidades 66 e 68. Em seguida, o envelope 64 é girado em torno do eixo 12 de modo que as extremidades 66 e 68 sejam acomodadas em uma ranhura diferente 62. Se outras linhas de controle devem ser inseridas em outra ranhura 62, as mesmas etapas são repetidas. Em virtude das ranhuras 62 e envelope 64 assim projetadas, as linhas de controle podem ser inseridas e mantidas em sete ranhuras 62.

[0080] O dispositivo 2 ainda protege a porção da caixa de acoplamento 20 do tubo 4 quando é inserido em uma coluna de revestimento. Em particular, um impacto entre a superfície de ressalto 11 e uma extremidade axial superior da coluna de revestimento é evitado pelo chanfro formado pela superfície 56. O processo de instalação do tubo 4 também é facilitado porque não há mais necessidade de remover o dispositivo 2.

[0081] Quando o tubo de completação 4 é abaixado dentro da coluna de revestimento, as superfícies 46 e 34 centram o tubo de completação 4 em relação a uma periferia interna da coluna de revestimento. Esta centragem é notavelmente habilitada pelo diâmetro da seção transversal radial circular das superfícies 34 e 46 sendo igual ao diâmetro de um tubo de revestimento típico. Como consequência, não há necessidade de usar um centralizador. Ainda quando o tubo de completação 4 é abaixado dentro da coluna de revestimento, as ranhuras 62 permitem que o fluido de perfuração flua através do dispositivo 2.

[0082] Após a instalação do tubo de completação 4, um tubo de completação seguinte (não representado) pode ser guiado pelo funil formado pela superfície 56, de modo que a porção roscada macho do tubo de completação seguinte seja inserida na caixa de acoplamento 9.

[0083] Os diferentes valores dos diâmetros e dos ângulos α e β podem ser alterados para adaptar o dispositivo 2 a outras dimensões típicas dos tubos de completação. Em particular, o diâmetro d34 pode ser alterado para 127 mm, 139,7 mm ou 177,8 mm com a mesma tolerância que o valor inicial. A parte superior 30 e a parte inferior 32 são características opcionais da invenção. Um dispositivo sem a parte superior ou sem a parte inferior tem, de preferência, um comprimento l34 aumentado de modo a estar dentro de uma faixa de 175 mm a 550 mm +/- 0,5 mm.

[0084] Com referência à Figura 6, foi representado um tubo de revestimento 78. O tubo 78 se destina a ser instalado em uma coluna de revestimento colocada em um orifício de perfuração. Elementos idênticos têm a mesma referência.

[0085] O tubo 78 está equipado com um dispositivo 80. O dispositivo 80 difere do dispositivo 2 em que as dimensões d34, d38, d40, d48s, d48l, d54, d56s, d56l, α e β são escolhidas de modo que o dispositivo 80 seja adaptado ao tubo de revestimento 78. Em particular, o tubo 78 é projetado com um diâmetro d34' da seção transversal circular da superfície cilíndrica 34, um comprimento l34' da superfície 34 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑, um comprimento l46' da porção 30 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑, um comprimento l54' da porção 32 ao longo da direção do vetor 𝑧⃑, em que: d34’= 244,475 mm +/- 0,5 mm, l34’= 300 mm +/- 0,5 mm, l46'= 200 mm +/- 0,5 mm, e l54'= 50 mm, +/- 0,5 mm.

[0086] O dispositivo 80 pode ser fixado ao tubo 78 da mesma maneira que o dispositivo 2. A instalação do tubo 78 em um orifício de perfuração pode ser implementada da mesma maneira que a instalação do tubo 4 em uma coluna de revestimento. Portanto, o dispositivo 80 tem as mesmas vantagens quando é usado com o tubo de revestimento 78 que o dispositivo 2 usado com o tubo de completação 4. Além disso, após a instalação do tubo 78 em um orifício de perfuração, o cimento úmido pode fluir através do dispositivo 80.

[0087] Assim como o dispositivo 2, o dispositivo 80 pode ter diferentes dimensões, a fim de ser adaptado a outras dimensões típicas de tubos de revestimento e orifício de perfuração. Em particular, o diâmetro d34' pode ser alterado para igual a 339,725 mm com a mesma tolerância que o valor inicial.

[0088] Em vista do exposto, os dispositivos 2 e 80 melhoram a proteção da porção da caixa de acoplamento 20 do tubo de completação 4 ou do tubo de revestimento 78, conforme o caso, e facilitam um processo de instalação dos referidos tubos em uma coluna de revestimento ou em um orifício de perfuração. Os dispositivos 2 e 80 podem ser usados em um poço onshore, bem como em um poço offshore.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo (2, 80) para uma porção da caixa de acoplamento (20) de um tubo de aço (4, 78) destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular, o dispositivo (2, 80) incluindo uma porção de luva cilíndrica (28) que define uma cavidade interna (60) destinada a receber a porção da caixa de acoplamento (20), caracterizado pelo fato de que o dispositivo (2, 80) é configurado para envolver a porção da caixa de acoplamento (20).

2. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento axial (l34, l34') da porção de luva cilíndrica (28) está dentro de uma faixa de 145 mm a 305 mm.

3. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a porção de luva cilíndrica (28) é delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa (34) tendo uma seção transversal radial circular.

4. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o diâmetro (d34) da seção transversal radial da superfície cilíndrica externa (34) está dentro de uma faixa de 113,3 mm a 115,3 mm, ou dentro de uma faixa de 126 mm a 128 mm, ou dentro de uma faixa de 138,7 mm a 140,7 mm, ou dentro de uma faixa de 176,8 mm a 178,8 mm, ou dentro de uma faixa de 243,475 mm a 245,475 mm, ou dentro de uma faixa de 338,725 mm a 340,725 mm.

5. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a cavidade interna (60) compreende uma superfície de ressalto distal (42) e uma superfície de ressalto proximal (58).

6. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a superfície do ressalto proximal (58) é parte de pelo menos dois conectores de encaixe por pressão (50), o número de conectores encaixáveis (50) estando preferencialmente dentro de uma faixa de 4 a 12, e mais preferencialmente dentro de uma faixa de 6 a 10.

7. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um anel de metal (59), em que a superfície de ressalto proximal (58) é parte do anel de metal (59).

8. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o anel de metal (58) é roscado no dispositivo (2, 80).

9. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente pelo menos uma ranhura axial externa (62) sendo radialmente adjacente à superfície cilíndrica externa (34) da porção de luva cilíndrica (28), e em que o número de ranhuras axiais externas (62) está de preferência dentro de uma faixa de 2 a 8, e mais preferencialmente dentro de uma faixa de 2 a 4.

10. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma área de seção transversal radial total (Atotal) da referida pelo menos uma ranhura axial externa (62) é igual a uma área da seção transversal radial da porção de luva cilíndrica (28) multiplicada por um coeficiente c, o coeficiente c estando dentro de uma faixa de 0,05 a 0,5.

11. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a porção de luva cilíndrica (28) inclui uma ranhura anular (36) que se estende radialmente para dentro de uma superfície externa (34) da porção de luva cilíndrica (28), o dispositivo (2, 80) incluindo um envelope metálico cilíndrico (64) localizado dentro da ranhura anular (36).

12. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a seção transversal radial do envelope metálico cilíndrico (64) forma um arco de um círculo em torno da direção axial (𝑧⃑) da porção de luva cilíndrica (28), o arco (𝛾) estando dentro de uma faixa de 320° a 350°.

13. Dispositivo (2, 80), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a seção transversal radial do envelope metálico cilíndrico (64) é tangencialmente delimitada por uma primeira extremidade (66) e por uma segunda extremidade (68), pelo menos uma da primeira e da segunda extremidades (66, 68) se projetando radialmente para dentro de modo a formar um meio para travar rotacionalmente o envelope metálico cilíndrico (64) em relação à porção de luva cilíndrica (28).

14. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que inclui ainda pelo menos uma porção oca que se projeta axialmente da porção de luva cilíndrica (28), a porção oca sendo escolhida entre: uma porção proximal oca (32) delimitada radialmente para dentro por uma superfície cilíndrica interna (54) e delimitada radialmente para fora por uma superfície externa cônica (56), a superfície externa cônica (56) formando um ângulo (β) dentro de uma faixa de 15° a 50° em relação ao eixo (12) da superfície cilíndrica interna (54), e uma porção distal oca (30) delimitada radialmente para fora por uma superfície cilíndrica externa (46) e delimitada radialmente para dentro por uma superfície cônica interna (48), a superfície cônica interna (48) formando um ângulo (α) dentro de uma faixa de 20° a 45° em relação ao eixo (12) da superfície cilíndrica externa (46), o comprimento axial (l54) da porção proximal oca (32) estando preferencialmente dentro de uma faixa de 20 mm a 55 mm, o comprimento axial (l46) da porção distal oca (30) estando preferencialmente dentro de uma faixa de 70 mm a 205 mm.

15. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um chip de identificação por radiofrequência (72).

16. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um sensor de pressão ou temperatura (74, 75, 76, 77), o sensor (74, 75, 76, 77) sendo preferencialmente disposto na porção de luva cilíndrica (28), e mais preferencialmente disposto em uma superfície cônica interna (48) de uma porção distal oca (30) que se projeta axialmente da porção de luva cilíndrica (28).

17. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que é feito de um material que inclui um polímero.

18. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que é fabricado por meios de fabricação de aditivos ou moldagem por injeção.

19. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é um dispositivo de proteção.

20. Dispositivo (2, 80), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é uma braçadeira de acoplamento cruzado.

21. Tubo de aço (4, 78) destinado ao uso em uma coluna de trabalho de hidrocarboneto tubular, de preferência como um tubo de completação (4), o referido tubo (4, 78) caracterizado pelo fato de que inclui uma porção macho e uma porção da caixa de acoplamento (20) assim adaptada para receber uma porção macho de outro tubo de aço, e um dispositivo (2, 80), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20.