BR112020024954A2

BR112020024954A2 - Conexão roscada para tubos de aço

Info

Publication number: BR112020024954A2
Application number: BR112020024954-8A
Authority: BR
Inventors: Keita INOSE; Hikari Nakano; Masaaki Sugino
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-03-09
Also published as: EP3842680A1; US11774014B2; US20210164593A1; RU2762926C1; CA3109443C; JP7065977B2; JPWO2020039875A1; AR116341A1; EP3842680A4; MX2020013350A; WO2020039875A1; CA3109443A1; CN112585389A

Abstract

uma conexão roscada divulgada para tubos de aço inclui um pino (10) e uma caixa (20). o pino (10) inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino (10) em direção a um corpo de tubo (11) do pino (10), uma superfície de ressalto anular (12), uma superfície de vedação anular (13) localizada adjacente à superfície de ressalto (12), e uma parte roscada macho (14). a caixa (20) inclui, em ordem a partir de um corpo do tubo (21) da caixa (20) em direção a uma extremidade dianteira da caixa (20), uma superfície de ressalto tubular (22), uma superfície de vedação anular (23) localizada adjacente à superfície de ressalto (22), e uma parte roscada fêmea (24). a superfície de ressalto do pino (12) e a superfície de ressalto da caixa (22) inclinam-se de um plano perpendicular ao eixo do tubo (cl) em uma direção de roscagem do pino (10). um diâmetro (dpi) de uma borda circunferencial interna (12a) da superfície de ressalto do pino (12) é menor do que um diâmetro (dbi) de uma borda circunferencial interna (22a) da superfície de ressalto da caixa (22).

Description

CONEXÃO ROSCADA PARA TUBOS DE AÇO CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente divulgação refere-se a uma conexão roscada usada para conectar tubos de aço.

5 FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Em um poço de petróleo, poço de gás natural e similares (doravante coletivamente referidos como "poço de petróleo"), tubos de aço chamados produtos tubulares petrolíferos (OCTG) são usados para minerar recursos subterrâneos. Os tubos de aço são conectados um a um. Para conectar os tubos de aço, são usadas 10 conexões roscadas.

[0003] Tipos de conexões roscadas para tubos de aço são geralmente categorizadas como tipo de acoplamento e tipo integral. No caso de uma conexão roscada do tipo de acoplamento, um dos tubos de um par a ser conectado é um tubo de aço e o outro é um acoplamento. Neste caso, as partes roscadas macho 15 são formadas nas circunferências externas de ambas as porções terminais do tubo de aço e as partes roscadas fêmea são formadas nas circunferências internas de ambas as porções terminais do acoplamento. O tubo de aço e o acoplamento são então conectados entre si. No caso de uma conexão roscada do tipo integral, os tubos de um par a serem conectados são ambos tubos de aço e um acoplamento 20 não é usado separadamente. Neste caso, uma parte roscada macho é formada sobre uma circunferência externa de uma porção de extremidade de cada tubo de aço, e uma parte roscada fêmea é formada sobre uma circunferência interna da outra porção de extremidade. Um e outro dos tubos de aço são então conectados um ao outro.

25 [0004] Uma porção de junta de uma parte de extremidade dianteira de tubo na qual uma parte roscada macho é formada inclui um elemento a ser inserido em uma parte roscada fêmea e, portanto, é chamado de pino. Em contraste, uma porção de junta de uma parte de extremidade dianteira de tubo na qual uma parte roscada fêmea é formada inclui um elemento para receber uma parte roscada 30 macho e, portanto, é chamada de caixa. O pino e a caixa são partes finais de um tubo e, assim, são tubulares.

[0005] A FIG. 1 é uma vista em corte longitudinal ilustrando uma conexão roscada típica para tubos de aço como usada convencionalmente. A conexão roscada ilustrada na FIG. 1 é uma conexão roscada do tipo acoplamento e inclui 5 um pino 10 e uma caixa 20 (por exemplo, veja a Publicação do Pedido de Patente Japonesa n° 10-096489 (Literatura Patentária 1)).

[0006] O pino 10 inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino 10 em direção a um corpo de tubo 11 do pino 10, uma superfície de ressalto anular 12, uma superfície de vedação anular 13, e uma parte roscada macho 14.

10 No pino 10, a superfície de vedação 13 está localizada adjacente à superfície de ressalto 12. A caixa 20 inclui, em ordem a partir de um corpo do tubo 21 da caixa 20 em direção a uma extremidade dianteira da caixa 20, uma superfície de ressalto tubular 22, uma superfície de vedação anular 23, e uma parte roscada fêmea 24.

Na caixa 20, a superfície de vedação 23 está localizada adjacente à superfície de 15 ressalto 22.

[0007] Quando o pino 10 e a caixa 20 são conectados um a outro, por roscagem do pino 10 na caixa 20, a superfície de ressalto 12 do pino 10 entra em contato com a superfície de ressalto 22 da caixa 20. Quando a rotação do pino 10 é continuada por uma quantidade predeterminada, uma tensão axial de aperto é 20 gerada entre a parte roscada macho 14 e a parte roscada fêmea 24 engrenando uma com a outra, e o aperto é assim concluído. Em um estado onde o aperto é concluído (doravante denominado também como um “estado de aperto”), a superfície de vedação 13 do pino 10 entra em contato com a superfície de vedação 23 da caixa 20 enquanto interfere com a superfície de vedação 23, formando uma 25 parte de vedação por contato metálico. Esta parte de vedação garante uma capacidade de vedação da conexão roscada.

[0008] Em anos recentes, à medida em que os poços de petróleo são cada vez mais deslocados em grandes profundidades e zonas hadais, ambientes de poços de petróleo tornam-se ácidos com temperaturas e pressões altas. Em tais 30 ambientes de poços de petróleo, uma carga compressiva, uma carga de tração e pressões do lado de fora (doravante denominadas também como “pressões externas”) e pressões do lado de dentro (doravante também denominadas como “pressões internas”) aplicadas aos produtos tubulares petrolíferos são extremamente altas. Por este motivo, tubos de aço de parede pesada são usados 5 particularmente como produtos tubulares petrolíferos para revestimento ou tubulação. Em um caso onde uma conexão roscada ilustrada na FIG. 1 é usada para conectar tais tubos de aço de parede pesada, a conexão roscada é requerida possuir um nível comparável de resistência aos corpos dos tubos de aço de parede pesada e alta capacidade de vedação. Em particular, é requerida a capacidade de 10 vedação contra uma pressão externa.

[0009] Neste documento, a carga compressiva é recebida por uma superfície de contato entre uma superfície de ressalto 12 de um pino 10 e uma superfície de ressalto 22 de uma caixa 20 (doravante também denominada como uma “superfície de contato de ressalto”). Referindo-se à FIG. 1, em uma conexão roscada 15 convencional, para garantir uma área da superfície de contato de ressalto ao máximo, a superfície de ressalto 12 do pino 10 é colocada em contato com a superfície de ressalto 22 da caixa 20 sobre suas áreas totais. Especificamente, um diâmetro Dpi de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto 12 do pino 10 é substancialmente a mesma de um diâmetro Dbi da borda circunferencial 20 interna da superfície de ressalto 22 da caixa 20.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA PATENTÁRIA

[0010] LITERATURA PATENTÁRIA 1: Publicação do Pedido de Patente Japonesa N° 10-096489 25 SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA TÉCNICO

[0011] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma conexão roscada para tubos de aço que seja capaz de garantir capacidade de vedação suficiente contra pressões externas mesmo em um caso de usar um tubo de aço de parede 30 pesada.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0012] Uma conexão roscada para tubos de aço de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui um pino tubular e uma caixa tubular. O pino inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino em direção a 5 um corpo do tubo do pino, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto do pino, e uma parte roscada macho. A caixa inclui, em ordem a partir de um corpo de tubo da caixa em direção a uma extremidade dianteira da caixa, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto da 10 caixa, e uma parte roscada fêmea. A superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa inclina de um plano perpendicular para um eixo de tubo em uma direção de roscagem do pino. Um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino é menor do que um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

15 EFEITO VANTAJOSO DA INVENÇÃO

[0013] Com a conexão roscada para tubos de aço de acordo com a presente invenção, uma capacidade de vedação contra pressão externa pode ser suficientemente garantida mesmo em um caso de usar um tubo de aço de parede pesada.

20 BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] [FIG. 1] A FIG. 1 é uma vista em corte longitudinal ilustrando uma conexão roscada típica para tubos de aço como usada convencionalmente.

[FIG. 2] A FIG. 2 é uma vista em corte longitudinal ilustrando uma conexão roscada para tubos de aço na presente modalidade.

25 [FIG. 3] A FIG. 3 é uma vista em corte longitudinal ilustrando uma vizinhança de uma extremidade dianteira de um pino da conexão roscada ilustrada na FIG. 2, de uma forma alargada.

[FIG. 4] A FIG. 4 é uma vista em corte longitudinal ilustrando uma vizinhança de uma extremidade dianteira de um pino da conexão roscada ilustrada na FIG. 2, 30 de uma forma alargada.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES

[0015] Para solucionar o problema acima, os presentes inventores conduziram várias análises e testes e conduziram estudos intensivos.

Consequentemente, os seguintes resultados foram obtidos.

5 [0016] Para aumentar a capacidade de vedação de uma conexão roscada usada para um tubo de aço de parede pesada, as técnicas a seguir são concebíveis. Como uma primeira técnica, referente à FIG. 1, é concebível aumentar uma espessura de parede de uma porção 15 incluindo uma superfície de vedação 13 de um pino 10 (doravante denominada também como uma “parte de 10 vedação de pino”).

[0017] A primeira técnica é derivada da seguinte inferência. Quando a espessura da parede da parte de vedação do pino 15 é grande, uma rigidez da parte de vedação do pino 15 é aumentada em uma direção radial. Esta grande espessura de parede melhora uma resiliência elástica da parte de vedação do pino 15 15, que resulta em um aumento em uma força de contato entre a superfície de vedação 13 do pino 10 e uma superfície de vedação 23 de uma caixa 20 em um estado de aperto (doravante denominada também como “força de contato de vedação”) e, assim, um aumento na capacidade de vedação contra pressões interna e pressões externas. Além disso, a grande espessura de parede evita a 20 deformação radialmente contrativa da parte de vedação do pino 15 quanto uma pressão externa é aplicada ao pino 10. Por este motivo, é possível minimizar a diminuição na força de contato de vedação mesmo quanto uma pressão externa é aplicada ao pino 10. Portanto, pode-se dizer que uma grande espessura de parede da parte de vedação do pino 15 consegue evitar a diminuição da capacidade de 25 vedação contra pressões externas.

[0018] Na primeira técnica, visto que a espessura de parede da parte de vedação da pino 15 é aumentado, uma superfície de ressalto 12 do pino 10 possui uma grande área. Em uma conexão roscada convencional, a superfície de ressalto 12 do pino 10 entra em contato com a superfície de ressalto 22 da caixa 20 sobre 30 suas áreas totais. Portanto, a superfície de ressalto 22 da caixa 20 também possui uma grande área. Em outras palavras, uma superfície de contato de ressalto possui uma área grande.

[0019] Contudo, se a superfície de contato de ressalto possui uma área excessivamente grande, uma força de contato entre a superfície de ressalto 12 do 5 pino 10 e a superfície de ressalto 22 da caixa 20 (doravante também denominada como uma força de contato de ressalto) torna-se irregular na superfície de contato de ressalto. A irregularidade da força de contato de ressalto tem uma influência significativa em uma parte de vedação, que está adjacente à superfície de contato de ressalto. Por este motivo, o contato da parte de vedação realmente torna-se 10 instável, resultando em uma diminuição na capacidade de vedação.

[0020] Em contraste à primeira técnica descrita acima, como uma segunda técnica, é concebível diminuir a espessura de parede da parte de vedação do pino

15. Nesse caso, a diminuição na espessura de parede da parte de vedação do pino 15 torna a área da superfície de ressalto 12 do pino 10 pequena e também torna a 15 área da superfície de ressalto 22 da caixa 20 pequena. Por este motivo, a superfície de contato de ressalto tem uma área pequena. Portanto, a força de contato de ressalto pode ser feita uniforme.

[0021] Contudo, na segunda técnica, visto que a espessura de parede da parte de vedação do pino 15 é diminuída, a rigidez da parte de vedação do pino 15 20 é baixa na direção radial. Isso torna a parte de vedação do pino 15 suscetível à deformação radialmente contrativa quando uma pressão externa é aplicada ao pino

10. Por este motivo, a capacidade de vedação contra pressões externas é realmente diminuída.

[0022] Brevemente, não é possível garantir a capacidade de vedação contra 25 pressões externas pelas primeira e segunda técnicas.

[0023] Assim, em consideração dos problemas com a primeira e segunda técnicas, os presentes inventores prestaram atenção à parte de vedação do pino e a superfície de contato de ressalto. Especificamente, a espessura de parede da parte de vedação do pino é aumentada e, ao mesmo tempo, a área de superfície 30 de contato de ressalto é diminuída. Isto aumenta a rigidez da parte de vedação do pino na direção radial e também torna a força de contato de ressalto uniforme na superfície de contato de ressalto. Portanto, pode-se obter a estabilização do contato da parte de vedação. Consequentemente, é possível garantir a capacidade de vedação contra pressões externas.

5 [0024] A conexão roscada para o tubos de aço de acordo com a presente invenção foi feita com base nos resultados descritos acima.

[0025] Uma conexão roscada para tubos de aço de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui um pino tubular e uma caixa tubular. O pino inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino em direção a 10 um corpo do tubo do pino, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto do pino, e uma parte roscada macho. A caixa inclui, em ordem a partir de um corpo de tubo da caixa em direção a uma extremidade dianteira da caixa, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto da 15 caixa, e uma parte roscada fêmea. A superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa inclina de um plano perpendicular para um eixo de tubo em uma direção de roscagem do pino. Um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino é menor do que um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

20 [0026] Em um exemplo típico, a conexão roscada na presente modalidade é usada para conectar tubos de aço de parede pesada usados como tubos de revestimento ou tubos para tubulação. As espessuras de parede dos tubos de aço de parede pesada são maiores do que 1 polegada (25,4 mm).

[0027] Na conexão roscada na presente modalidade, uma área da superfície 25 de ressalto do pino é grande e uma área da superfície de ressalto da caixa é pequena. Isto ocorre porque o diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino é menor do que o diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. Isso torna a espessura de parede da parte de vedação do pino grande, o que aumenta a rigidez da parte de vedação do 30 pino na direção radial. Além disso, a área da superfície de contato de ressalto sendo menor torna a força de contato de ressalto uniforme ao longo da superfície de contato de ressalto.

[0028] Além disso, na conexão roscada na presente modalidade, quando a conexão roscada está em um estado de aperto, a superfície de ressalto do pino e 5 a superfície de ressalto da caixa estão em contato de pressão uma com a outra de modo ancorado. Isso ocorre porque a superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa inclina de um plano perpendicular para um eixo de tubo em uma direção de roscagem do pino. Isso faz com que a parte de vedação do pino receba uma força de reação todo o tempo em uma direção na qual a parte de vedação do pino 10 se expande radialmente. Assim, a parte de vedação do pino resiste à deformação radialmente contrativa quando uma pressão externa é aplicada ao pino.

[0029] A partir do motivo acima, o contato entre as partes de vedação é estabilizado mesmo em um caso de usar um tubo de aço de parede pesada.

Consequentemente, é possível garantir a capacidade de vedação contra pressões 15 externas de modo suficiente.

[0030] Na conexão roscada acima, um ângulo de alimentação da superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa com respeito ao plano perpendicular ao eixo do tubo é preferencialmente de 5° a 20°. Quando o ângulo de alimentação das superfícies de ressalto são 5° ou mais, a superfície de ressalto do pino e a superfície 20 de ressalto da caixa estão em um contato de pressão eficaz uma com a outra de forma ancorada no estado de aperto. O ângulo de alimentação da superfície de ressalto é preferencialmente 10° ou superior. Ao mesmo tempo, quando o ângulo de alimentação da superfície de ressalto é 20° ou menos, a deformação de uma parte de ressalto da caixa é menor mesmo quando uma carga compressiva é 25 repetidamente aplicada. Portanto, o contato de pressão entre as superfícies de ressalto na forma ancorada é efetivamente mantido.

[0031] Na conexão roscada acima, a espessura tp de uma região anular de ressalto de pino que aparece quando a superfície de ressalto do pino é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo é preferencialmente de 60% ou mais de 30 uma espessura de parede t do corpo do tubo do pino. Quando a espessura de parede tp da região de ressalto do pino é de 60% ou mais da espessura de parede t do corpo do tubo do pino, a espessura de parede da parte de vedação do pino é eficazmente grande.

[0032] Em contraste, um limite superior da espessura tp da região de ressalto 5 do pino não está limitado a uma espessura particular. Contudo, uma espessura excessivamente grande tp da região de ressalto do pino torna difícil garantir um comprimento da parte roscada macho. Assim, a espessura tp da região de ressalto do pino é preferencialmente 80% ou inferior da espessura de parede t do corpo de tubo do pino.

10 [0033] Na conexão roscada acima, a espessura tb de uma região anular de ressalto da caixa que aparece quando a superfície de ressalto do pino é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo é preferencialmente de 20% ou mais a 55% ou menos de uma espessura de parede t do corpo do tubo do pino. A região de ressalto da caixa é equivalente a uma região anular de superfície de contato de 15 ressalto que aparece quando a superfície de contato de ressalto é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo.

[0034] Quando a espessura tb da região de ressalto da caixa (região da superfície de contato do ressalto) é 20% ou mais da espessura de parede t do corpo do tubo do pino, em um caso onde uma carga compressiva excessivamente pesada 20 é aplicada à conexão roscada, pode-se evitar a deformação plástica da superfície de ressalto e da superfície de vedação adjacente à superfície de ressalto, que pode estabilizar um estado de contato da superfície de vedação. Consequentemente, é possível garantir a força de contato de vedação. Mais preferencialmente, a espessura tb da região de ressalto da caixa é de 30% ou mais da espessura de 25 parede t do corpo de tubo do pino. Em contraste, quando a espessura tb da região de ressalto da caixa é de 55% ou menos da espessura de parede t do corpo do tubo do pino, uma área da superfície de contato de ressalto se torna significativamente menor. Mais preferencialmente, a espessura tb da região de ressalto da caixa é de 45% ou inferior da espessura de parede t do corpo de tubo 30 do pino.

[0035] Para ser exato, existe uma parte de borda convexa entre a superfície de ressalto e a superfície de vedação vista em uma seção longitudinal do pino. Esta parte de borda convexa conecta a superfície de ressalto e a superfície de vedação do pino sem costura. Similarmente, existe uma parte de borda côncava entre a 5 superfície de ressalto e a superfície de vedação vista em uma seção longitudinal da caixa. Esta parte de borda côncava conecta a superfície de ressalto e a superfície de vedação da caixa sem costura. Os raios dessa parte de borda convexa e parte de borda côncava vistas na seção longitudinal são no máximo cerca de 1,5 mm. Neste caso, a espessura tp da região de ressalto do pino não 10 inclui uma região da parte de borda convexa. Similarmente, a espessura tb da região de ressalto da caixa não inclui uma região da parte de borca côncava.

[0036] A seguir, um exemplo específico de uma conexão roscada para tubos de aço de acordo com a presente modalidade será descrito com referência aos desenhos anexos.

15 [0037] A FIG. 2 é uma vista em corte longitudinal ilustrando a conexão roscada para tubos de aço na presente modalidade. A FIG. 3 e FIG. 4 são vistas em corte longitudinal ilustrando cada uma vizinhança de uma extremidade dianteira do pino da conexão roscada ilustrada na FIG. 2, de uma forma alargada. A FIG. 3 ilustra o estado de aperto. A FIG. 4 ilustra um estado onde o pino 10 é separado 20 da caixa 20, por conveniência de descrição. As setas brancas sólidas na FIG. 2 à FIG. 4 ilustram uma direção de roscagem do pino 10 com respeito à caixa 20. No presente relatório descritivo, uma seção longitudinal refere-se a uma seção transversal incluindo um eixo de tubo CL da conexão roscada (vide FIG. 2).

[0038] Referindo-se à FIG. 2 à FIG. 4, a conexão roscada na presente 25 modalidade é uma conexão roscada do tipo acoplamento e inclui o pino 10 e a caixa

20. O pino 10 é um tubo de aço de parede pesada.

[0039] O pino 10 inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino 10 em direção a um corpo de tubo 11 do pino 10, uma superfície de ressalto anular 12, uma superfície de vedação anular 13, e uma parte roscada macho 14.

30 A seguir, a superfície de ressalto 12 do pino 10 será mencionada também como uma “superfície de ressalto do pino”. A superfície de vedação 13 do pino 10 será mencionada também como uma “superfície de vedação do pino”.

[0040] A superfície de ressalto do pino 12 é uma superfície anular formando uma superfície de extremidade dianteira do pino 10 e inclina-se a partir do plano 5 perpendicular ao eixo do tubo Cl na direção de roscagem do pino 10. Isso faz com que uma borda circunferencial externa 12b da superfície de ressalto do pino 12 (uma borda mais afastada do eixo do tubo CL) se projete de uma borda circunferencial interna 12s da superfície de ressalto do pino 12 (uma borda mais próxima do eixo do tubo CL) na direção de roscagem do pino 10. A superfície de 10 vedação do pino 13 está localizada adjacente à superfície de ressalto do pino 12.

Ou seja, a superfície de vedação do pino 13 está conectada à borda circunferencial externa 12b da superfície de ressalto do pino 12. A superfície de vedação do pino 13 é uma superfície anular afunilada. Observe que a superfície de vedação do pino 13 pode possuir uma forma moldada pela combinação da superfície anular 15 afunilada e uma superfície equivalente à uma superfície circunferencial de um sólido de revolução obtido pela rotação de uma curva, tal como um arco em torno do eixo do tubo CL. Um diâmetro da superfície de vedação do pino 13 diminui conforme o pino 10 prolonga-se na direção de sua lateral de extremidade dianteira (próxima à superfície de ressalto do pino 12).

20 [0041] A caixa 20 inclui, em ordem a partir de um corpo do tubo 21 da caixa 20 em direção a uma extremidade dianteira da caixa 20, uma superfície de ressalto tubular 22, uma superfície de vedação anular 23, e uma parte roscada fêmea 24.

A seguir, a superfície de ressalto 22 da caixa 20 será mencionada também como uma “superfície de ressalto da caixa”. A superfície de vedação 23 da caixa 20 será 25 mencionada também como uma “superfície de vedação da caixa”.

[0042] A superfície de ressalto da caixa 22 é uma superfície anular correspondendo à superfície de ressalto do pino 12 e inclina-se a partir do plano perpendicular ao eixo do tubo Cl na direção de roscagem do pino 10. Isso faz com que uma borda circunferencial interna 22a da superfície de ressalto da caixa 22 30 (uma borda mais próxima ao eixo do tubo CL) se projete de uma borda circunferencial externa 22b da superfície de ressalto da caixa 22 (uma borda mais afastada do eixo do tubo CL) em uma direção oposta à direção de roscagem do pino 10. A superfície de vedação da caixa 23 está localizada adjacente à superfície de ressalto da caixa 22. Ou seja, a superfície de vedação da caixa 23 está 5 conectada à borda circunferencial externa 22b da superfície de ressalto da caixa

22. Esta superfície de vedação da caixa 23 é uma superfície anular afunilada correspondendo à superfície de vedação do pino 13. Observe que a superfície de vedação da caixa 23 pode possuir uma forma moldada pela combinação da superfície anular afunilada e uma superfície equivalente à uma superfície 10 circunferencial de um sólido de revolução obtido pela rotação de uma curva, tal como um arco em torno do eixo do tubo CL.

[0043] A parte roscada macho 14 do pino 10 corresponde à parte roscada fêmea 24 da caixa 20. Cada parte roscada macho 14 a parte roscada fêmea 24 inclui cristas, vales, flancos de penetração e flancos de carga.

15 [0044] Na presente modalidade, um diâmetro Dpi da borda circunferencial interna 12a da superfície de ressalto do pino 12 é menor do que um diâmetro Dbi da borda circunferencial interna 22a da superfície de ressalto da caixa 22. Uma área da superfície de ressalto do pino 12 é grande, e uma área da superfície de ressalto da caixa 22 é pequena. Por este motivo, uma superfície de contato de 20 ressalto 30 tem uma área pequena. O diâmetro Dpi da borda circunferencial interna 12a da superfície de ressalto do pino 12 é a mesma de um diâmetro interno do corpo do tubo 11 do pino 10. Ou seja, o diâmetro interno do pino 10 é constante.

[0045] Na presente modalidade, os ângulos de alimentação θp e θb da superfície de ressalto do pino 12 e da superfície de ressalto da caixa 22 com 25 respeito à superfície perpendicular ao eixo do tubo CL são de 5° a 20°. A espessura tp da região anular de ressalto do pino que aparece quando a superfície de ressalto do pino 12 é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo CL é de 60% ou mais da espessura de parede t do corpo de tubo 11 do pino 10. A espessura tb da região anular de ressalto da caixa que aparece quando a superfície de ressalto da caixa 30 22 é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo CL é de 20% ou mais a 55%

ou menos da espessura de parede t do corpo de tubo 11 do pino 10.

[0046] Quando o pino 10 e a caixa 20 são conectados um ao outro, por roscagem do pino 10 na caixa 20, a parte roscada macho 14 engata na parte roscada fêmea 24. Uma parte da superfície de ressalto do pino 12 entra em contato 5 com uma área total da superfície de ressalto da caixa 22. Ou seja, a superfície de ressalto do pino 12 entra em contato com a superfície de ressalto da caixa 22 dentro de um intervalo da superfície de contato de ressalto 30. Quando a rotação do pino 10 é continuada por uma quantidade predeterminada, a parte da superfície de ressalto do pino 12 e a área total da superfície de ressalto da caixa 22 estão em 10 contato de pressão uma com a outra de forma ancorada. Isso gera uma tensão axial de aperto entre a parte roscada macho 14 e a parte roscada fêmea 24 engatando uma com a outra e o aperto é concluído dessa forma. Na forma de aperto, a superfície de vedação do pino 13 entra em contato com a superfície de vedação da caixa 23 enquanto interfere com a superfície de vedação da caixa 23, 15 formando uma parte de vedação por contato metálico. Esta parte de vedação garante a capacidade de vedação da conexão roscada.

[0047] Referindo-se à FIG. 2 à FIG. 4, na conexão roscada na presente modalidade, a área da superfície de ressalto do pino 12 é grande e a área da superfície de ressalto da caixa 22 é pequena. Isso torna a espessura de parede da 20 parte de vedação do pino 15 grande, o que aumenta a rigidez da parte de vedação do pino 15 na direção radial. Além disso, a área da superfície de contato de ressalto 30 sendo pequena torna a força de contato de ressalto uniforma ao longo da superfície de contato de ressalto 30.

[0048] Além disso, na conexão roscada na presente modalidade, quando a 25 conexão roscada está no estado de aperto, a parte da superfície de ressalto do pino 12 e a área total da superfície de ressalto da caixa 22 estão em contato de pressão uma com a outra de forma ancorada. Isso faz com que a parte de vedação do pino 15 receba uma força de reação todo o tempo em uma direção na qual a parte de vedação do pino se expande radialmente. Assim, a parte de vedação do pino 15 30 resiste à deformação radialmente contrativa quando uma pressão externa é aplicada ao pino 10.

[0049] A partir do motivo acima, o contato entre as partes de vedação é estabilizado mesmo em um caso de usar um tubo de aço de parede pesada.

Consequentemente, é possível garantir a capacidade de vedação contra pressões 5 externas de modo suficiente.

EXEMPLOS

[0050] Para confirmar os efeitos proporcionados pela presente modalidade, os presentes inventores conduziram simulações numéricas e análises usando o método de elementos finitos elastoplásticos (análise FEM).

10 [0051] [Exemplo 1] [Condições do Teste] Na análise FEM, um modelo foi usado de uma conexão roscada tipo acoplamento na qual um diâmetro Dpi de uma borda circunferencial interna de uma superfície de ressalto de pino e um diâmetro Dbi de uma borda circunferencial 15 interna de uma superfície de ressalto de caixa foram alteradas de várias formas.

As condições comuns são as seguintes.

- Dimensões do tubo de aço (corpo do pino): 7-5/8 polegadas × 1,06 polegadas (diâmetro externo foi 193,7 mm, espessura de parede foi 27,0 mm) - Grau de tubo de aço: P110 de acordo com o padrão da API (um aço 20 carbono com uma tensão de escoamento nominal de 110 ksi).

- Diâmetro Do da borda circunferencial externa da superfície de ressalto (superfície de ressalto do pino e superfície de ressalto da caixa): 179,9 mm - Ângulo de alimentação da superfície de ressalto: 15° - Passo da rosca: 5,08 mm 25 - Ângulo do flanco da carga: -3° - Ângulo de flanco do flanco de penetração: 10° - Folga no flanco de penetração: 0,15 mm

[0052] Condições dimensionais alteradas estavam de acordo com a Tabela 1 mostrada abaixo.

30 [0053] [Tabela 1]

TABELA 1 Capacidade de vedação [Adimensional] Dpi Dbi Dpi-Dbi tp/t tb/t Pressão N° Apenas Categoria [mm] [mm] [mm] [%] [%] externa+ pressão carga externa compressiva Exemplo 1 146,67 154,32 -7,65 62 47 1,17 1,18 inventivo Exemplo 2 146,67 146,67 0 62 63 1,00 1,00 Comparativo (Referência) Exemplo 3 146,67 150,20 -3,53 62 55 1,10 1,08 inventivo Exemplo 4 146,67 158,45 -11,78 62 40 1,22 1,25 inventivo Exemplo 5 146,67 162,58 -15,91 62 32 1,20 1,21 inventivo Exemplo 6 146,67 166,71 -20,04 62 24 1,11 1,13 inventivo Exemplo 7 150,20 150,20 0 55 56 0,95 0,70 Comparativo Exemplo 8 154,32 154,32 0 47 48 0,86 0,32 Comparativo Exemplo 9 158,45 158,45 0 40 41 0,70 0,00 Comparativo (Nota) Significados dos sinais na Tabela 1 são os seguintes.

Dpi: Diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino [mm] Dbi: Diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa [mm]

tp: Espessura da região de ressalto do pino [mm] t: Espessura de parede do corpo de tubo do pino [mm] tb: Espessura da região de ressalto da caixa [mm] 5 [0054] Na análise FEM, um material da conexão roscada foi presumido ser um corpo elastoplástico de endurecimento isotrópico. Um módulo de elasticidade do corpo elastoplástico foi definido em 210 Gpa e um limite de escoamento do corpo elastoplástico como uma tensão de escoamento de 0,2% foi definida em 110 ksi (758,3 MPa). O aperto foi realizado até que a superfície de ressalto do pino 10 entrasse em contato com a superfície de ressalto da caixa e uma volta de 1,0/100 fosse realizada.

[0055] Os testes de número 1 e 3 a 6 foram Exemplos Inventivos da presente invenção com a intenção de representar conexões roscada na presente modalidade, em cada um dos quais o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna 15 da superfície de ressalto do pino foi menor do que o diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. O teste de número 2 foi Exemplo Comparativo como uma referência com a intenção de representar uma conexão roscada convencional, na qual o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi a mesma do diâmetro Dbi da borda 20 circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. Os testes de número 7 a 9 foram Exemplos Comparativos, em cada um dos quais o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi a mesma do diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

[0056] [Método de Avaliação] 25 Na análise FEM, as etapas de carga (combinações da pressão interna, pressão externa, carga de tensão e carga compressiva) que simula o teste da Série A de acordo com a ISO13679 2011 foram aplicadas ao modelo em um estado de aperto. Dos pontos de carga em um ciclo de pressão externa em um histórico de etapas de carregamento, foi prestada atenção a um ponto de carga de 30 uma pressão externa e uma carga compressiva e um ponto de carga de apenas uma pressão externa, e em cada um dos pontos de carga, a capacidade de vedação de uma parte de vedação foi avaliada. Neste documento, foram investigadas uma força de contato vedante [N/mm] sob a pressão externa e carga compressiva e uma força de contato vedante [N/mm] apenas sob a pressão externa. A força de contato 5 vedante mencionada neste documento refere-se a um valor de [pressão média interfacial de contato entre as superfícies de vedação] × [largura do contato] e significa que quanto maior o valor, melhor a capacidade de vedação.

[0057] Uma avaliação específica da capacidade de vedação foi conduzida com referência ao Teste de número 2. Especificamente, a força de contato vedante 10 sob a pressão externa e carga compressiva, e a força de contato vedante apenas sob a pressão externa no Teste de número 2 foram consideradas como referências (1,00) e uma razão das forças de contato vedante em cada n° de teste foram comparadas com as respectivas forças de contato vedante no Teste de número 2.

[0058] [Resultado dos Testes] 15 Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 1 acima. A partir dos resultados mostrados na Tabela 1, os seguintes são indicados. Em cada um dos Testes de número 1 e 3 a 6 sendo Exemplo Inventivo da presente invenção, a capacidade de vedação foi melhorada em comparação com o Teste de número 2 sendo Exemplo Comparativo como a referência. Isso foi atribuível a uma condição 20 que o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi menor do que o diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. Em particular, em cada um dos Testes de número 1 e 3 a 6, a capacidade de vedação foi adicionalmente melhorada. Isso foi atribuível a uma condição que uma espessura de tp de uma região de ressalto do pino foi de 60% 25 ou mais de uma espessura de parede t de um corpo de tubo do pino, de modo que a espessura de parede da parte de vedação do pino foi eficazmente grande. Além disso, essa melhoria adicional na capacidade de vedação foi atribuível a uma condição que uma espessura tb de uma região de ressalto da caixa foi de 55% ou menos da espessura de parede t do corpo do tubo do pino, de modo que a área da 30 superfície de contato de ressalto foi eficazmente pequena.

[0059] Em contraste, em cada um dos Testes de número 7 a 9 sendo Exemplos Comparativos, a capacidade de vedação foi diminuída em comparação com o Teste de número 2 como a referência. Isso foi atribuível a uma condição que o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do 5 pino foi a mesma do diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. Em particular, esta diminuição na capacidade de vedação foi atribuível também a uma condição que a espessura tp da região de ressalto do pino não atingiu 60% da espessura de parede t do corpo do tubo do pino, de modo que a espessura de parede da parte de vedação do pino foi pequena.

10 [0060] [Exemplo 2] [Condições do Teste] No Exemplo 2, a mesma análise FEM como a do Exemplo 1 acima foi conduzida. Em particular, no Exemplo 2, o ângulo de alimentação da superfície de 15 ressalto foi definido em 5°. De outra forma, as condições comuns foram as mesmas do Exemplo 1 acima. As condições dimensionais alteradas (diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino e diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa) foram de acordo com a Tabela 2 mostrada abaixo.

20 [0061] [Tabela 2] TABELA 2 Capacidade de vedação [adimensional] Dpi Dbi Dpi-Dbi tp/t tb/t Pressão N° Apenas Categoria [mm] [mm] [mm] [%] [%] externa+ pressão carga externa compressiva Exemplo 10 146,67 154,32 -7,65 62 47 1,28 1,17 inventivo

Exemplo 11 146,67 146,67 0 62 63 1,00 1,00 Comparativo (Referência) Exemplo 12 146,67 150,20 -3,53 62 55 1,14 1,10 inventivo Exemplo 13 146,67 158,45 -11,78 62 40 1,38 1,22 inventivo Exemplo 14 146,67 162,58 -15,91 62 32 1,46 1,25 inventivo Exemplo 15 146,67 166,71 -20,04 62 24 1,41 1,21 inventivo Exemplo 16 150,20 150,20 0 55 56 0,91 0,69 Comparativo Exemplo 17 154,32 154,32 0 47 48 0,74 0,28 Comparativo Exemplo 18 158,45 158,45 0 40 41 0,52 0,00 Comparativo (Nota) Significados dos sinais na Tabela 2 são os seguintes.

Dpi: Diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino [ mm ] Dbi: Diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa [mm ] tp: Espessura da região de ressalto do pino [ mm ] 5 t: Espessura de parede do corpo de tubo do pino [ mm ] tb: Espessura da região de ressalto da caixa [mm ]

[0062] Os testes de número 10 e 12 a 15 foram Exemplos Inventivos da presente invenção com a intenção de representar uma conexão roscada na presente modalidade, em cada um dos quais o diâmetro Dpi da borda 10 circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi menor do que o diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. O teste de número 11 foi Exemplo Comparativo como uma referência com a intenção de representar uma conexão roscada convencional, na qual o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi a mesma do diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa. Os testes de número 16 a 18 foram Exemplos Comparativos, em cada um dos quais o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi a 5 mesma do diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

[0063] [Método de Avaliação] Como no Exemplo 1 acima, a capacidade de vedação foi avaliada.

Especificamente, a avaliação da capacidade de vedação foi conduzida com 10 referência ao Teste de número 11. Especificamente, a força de contato vedante sob a pressão externa e carga compressiva, e a força de contato vedante apenas sob a pressão externa no Teste de número 11 foram consideradas como referências (1,00) e razões das forças de contato vedante em cada n° de teste foram comparadas com as respectivas forças de contato vedante no Teste de 15 número 11.

[0064] [Resultado dos Testes] Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 2 acima. A partir dos resultados mostrados na Tabela 2, os seguintes são indicados. Em cada um dos Testes de número 10 e 12 a 15 sendo Exemplo Inventivo da presente invenção, 20 a capacidade de vedação foi melhorada em comparação com o Teste de número 11 sendo Exemplo Comparativo como a referência. Isso foi atribuível a uma condição que o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi menor do que o diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

25 [0065] Em contraste, em cada um dos Testes de número 16 a 18 sendo Exemplos Comparativos, a capacidade de vedação foi diminuída em comparação com o Teste de número 11 como a referência. Isso foi atribuível a uma condição que o diâmetro Dpi da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino foi a mesma do diâmetro Dbi da borda circunferencial interna da superfície de 30 ressalto da caixa.

[0066] A presente invenção não está limitada às modalidades descritas acima e podem ser efetuadas várias modificações sem se afastar da essência e escopo da presente invenção. Por exemplo, a conexão roscada pode ser qualquer uma de um tipo de acoplamento e um tipo integral.

5 APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0067] A conexão roscada de acordo com a presente invenção pode ser eficazmente usada para conectar tubos de aço utilizados como produtos tubulares petrolíferos.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 10 [0068] 10 pino 11 corpo do tubo 12 superfície de ressalto 12a borda circunferencial interna 15 12b borda circunferencial externa 13 superfície de vedação 14 parte roscada macho 15 parte de vedação do pino 20 caixa 20 21 corpo do tubo 22 superfície de ressalto 22a borda circunferencial interna 22b borda circunferencial externa 23 superfície de vedação 25 24 parte roscada fêmea 30 superfície de contato de ressalto Do diâmetro da borda circunferencial externa da superfície de ressalto Dpi diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino 30 Dbi diâmetro da borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa tp espessura da região de ressalto do pino tb espessura da região de ressalto da caixa t espessura da parede do corpo do tubo do pino

5 CL eixo do tubo

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conexão roscada para tubos de aço compreendendo um pino tubular e uma caixa tubular, caracterizada pelo fato de que o pino inclui, em ordem a partir de uma extremidade dianteira do pino em direção a um corpo do tubo do pino, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto do pino, e uma parte roscada macho, a caixa inclui, em ordem a partir do corpo de tubo da caixa em direção a uma extremidade dianteira da caixa, uma superfície de ressalto anular, uma superfície de vedação anular localizada adjacente à superfície de ressalto da caixa, e uma parte roscada fêmea, a superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa inclina de um plano perpendicular para um eixo de tubo em uma direção de roscagem do pino, e um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto do pino é menor do que um diâmetro de uma borda circunferencial interna da superfície de ressalto da caixa.

2. A conexão roscada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um ângulo de alimentação da superfície de ressalto de cada um do pino e da caixa com respeito ao plano perpendicular ao eixo do tubo é 5º a 20º.

3. Conexão roscada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que uma espessura de uma região anular de ressalto do pino que aparece quando a superfície de ressalto do pino é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo é de 60% ou mais de uma espessura de parede do corpo do tubo do pino.

4. Conexão roscada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a espessura de uma região anular de ressalto da caixa que aparece quando a superfície de ressalto da caixa é projetada no plano perpendicular ao eixo do tubo é de 20% ou mais e 55% ou menos de uma espessura de parede do corpo do tubo do pino.