BR112022000750B1

BR112022000750B1 - Ligação roscada para coluna de revestimento de um poço petrolífero

Info

Publication number: BR112022000750B1
Application number: BR112022000750-7A
Authority: BR
Inventors: Anthony FOULOGNE; Pierre Martin; Malic ABDEDDAIM; Mickaël PUSARD
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2024-02-15
Also published as: US20220259927A1; EA202290092A1; EP3918177C0; PL3918177T3; EP3918177A1; EP3918177B1; WO2021013646A1; BR112022000750A2; FR3098878B1; CA3145351A1; AU2020316619A1; AR119434A1; JP2022541053A; CN114402116A; MX2022000765A; FR3098878A1

Abstract

ligação roscada para coluna de revestimento de um poço petrolífero. a presente invenção refere-se a ligação tubular roscada para revestimento de poços de hidrocarbonetos obtida pelo aperto de uma união cónica macho com uma união cónica fêmea, compreendendo a ligação nesta ordem a partir de um bordo livre (19) da união cónica macho: uma vedação interna metal-metal (25, 26), uma primeira parte roscada (16a, 18a), um limitador intermédio (22, 24), uma vedação intermédia metal-metal (27, 28) e uma segunda parte roscada (16b, 18b), estando o bordo livre (19) a uma distância axial não nula (d) da união cónica fêmea, compreendendo cada uma das partes roscadas uma hélice equipada com um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada, uma raiz de rosca, tais que um passo do flanco de carga (lflp1, lflb1) e um passo do flanco de entrada (sflp1, sflb1) da primeira parte roscada e respectivamente um passo do flanco de carga (lflp2, lflb2) e um passo do flanco de entrada (sflp2, sflb2) da segunda parte roscada cumprem a seguinte condição: matemática 12 sfl_b1 = lfl_b1 = sfl_b2 = lfl_b2 = sfl_p1 = lfl_p1 = sfl_p2 = lfl_p2

Description

[001] A presente invenção refere-se a ligações ou montagens de tubos destinados a serem ligados mediante abertura de roscas e relaciona-se com os tubos utilizados na indústria e particularmente, montagens ou junções roscadas destinadas a equipar colunas de tubos de produção ou acessórios de tubos de produção ou colunas de revestimento para a exploração, prospeção ou desenvolvimento de poços de petróleo ou gás, bem como com montagens ou junções roscadas utilizadas para qualquer aplicação na qual possa ser necessário montar condutas ou acessórios de tubos de produção, nomeadamente exemplo na indústria da energia geotérmica ou na produção de vapor. A montagem roscada de acordo com a invenção é particularmente útil para a montagem de tubos metálicos utilizados para o revestimento de poços de petróleo ou gás como se explica a seguir.

[002] Neste texto, utilizam-se com o mesmo significado, as palavras "montagem" ou "ligação" ou "junção" ou "junta", salvo para contextos particulares. Por "tubos" entende-se qualquer tipo de tubos ou componentes tubulares ou acessórios de tubos de produção existentes ou adequados para utilização na indústria, sendo estes tubos geralmente tubos metálicos. Particularmente, estes tubos são tubos sem costura obtidos de aço, nomeadamente os definidos na Especificação API 5 CT, ou ainda de acordo com a Norma ISO 11960:2004. Preferencialmente, uma ligação de acordo com a invenção é obtida entre tubos produzidos a partir de um material de forte capacidade de resistência à rotura, por exemplo, aços de uma gradação compreendida entre 862 e 965 MPa (isto é, 125 e 140 ksi).

[003] Conhecem-se inúmeros tipos de montagem para tubos de petróleo ou gás que dão resultados satisfatórios do ponto de vista das características mecânicas e da vedação, mesmo em condições severas de utilização. Algumas destas montagens requerem tubos equipados com aberturas de rosca troncocônicas macho nas duas extremidades que são montadas mediante acoplamentos de duas aberturas troncocônicas de rosca fêmea correspondentes. Este modo de montagem tem a vantagem de tornar rígidos os dois componentes da montagem, devido à existência de interferências positivas que podem ser criadas entre aberturas de rosca macho e aberturas de rosca fêmea. Trata-se de ligações roscadas e acopladas, também chamadas ligações T&C.

[004] Contudo, o diâmetro exterior destes acoplamentos é superior ao dos tubos correspondentes e quando estas montagens são utilizadas em tubos de revestimento, requerem a produção de furos de sondagem de diâmetro aumentado. No caso de poços muito profundos, de uma profundidade que excede 4000 m, o revestimento necessitará de descer mais profundamente no poço, e sabe-se que são preferidas montagens sem acoplamento, como ensinado nos documentos US 2992019, EP 0767335 ou ainda US 2013/0015657. Neste caso, cada um dos tubos compreende uma extremidade equipada com uma conexão de ferramenta macho e uma segunda extremidade equipada com uma conexão de ferramenta fêmea. Os tubos são montados topo-a-topo por ligações entre conexões macho e fêmea. Estas montagens são designadas pelo termo "integrais".

[005] Para responder às crescentes necessidades de resistência às pressões internas e externas, do documento US 4662659 conhece- se uma ligação integral equipada com duas partes roscadas faseadas em ambos os lados de um limitador intermédio, sendo este limitador intermédio concebido com um ângulo negativo para aumentar a resistência às pressões. Adicionalmente, de um lado deste limitador intermédio, ou em ambos os lados deste limitador intermédio, o documento ensina zonas de vedação por interferência radial entre superfícies cônicas, cujos ângulos de conicidade são ligeiramente modificados uns relativamente aos outros por um ângulo Y. De acordo com este documento, a vedação é fornecida exclusivamente centralmente, entre as duas partes roscadas, na proximidade do limitador intermédio. O documento US 2019 0040978 propõe uma alternativa ao documento US 4662659, pela especificação de uma geometria particular destas vedações em ambos os lados do limitador intermédio, e pela modificação da forma da abertura de rosca e pela escolha de uma abertura de rosca com um perfil de cauda de andorinha.

[006] Ademais, do documento US 2017 0101830 conhece-se outra ligação equipada com duas partes roscadas faseadas em ambos os lados de um limitador intermédio. De acordo com este documento, é fornecida uma vedação entre uma parte roscada e este limitador intermédio. Agora, a definição desta vedação reduz o desempenho e a capacidade do limitador intermédio, pelo que este documento ensina o fornecimento de uma superfície de limitador adicional ao nível da extremidade distal da conexão de ferramenta macho. Alternativamente, outros documentos propõem modificar a abertura de rosca, para compensar o menor desempenho do limitador intermédio em compressão. Estas aberturas de rosca alternativas são assim designadas aberturas de rosca "em cauda de andorinha" e são formadas de maneira a obter-se um bloqueio conjunto das partes roscadas. Para tal, as partes roscadas são propostas com um valor de passo que é diferente para o flanco de carga e para o flanco de entrada, pelo que a hélice desta abertura de rosca propõe uma largura de dente que aumenta progressivamente com as voltas da hélice, de uma extremidade para a outra, reduzindo-se as cavidades definidas entre as espirais desta hélice de acordo com a mesma progressão. Assim, o aperto das partes roscadas é realizado até que seja obtido contato entre flancos de entrada, mas também entre flancos de carga. Contudo, embora este tipo de ligação, chamada "rosca de cunha autoblocante", seja muito eficaz, é muito difícil de maquinar e dominar no momento da montagem.

[007] Apesar das diversas soluções que já são conhecidas, surgiu assim uma necessidade de facilitar a maquinação de uma ligação integral que seja adequada à formação de revestimentos para poços muito profundos, porém conseguindo-se o desempenho relativamente à resistência aos ciclos de pressões internas e pressão externas, bem como as tolerâncias em tração e compressão, aceitando-se simultaneamente as tolerâncias inerentes à maquinação e montagem no campo dos tubos de petróleo ou gás. Na prática, também se tornou evidente que a maneira como a massa lubrificante de montagem foi aplicada nas juntas foi um fator da primeira ordem para fazer uma ligação com sucesso. A ligação roscada de acordo com a invenção permite tolerar melhor as variações de manobra no momento da aplicação de uma quantidade de massa lubrificante.

[008] O proveito da invenção é propor uma ligação integral que responde a requisitos técnicos aproximados aos dos acoplamentos de manga, e que permite ter uma eficácia aproximada a do tubo. Particularmente, uma ligação de acordo com a invenção pode ter uma eficácia igual a 96% da eficácia do tubo. Geralmente, a eficácia é definida como sendo a relação entre a seção crítica da ligação e a seção transversal de uma parte regular de um tubo entre as duas extremidades de um componente. A seção crítica da ligação é igual à menor seção crítica da conexão de ferramenta macho ou conexão de ferramenta fêmea.

[009] A invenção aplica-se preferencialmente a ligações roscadas de grande diâmetro, particularmente para tubos de diâmetro exterior superior a 177,8 mm (7 polegadas), preferencialmente superior a 254 mm (10 polegadas), por exemplo 406,4 mm (16 polegadas).

[0010] A invenção propõe uma ligação com melhor aderência nestes aspetos.

[0011] O tema da invenção é uma ligação tubular roscada para a perfuração e/ou desenvolvimento de poços de hidrocarbonetos, que compreende um primeiro tubo equipado em uma primeira extremidade distal com uma conexão de ferramenta macho e um segundo tubo equipado em uma segunda extremidade distal com uma conexão de ferramenta fêmea, sendo a conexão de ferramenta macho capaz de ser montada por aperto com a conexão de ferramenta fêmea, definindo o primeiro tubo montado no segundo tubo conjuntamente, um eixo longitudinal X, compreendendo a conexão de ferramenta macho nesta ordem a partir de um bordo livre da primeira extremidade distal para um corpo deste primeiro tubo: uma superfície de vedação interna macho, uma primeira parte roscada macho, um ressalto limitador macho, uma superfície de vedação intermédia macho, e uma segunda parte roscada macho, compreendendo a conexão de ferramenta fêmea uma superfície de vedação interna fêmea, destinada a formar uma vedação interna por interferência radial com a primeira superfície de vedação macho, uma primeira parte roscada fêmea engatada com a parte roscada macho, um ressalto limitador fêmeo em contato limitador com o ressalto limitador macho, uma superfície de vedação intermédia fêmea destinada a formar uma vedação intermédia por interferência radial com a superfície de vedação intermédia macho e uma segunda parte roscada fêmea engatada com a segunda parte roscada macho quando a ligação é montada, estando o bordo livre da primeira extremidade distal a uma distância (d) não nula a partir da conexão de ferramenta fêmea na posição montada, compreendendo cada uma das partes roscadas macho pelo menos uma hélice equipada com um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada, uma raiz de rosca, tais que um passo do flanco de carga LFLp1 e um passo do flanco de entrada SFLp1 da primeira parte roscada macho, e respectivamente um passo do flanco de carga LFLb2 e um passo do flanco de entrada SFLb2 da segunda parte roscada macho cumprem a seguinte condição: Matemática 1 SFLp1 = LFLp1 = SFLp2 = LFLp2 = k1

[0012] Onde k1 é uma constante para pelo menos duas voltas completas de cada uma das hélices.

[0013] Preferencialmente, cada uma das partes roscadas fêmea compreende pelo menos uma hélice equipada com um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada, uma raiz de rosca, tais que um passo do flanco de carga LFLb1 e um passo do flanco de entrada SFLb1 da primeira parte roscada macho, e respectivamente um passo do flanco de carga LFLb2 e um passo do flanco de entrada SFLb2 da segunda parte roscada macho cumprem a seguinte condição: Matemática 2 SFLb1 = LFLb1 = SFLb2 = LFLb2 = k2

[0014] Onde k2 é uma constante para pelo menos duas voltas completas de cada uma das hélices.

[0015] Preferencialmente, as constantes k1 e k2 podem ser iguais.

[0016] Por exemplo, a primeira parte roscada fêmea pode compreender um sulco anelar, sendo este sulco anelar por exemplo apto para ter uma largura radial menor que a constante k2, estando este sulco a uma distância radial das pelo menos duas voltas completas da hélice da primeira parte roscada fêmea definida acima.

[0017] Preferencialmente, a hélice da primeira parte roscada fêmea pode ser troncocônica ou inclusivamente exclusivamente troncocônica por exemplo de conicidade compreendida entre 5% e 15% preferencialmente 8% e 12%. Neste caso, a hélice da primeira parte roscada macho pode compreender uma parte troncocônica de conicidade idêntica à da hélice da primeira parte roscada fêmea e uma parte cilíndrica na proximidade da superfície de vedação interna.

[0018] Vantajosamente, a hélice da segunda parte roscada fêmea pode ser troncocônica, preferencialmente exclusivamente troncocônica, por exemplo de conicidade compreendida entre 5% e 15% preferencialmente 8% a 12 %. Também neste caso, a hélice da segunda parte roscada macho pode compreender uma parte troncocônica de conicidade idêntica à da hélice da segunda parte roscada fêmea e uma parte cilíndrica na proximidade da superfície de vedação intermédia.

[0019] Preferencialmente a vedação interna pode ser do tipo toro- cone por exemplo com a superfície de vedação interna macho que é cônica enquanto a superfície de vedação interna fêmea compreende uma parte toroidal. Vantajosamente, a vedação intermédia pode ser de um tipo diferente da vedação interna. A vedação intermédia pode ser do tipo cone-cone, sendo então cônicas as superfícies de vedação intermédia macho e fêmea, particularmente de conicidade substancialmente idêntica.

[0020] Mais particularmente, a superfície de vedação interna fêmea pode compreender nesta ordem a partir do corpo do segundo tubo para a segunda extremidade distal, um primeiro arco de círculo de raio R1 e um segundo arco de círculo de raio R2 tais estes raios cumprem a seguinte condição: Matemática 3 R1 < R2

[0021] O flanco de entrada e o flanco de carga da hélice da parte roscada macho podem compreender partes retilíneas, respectivamente ligadas por raios de combinação com a crista de rosca e raiz de rosca adjacentes, tais que o flanco de entrada da parte roscada fêmea pode compreender pelo menos uma parte retilínea paralela ao flanco de entrada da parte roscada macho tanto para a primeira parte roscada como para a segunda parte roscada.

[0022] A invenção tem também o proveito da segunda extremidade distal do segundo tubo poder ser reforçada, isto é, para se obter espessura extra. Vantajosamente, as duas extremidades distais deste segundo tupo podem ser reforçadas.

[0023] Alternativamente e/ou em combinação, a segunda extremidade distal do segundo tubo pode ter um diâmetro exterior inferior a 103% do diâmetro exterior deste segundo tubo. A ligação é então chamada “semi-lisa”.

[0024] Em uma concretização preferida da invenção, cada parte roscada macho, e respectivamente cada parte roscada fêmea pode compreender uma única hélice. Neste caso, as hélices da parte roscada macho e respectivamente da parte roscada fêmea podem compreender pelo menos 3 voltas, preferencialmente pelo menos 4 voltas. Mas em uma variante, a primeira e/ou a segunda parte roscada macho pode compreender várias hélices, prolongando-se estas hélices ao longo de uma e mesma parte do eixo longitudinal e sendo estas hélices tais que os inícios destas hélices podem ser por exemplo igualmente distribuídos em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da ligação. O passo de cada uma das hélices é assim superior ao de uma configuração de uma única hélice.

[0025] Para facilitar a montagem, as cristas de rosca e as raízes de rosca das partes roscadas macho e fêmea podem ser de conicidade inferior à conicidade das referidas partes roscadas, por exemplo, podem ser paralelas ao eixo longitudinal da ligação. Neste caso, uma altura radial de um flanco de entrada da parte roscada macho pode ser superior a uma altura radial de um flanco de carga desta parte roscada macho.

[0026] Outras características e vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes com a leitura da descrição detalhada abaixo, com referência aos desenhos anexados, que ilustram:

[0027] Figura 1: uma vista exterior de perfil de um primeiro tubo de acordo com a invenção;

[0028] Figura 2: uma vista em corte longitudinal de um segundo tubo de acordo com a invenção;

[0029] Figura 3: uma vista parcial em corte longitudinal de uma conexão de ferramenta macho do primeiro tubo na Figura 1;

[0030] Figura 4: uma vista parcial em corte longitudinal de uma conexão de ferramenta fêmea do segundo tubo na Figura 2;

[0031] Figura 5: uma vista parcial em corte longitudinal de uma conexão de ferramenta macho do primeiro tubo da Figura 1 montada em uma conexão de ferramenta fêmea do segundo tubo da Figura 2, indicando também esta vista em corte os níveis de tensão alcançados dentro da ligação após a montagem;

[0032] Figura 6: uma vista parcial em corte longitudinal de uma parte intermédia não roscada fêmea de uma conexão de ferramenta fêmea de acordo com a invenção;

[0033] Figura 7: uma vista parcial em corte longitudinal de uma parte intermédia não roscada macho de uma conexão de ferramenta macho de acordo com a invenção;

[0034] Figura 8: uma vista parcial em corte longitudinal de uma parte interna fêmea não roscada de uma conexão de ferramenta fêmea de acordo com a invenção;

[0035] Figura 9: uma vista parcial em corte longitudinal de uma parte interna não roscada macho de uma conexão de ferramenta macho de acordo com a invenção;

[0036] Figura 10: uma vista parcial em corte longitudinal de uma parte roscada macho de uma conexão de ferramenta macho de acordo com a invenção;

[0037] Figura 11: uma vista parcial em corte longitudinal de um dente de uma parte roscada macho de acordo com a Figura 10;

[0038] Figura 12: uma vista parcial em corte longitudinal transversal de uma parte roscada fêmea de uma conexão de ferramenta fêmea de acordo com a invenção;

[0039] Figura 13: uma vista parcial em corte longitudinal de um dente de uma parte roscada fêmea de acordo com a Figura 12;

[0040] Figura 14: uma vista parcial em corte longitudinal da parte roscada macho na Figura 10 em uma posição montada com a parte roscada fêmea na Figura 12;

[0041] Figura 15: uma vista parcial em corte longitudinal de um sulco para evacuação do excesso de pressão de massa lubrificante formado em uma parte roscada fêmea de uma conexão de ferramenta fêmea de acordo com a invenção.

[0042] Como pode ser visto na Figura 1, um primeiro tubo 12 compreende um corpo de tubo 120. Este primeiro tubo 12 tem um comprimento axial de vários metros de comprimento, por exemplo, da ordem de 10 a 15 m de comprimento. Prolonga-se consoante um eixo longitudinal X. Em uma primeira extremidade axial 121 deste primeiro tubo 12, o primeiro tubo 12 compreende uma conexão de ferramenta macho 18. O corpo de tubo 120 compreende um diâmetro exterior, geralmente designado diâmetro exterior nominal. Opostamente à primeira extremidade axial 121, o primeiro tubo compreende uma segunda extremidade axial 122. Esta segunda extremidade axial 122 tem um diâmetro exterior superior ao do corpo do tubo 120.

[0043] Figura 2, representa uma vista em corte longitudinal de um segundo tubo 14, idêntico ao primeiro tubo 12. Este segundo tubo 14 compreende um corpo de tubo 140 equipado em uma primeira extremidade axial 141 com uma conexão de ferramenta macho e em uma segunda extremidade axial 142, uma conexão de ferramenta fêmea 16. A conexão de ferramenta macho é maquinada na superfície exterior da primeira extremidade axial 121. A segunda extremidade axial 142 tem um diâmetro exterior superior ao do corpo do tubo 140. A conexão de ferramenta fêmea é maquinada na superfície interna desta segunda extremidade.

[0044] Na descrição a seguir, será descrita uma ligação formada entre a conexão de ferramenta fêmea 16 do segundo tubo 14 com a conexão de ferramenta 18 do primeiro tubo 12. Por exemplo, a Figura 5 representa uma ligação de acordo com a invenção. Esta ligação é chamada semi-lisa, na medida em que o diâmetro exterior ao nível da ligação formada é inferior a 105% ou inclusivamente 103% do diâmetro exterior dos corpos dos tubos 120, 140. A invenção aplica-se a ligações que podem ser lisas, nomeadamente para as quais o diâmetro exterior ao nível da ligação é inferior a 101% do diâmetro exterior nominal ODnom.

[0045] No exemplo descrito, os primeiro e segundo tubos 12 e 14 são idênticos, e cada um compreende uma conexão de ferramenta macho 18 na respetiva primeira extremidade 121 e 141 daqueles, e cada um também compreende uma conexão de ferramenta fêmea 16 na respetiva segunda extremidade 122 e 142 daqueles.

[0046] Antes da maquinação da conexão de ferramenta macho 18, a primeira extremidade distal 121, 141 é cônica. A conicidade resulta em uma redução do diâmetro interior da primeira extremidade 121, 141, iniciando-se em um estreitamento 13 que forma uma transição entre o corpo de tubo e a primeira extremidade. Preferencialmente, o diâmetro interior da primeira extremidade é restringido relativamente ao diâmetro interior nominal do corpo de tubo, pelo que após a montagem da ligação, o diâmetro interior ao nível da ligação é superior a 94% do diâmetro interior nominal. A primeira extremidade 121, 141 prolonga-se entre um bordo livre 19 e o corpo de tubo. Esta primeira extremidade que suporta uma conexão de ferramenta macho 18 representa um certo comprimento axial, da ordem de 20 a 30 cm, entre o bordo livre 19 e o corpo de tubo.

[0047] Igualmente, antes de maquinar a conexão de ferramenta fêmea 16 ao nível da segunda extremidade distal 122, 142, a segunda extremidade é submetida a uma expansão diametral. Como representado nas Figuras 1 e 2, a expansão diametral 15 ocorre a uma distância a partir do bordo livre 17 da segunda extremidade axial 122, 142, tal que a segunda extremidade axial 122, 142 representa um certo comprimento axial, da ordem de 20 a 30 cm, entre o bordo livre 17 e o corpo de tubo.

[0048] A conexão de ferramenta macho 18 compreende duas partes roscadas, respectivamente 18a e 18b. Estas duas partes roscadas prolongam-se consoante duas partes sucessivas ao longo do eixo X. São espaçadas uma da outra por uma parte intermédia não roscada 20. As partes roscadas macho 18a e 18b são deslocadas radialmente relativamente ao eixo X. Efetivamente, a conexão de ferramenta macho 18 compreende um ressalto limitador macho 22 na parte intermédia não roscada 20. O limitador intermédio macho 22 define uma superfície anelar em um plano perpendicular ao eixo X. Preferencialmente, cada uma das partes roscadas macho 18a e 18b compreende uma única espiral que forma uma única hélice. Preferencialmente, o passo das hélices de cada uma das partes roscadas é idêntico.

[0049] Entre o bordo livre 19 e a primeira parte roscada 18a, uma parte interna não roscada macho 30 compreende uma superfície de vedação interna 25.

[0050] Entre o limitador intermédio macho 22 e a segunda parte roscada macho 18b, a parte intermédia não roscada macho 20 compreende uma superfície de vedação intermédia 26.

[0051] A conexão de ferramenta fêmea 16 compreende duas partes roscadas, respectivamente 16a e 16b. Estas duas partes roscadas prolongam-se consoante duas partes sucessivas ao longo do eixo X. São espaçadas uma da outra por uma parte intermédia não roscada 21. As partes roscadas fêmea 16a e 16b são deslocadas radialmente relativamente ao eixo X. Efetivamente, a conexão de ferramenta fêmea 16 compreende um ressalto limitador intermédio 24 na parte intermédia não roscada 21. O limitador intermédio fêmeo 24 define uma superfície anelar em um plano perpendicular ao eixo X. Preferencialmente, cada uma das partes roscadas macho 18a e 18b compreende uma única espiral que forma uma única hélice. Preferencialmente, o passo das hélices de cada uma das partes roscadas macho e fêmea é idêntico.

[0052] Entre o corpo do tubo 14 e a primeira parte roscada 16a, a conexão de ferramenta fêmea 16 compreende uma parte interna não roscada fêmea 31 que compreende uma superfície de vedação interna 27.

[0053] Entre a superfície do limitador intermédio 24 e a segunda parte roscada fêmea 16b, a parte intermédia não roscada fêmea 21 compreende uma superfície de vedação intermédia 29.

[0054] Na posição montada da ligação, na Figura 5,

[0055] - o bordo livre 19 permanece a uma distância axial não nula "d", por exemplo mais de 0,1 mm, da conexão de ferramenta fêmea 16;

[0056] - a hélice da primeira parte roscada macho 18a está engatada na da primeira parte roscada fêmea 16a,

[0057] - a hélice da segunda parte roscada macho 18b está engatada na da segunda parte roscada fêmea 16b,

[0058] - o limitador intermédio macho 22 entra em contato de limitação com o limitador intermédio fêmeo 24,

[0059] - a superfície de vedação interna macho 25 entra em contato de interferência radialmente com a superfície de vedação interna fêmea 26, para formar uma vedação interna metal-metal que protege a ligação da carga da pressão interna,

[0060] - a superfície de vedação intermédia macho 27 entra em contato de interferência radialmente com a superfície de vedação intermédia fêmea 28, para formar uma vedação intermédia metal-metal que protege a ligação da carga da pressão externa,

[0061] - o bordo livre 17 da conexão de ferramenta fêmea está a uma distância axial não nula da conexão de ferramenta macho.

[0062] A ligação de acordo com a invenção compreende um único limitador axial, ortogonal ao eixo X, obtido pelo contato entre os limitadores intermédios 22 e 24, e cuja principal função é marcar o fim do aperto da ligação.

[0063] Uma espessura radial das superfícies em contato com estes limitadores intermédios 22 e 24 é inferior a 20% da seção transversal do tubo 120 ou 140, sendo esta seção transversal delimitada entre ODnom e IDnom. A maquinação das conexões macho e fêmea permite uma tolerância de fabrico que permite utilizar qualquer tubo compatível cujas dimensões ODnom e IDnom sejam compatíveis com as tolerâncias das especificações estabelecidas nas normas API. Porém, o limitador intermédio permite absorver uma parte das tensões compressivas da ligação, mas o respetivo dimensionamento não permite absorver toda a carga compressiva.

[0064] Em ambos os lados da vedação interna metal-metal, a parte interna não roscada macho 30 está a uma distância radial não nula da parte interna não roscada fêmea 31. A vedação interna metal-metal é produzida a uma distância dos bordos desta zona interna não roscada 30-31.

[0065] Exceto ao nível dos contactos obtidos para a vedação intermédia metal-metal e para a limitação dos ressaltos limitadores 22 e 24, a parte intermédia não roscada macho 20 está a uma distância radial não nula da parte interna não roscada fêmea 21. A vedação intermédia metal-metal é produzida a uma distância dos bordos desta zona intermédia não roscada 20-21.

[0066] Como pode ser visto na Figura 2, a vedação interna metal metal recebe mais tensões que a vedação intermédia. A vedação intermédia é útil para garantir a vedação em tensões de pressão externa. Entre a segunda parte roscada e o limitador intermédio, a vedação intermédia tem assim uma espessura da conexão de ferramenta macho 18 e da conexão de ferramenta fêmea 16 ao nível desta superfície de vedação que lhe permite ter uma forte estabilidade de contato, particularmente em forte carga de tração: não há separação das superfícies.

[0067] Pormenorizadamente, nas Figuras 6 e 7, de acordo com uma concretização da invenção, a vedação intermédia é do tipo cone-cone. A superfície de vedação intermédia macho 27 e a superfície de vedação intermédia fêmea 28 são troncocônicas de conicidade idêntica. Alternativamente, estas superfícies 27 e 28 podem ter uma conicidade substancialmente idêntica, no sentido de a conicidade de uma poder estar compreendida entre + e -1% da conicidade da outra. Por exemplo, a conicidade destas superfícies 27 e 28 está compreendida entre 15 e 25%, por exemplo, igual a 20% +/- 1%, ou também ambas iguais a 20%.

[0068] A superfície de vedação intermédia macho 27 é ligada de um lado por uma parte encurvada convexo-côncava 32 a uma superfície cilíndrica 33 que é adjacente à segunda parte roscada 18b, e ligada do outro lado por outra parte encurvada convexo-côncava 34 a outra superfície cilíndrica 35 adjacente ao ressalto limitador macho 22. A superfície cilíndrica 35 é ligada ao ressalto limitador macho 22 por um raio de combinação 36. As partes encurvadas convexo-côncavas 32 e 34 são dispostas de tal forma que são convexas do lado adjacente à superfície de vedação intermédia macho 27, e côncavas quando se ligam respectivamente às superfícies cilíndricas às quais são respectivamente adjacentes. Na prática, as partes encurvadas convexo- côncavas 32 e 34 são tais que o diâmetro exterior ao nível da superfície cilíndrica 33 adjacente à parte roscada 18b é superior ao da superfície cilíndrica 35 adjacente ao limitador macho 22.

[0069] Analogamente, a superfície de vedação intermédia fêmea 28 é ligada de um lado por uma parte encurvada convexo-côncava 37 a uma superfície cilíndrica 38 que é adjacente à segunda parte roscada fêmea 16b, e ligada do outro lado por outra parte encurvada convexo- côncava 39 a outra superfície cilíndrica 40 adjacente ao ressalto limitador fêmeo 24. As partes encurvadas convexo-côncavas 37 e 39 são dispostas de tal forma que são convexas do lado adjacente à superfície de vedação intermédia fêmea 28, e côncavas quando se ligam respectivamente às superfícies cilíndricas às quais são respectivamente adjacentes. Na prática, as partes encurvadas convexo- côncavas 37 e 39 são tais que o diâmetro interior ao nível da superfície cilíndrica 38 adjacente à parte roscada fêmea 14b é superior ao da superfície cilíndrica 40 adjacente ao limitador fêmeo 24.

[0070] As superfícies convexo-côncavas 32, 34, 37 e 39 são ligadas tangencialmente. As superfícies convexo-côncavas 32, 34, 37 e 39 compreendem partes encurvadas ligadas tangencialmente umas às outras, de raio de curvatura compreendido entre 3 e 30 mm.

[0071] Mais especificamente, a superfície cilíndrica 40 é ligada ao ressalto limitador fêmeo 24 por uma transição côncava 41. A transição côncava 41 tem uma parte troncocônica ligada tangencialmente a um raio de curvatura inferior a 1 mm, sendo o raio de curvatura da transição côncava 41 tangente ao ressalto limitador fêmeo 42, para evitar a concentração de tensões na proximidade do ressalto limitador fêmeo 24.

[0072] Para evitar a concentração de tensões na proximidade do ressalto limitador macho 22, o ressalto limitador macho é ligado por uma transição côncava de grande raio 42 a uma superfície cilíndrica 43 adjacente a uma extremidade da primeira parte roscada macho 18a.

[0073] Analogamente, o ressalto limitador fêmeo 24 é ligado por um raio de combinação 44 com uma superfície cilíndrica adjacente 45 da primeira parte roscada fêmea 16a. Na prática, dado que as partes roscadas respectivamente macho e fêmea são obtidas por maquinação, a superfície cilíndrica 45 é adjacente a um sulco 46 de fundo cilíndrico para a extração da ferramenta de maquinação da rosca da primeira parte roscada fêmea 16a. O sulco de fundo cilíndrico 46 define um diâmetro interior superior ao diâmetro interior superior ao da superfície cilíndrica 45. O sulco 46 compreende uma superfície troncocônica de ligação à superfície cilíndrica 45.

[0074] Pormenorizadamente, nas Figuras 8 e 9 de acordo com uma concretização da invenção, a vedação interna é do tipo toro-cone. Neste exemplo, a superfície de vedação interna macho 25 é troncocônica e a superfície de vedação interna fêmea 26 é toroidal. Na Figura 8, a superfície de vedação interna fêmea 26 é uma curva obtida por várias partes encurvadas convexas adjacentes tangentes umas às outras. Em um exemplo, compreende duas partes encurvadas adjacentes, respectivamente de raios R1 e R2, tais que a parte encurvada R1 é mais próxima do corpo de tubo 140 que a parte encurvada R2, e o raio R1 é menor que o raio R2. Preferencialmente, os raios R1 e R2 são superiores a 30 mm. Esta superfície de vedação interna fêmea toroidal 26 é ligada do lado do corpo de tubo 140, a uma superfície cilíndrica 47 por um raio de curvatura 48 de raio pelo menos 3 vezes menor que os raios R1 e R2. Do lado oposto, é ligada a uma superfície cilíndrica adjacente 50 da primeira parte roscada fêmea 16a por uma superfície convexo-côncava que é ligada tangencialmente por um lado à superfície cilíndrica 50, e por outro lado à superfície de vedação 26.

[0075] Para entrar em contato com a superfície de vedação interna fêmea 26, a superfície de vedação interna macho 25 compreende uma parte troncocônica de conicidade compreendida entre 10 e 20%. Ao nível do perímetro interior da conexão de ferramenta macho 12, a superfície interna da conexão de ferramenta macho é chanfrada 51, pelo que a parte interna não roscada 30 tem uma espessura menor, e inclusivamente se a vedação interna induzir uma deflexão interna do anel de vedação definido entre a superfície de vedação interna 25 e a extremidade livre 19, a conexão de ferramenta macho 18 não modifica substancialmente o diâmetro interior de passagem, chamado máximo diâmetro de passagem da ligação.

[0076] A superfície de vedação interna macho 25 é ligada tangencialmente a uma superfície convexa 52, de grande raio de curvatura, que por sua vez é ligado por uma interface 53 ao bordo livre 19 que é definido perpendicularmente ao eixo X. Do lado oposto ao bordo livre 19, a superfície de vedação macho é ligada tangencialmente a uma superfície cilíndrica 54 a montante do início da abertura de rosca da primeira parte roscada macho 18a. Esta superfície cilíndrica 54 permite iniciar as ferramentas para maquinação da rosca.

[0077] O raio principal R2 é determinado para superar a tensão e a plasticização da conexão de ferramenta fêmea 16 acima da vedação interna. Este raio R2 é assim destinado a gerir a vedação para a carga onde a pressão de contato é muito elevada. Quando a pressão de contato é mais moderada, a deflexão do anel de vedação da conexão de ferramenta macho também é mais moderada, e a posição do ponto de vedação movimenta-se assim para o interior do corpo de tubo 140 pelo que o valor do raio R2 já não é necessário. Um raio R1 inferior ao raio R2 é assim utilizado para estes pontos de trabalho. A espessura radial da superfície de vedação ao longo do eixo X é tal que permite utilizar uma espessura menor para maquinar esta superfície de vedação interna fêmea 26. Portanto, a maquinação da conexão de ferramenta fêmea pode ser realizada em tubos, independentemente do seu diâmetro exterior, e automaticamente a eficácia da conexão de ferramenta fêmea é aumentada para uma dada espessura de tubo. Um raio de curvatura 48 também permite reduzir a quantidade de espessura de material necessária para a maquinação da conexão de ferramenta fêmea e assim aumentar a eficácia da ligação para uma dada espessura de tubo.

[0078] Durante o aperto, o primeiro contato da superfície de vedação interna macho 25 é feito com a parte de raio R2. Como este primeiro contato pode ser severo, o facto de ter um valor R2 aumentado permite limitar o risco de gripagem. Uma vez estabelecido o contato, o seguimento do aperto é completado movendo-se o contato entre a superfície de vedação interna macho 25 para a parte do raio R1. Esta configuração específica da superfície de vedação interna fêmea 26 melhora o desempenho e o número de apertos-desapertos que a ligação de acordo com a invenção pode suportar.

[0079] No resto da descrição, vão agora ser descritas as aberturas de roscas.

[0080] Na concretização representada nas Figuras 1 a 9, cada uma de todas as partes roscadas macho 18a, 18b e respectivamente partes roscadas fêmea 16a e 16b, compreendem uma única hélice.

[0081] Contudo, em uma variante, ainda permanecendo no âmbito da invenção, uma parte roscada macho e a sua parte roscada complementar podem compreender uma e mesmo número de hélices superior a 2 hélices.

[0082] Uma hélice é definida por uma saliência helicoidal. Uma hélice compreende um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada e uma raiz de rosca. A raiz de rosca, como a crista de rosca, é definida entre um flanco de carga e um flanco de entrada, tais que

[0083] - em uma hélice portada pela conexão de ferramenta macho 18, a raiz de rosca é radialmente mais próxima do eixo longitudinal X que a crista de rosca;

[0084] - em uma hélice portada pela conexão de ferramenta fêmea 16, a raiz de rosca desta hélice está radialmente mais afastada do eixo longitudinal X que a crista de rosca.

[0085] Um perfil em corte longitudinal desta saliência helicoidal é referido substancialmente trapezoidal, na medida em que uma crista de rosca se prolonga axialmente respectivamente entre o flanco de carga e o flanco de entrada.

[0086] Figura 10 representa uma parte troncocônica 74 em duas voltas da hélice da primeira e da segunda parte roscada macho 18a, respectivamente 18b. A estrutura descrita abaixo para a hélice é reproduzida em pelo menos várias voltas, em pelo menos 3 voltas, mantendo simultaneamente as dimensões, formas e proporções enunciadas abaixo.

[0087] A hélice da parte roscada macho compreende um flanco de carga LFp, uma crista de rosca 60, um flanco de entrada SFp e uma raiz de rosca 61. A raiz 60 e a crista 61 formam segmentos paralelos ao eixo longitudinal X. A raiz de rosca 61 é ligada por uma transição encurvada côncava 62 ao flanco de entrada SFp. A transição encurvada côncava 62 é tal que a raiz da rosca 61 e o flanco de entrada SFp formam um ângulo superior a 90°. O flanco de entrada SFp é retilíneo e forma um ângulo 63 relativamente a uma normal N ao eixo longitudinal X. A raiz de rosca 61 é ligada por uma segunda transição encurvada côncava 64 ao flanco de carga LFp, em uma extremidade da raiz de rosca 61 oposta aquela pela qual esta raiz de rosca é ligada ao flanco de entrada SFp. A segunda transição encurvada côncava 64 é tal que a raiz da rosca 61 e o flanco de carga LFp formam um ângulo inferior a 90°. O flanco de carga LFp é retilíneo, e forma um ângulo 65 relativamente à normal N ao eixo longitudinal X.

[0088] O ângulo 65 é igual ao ângulo 63 mais ou menos tolerâncias de maquinação, nomeadamente +/-0,25°. Os flancos de entrada SFp são escolhidos paralelos aos flancos de carga LFp pelo que os flancos de entrada absorvem uma parte da carga observada na ligação em certas tensões compressivas.

[0089] Por exemplo, o ângulo 63 está compreendido entre 1 e 5°, preferencialmente entre 1,25 e 3,75°.

[0090] Mais pormenorizadamente na Figura 11, a transição encurvada 62 é controlada para poder garantir a dimensão radial do flanco de entrada SFp. Contudo, a raiz de rosca 61 pode compreender um passo com duas partes cilíndricas faseadas 61a e 61b, pelo que a parte cilíndrica 61a imediatamente adjacente à transição encurvada 62 é radialmente mais afastada do eixo longitudinal X que a parte cilíndrica 61b adjacente ao flanco de carga LFp.

[0091] A crista 60 é ligada ao flanco de entrada SFp por uma transição encurvada convexa 66. Esta crista 60 é ligada ao flanco de carga LFp por uma superfície convexa complexa 67 que compreende uma parte troncocônica 68 adjacente à parte cilíndrica da crista 60, sendo esta parte troncocônica 68 ligada por um raio de curvatura 69 ao flanco de carga LFp.

[0092] A altura radial do flanco de entrada SFp é superior à altura radial do flanco de carga LFp, pelo que a parte roscada macho compreende uma parte troncocônica na direção em que uma linha fictícia PL (linha de passo) que passa pelo centro dos sucessivos flancos de entrada SFp e flancos de carga LFp da hélice, define um ângulo de conicidade 70 relativamente ao eixo longitudinal X. Nesta parte troncocônica, a hélice é definida entre as superfícies de duas superfícies fictícias troncocônicas de envolvimento 71 e 72, respectivamente paralelas à linha de passo PL. A superfície fictícia de envolvimento inferior 71 passa pelos pontos de tangência entre a raiz da rosca 61 e a transição encurvada 62 adjacente ao flanco de entrada SFp, de cada volta da hélice nesta parte troncocônica. A superfície fictícia de envolvimento superior 72 passa por um ponto de tangência entre a transição encurvada convexa 66 adjacente ao flanco de entrada SFp e a crista de rosca 60.

[0093] O ângulo 70 é tal que a conicidade desta parte roscada macho 18a e/ou 18b está compreendida entre 5 e 15%, preferencialmente entre 8 e 12%.

[0094] A hélice compreende, além da parte troncocônica 74 descrita acima, uma parte cilíndrica 73 na extremidade da hélice, desenvolvendo-se esta parte cilíndrica 73 por mais de mais de uma volta, e preferencialmente menos de três voltas, particularmente menos de duas voltas. Na concretização descrita, esta extremidade da hélice de forma cilíndrica 73 é colocada do lado da extremidade da parte roscada macho que está mais próxima axialmente do bordo livre 19. Particularmente, a primeira parte roscada macho 18a e a segunda parte roscada macho 18b, compreendem cada uma, uma tal parte cilíndrica 73 adjacente à parte troncocônica 74 da hélice.

[0095] A parte cilíndrica 73 da hélice é tal que as raízes 61 sucessivas desta parte cilíndrica são paralelas e colineares entre si. A superfície fictícia de envolvimento inferior 71 torna-se paralela ao eixo X nesta parte cilíndrica, enquanto a superfície fictícia de envolvimento superior 72 mantém a mesma conicidade para a parte troncocônica 74 e a parte cilíndrica 73.

[0096] A hélice da parte roscada macho compreende adicionalmente, uma parte imperfeita 75 em uma extremidade oposta da parte roscada macho, nomeadamente em uma extremidade da hélice que está mais afastada axialmente do bordo livre 19. Particularmente, a primeira parte roscada macho 18a e segunda parte roscada fêmea 18b compreendem cada uma, uma tal parte imperfeita 75 adjacente à parte troncocônica 74, sendo a parte troncocônica 74 flanqueada entre a parte imperfeita 75 e a parte cilíndrica 73. Esta parte imperfeita 75 é tal que as roscas são de menores alturas, e as sucessivas cristas 60 desta parte imperfeita 75 são paralelas e colineares entre si. A superfície fictícia de envolvimento superior 72 torna-se paralela ao eixo X nesta parte imperfeita 75. Esta parte imperfeita 75 desenvolve-se por mais de uma volta, e preferencialmente menos de três voltas, particularmente menos de duas voltas. Na parte imperfeita 75, a superfície fictícia de envolvimento inferior 71 tem uma conicidade idêntica à da observada na parte troncocônica 74.

[0097] A existência da parte cilíndrica 73 permite limitar o atravancamento radial da parte roscada macho na espessura da parede onde se forma a conexão de ferramenta macho. Consequentemente, pode ser garantida uma espessura mínima maior, ao nível das superfícies de vedação interna macho 25 e intermédia 27 respectivamente. O desempenho de vedação é melhorado por esta configuração da parte roscada macho.

[0098] Adicionalmente, a presença da parte cilíndrica 73 adjacente à parte troncocônica 74 permite evitar qualquer variação súbita na rigidez da parte interna não roscada macho 30. Esta configuração permite evitar uma plasticização precoce das zonas da ligação que recebem um máximo de tensões.

[0099] A hélice da parte roscada macho é tal que um passo do flanco de entrada SFLp é constante na parte troncocônica 74, e também constante na parte imperfeita 75. Particularmente, o passo é o mesmo nas partes troncocônica 74 e imperfeita 75. Um passo do flanco de entrada LFLp é o mesmo nas partes troncocônica 74 e imperfeita 75, sendo este passo LFLp também igual ao passo do flanco de entrada SFLp.

[00100] O passo do flanco de entrada SFLp1 e o passo do flanco de carga LFLp1 são iguais a uma constante k1 para a primeira parte roscada macho 18a. Analogamente, para a segunda parte roscada macho 18b, o passo do flanco de entrada SFLp2 e o passo do flanco de carga LFLp2 são iguais a esta mesma constante k1. De acordo com a invenção, esta constante k1 está por exemplo compreendida entre 5 e 20 mm, preferencialmente entre 6 e 8 mm.

[00101] Preferencialmente, uma largura de dente Wtp da parte roscada macho, definida como uma medição ao longo do eixo longitudinal X, da distância entre o flanco de entrada SFp e o flanco de carga LFp, nos pontos de intersecção com a linha de passo PL, é tal que este dente tem uma largura inferior a metade da constante k1, particularmente inferior a 40% do valor k1.

[00102] Figura 12 representa uma parte troncocônica 94 por duas voltas da hélice da primeira e segunda parte roscada fêmea 16a, respectivamente 16b. A estrutura descrita abaixo para a hélice é reproduzida por pelo menos várias voltas, por pelo menos 3 voltas, mantendo-se simultaneamente as dimensões, formas e proporções enunciadas abaixo.

[00103] A hélice da parte roscada fêmea compreende um flanco de carga LFb, uma crista de rosca 80, um flanco de entrada SFb e uma raiz de rosca 81. A raiz 80 e a crista 81 formam segmentos paralelos ao eixo longitudinal X. A raiz de rosca 81 é ligada por uma transição encurvada côncava 82 ao flanco de entrada SFb. A transição encurvada côncava 82 é tal que a raiz de rosca 81 e o flanco de entrada SFb formam um ângulo superior a 90°. De uma maneira idêntica à do nível da raiz de rosca macho 61, a raiz de rosca 81 pode compreender um passo com duas partes cilíndricas faseadas 81a e 81b, pelo que a parte cilíndrica 81a imediatamente adjacente à transição encurvada côncava 82 é radialmente mais próxima do eixo longitudinal X que a parte cilíndrica 81b desta raiz 81 que é adjacente ao flanco de carga LFp.

[00104] O flanco de entrada SFp é retilíneo, e forma um ângulo 83 relativamente a uma normal N ao eixo longitudinal X. A raiz de rosca 81 é ligada por uma segunda transição encurvada côncava 84 ao flanco de carga LFb, em uma extremidade da raiz de rosca 81 oposta aquela pela qual esta raiz de rosca é ligada ao flanco de entrada SFb. A segunda transição encurvada côncava 84 é tal que a raiz de rosca 81 e o flanco de carga LFb formam um ângulo inferior a 90°. O flanco de carga LFb é retilíneo, e forma um ângulo 85 relativamente à normal N ao eixo longitudinal X.

[00105] O ângulo 85 é igual ao ângulo 83 mais ou menos tolerâncias de maquinação, nomeadamente, +/- 0,25°.

[00106] O ângulo 85 é igual ao ângulo 65 mais ou menos tolerâncias de maquinação, nomeadamente, +/- 0,25°.

[00107] O ângulo 83 é igual ao ângulo 63 mais ou menos tolerâncias de maquinação, nomeadamente, +/- 0,25°.

[00108] O ângulo 83 está por exemplo compreendido entre 1 e 5°, preferencialmente entre 1,25 e 3,75°.

[00109] Mais pormenorizadamente na Figura 13, a crista 80 é ligada ao flanco de entrada SFb por uma transição encurvada convexa 86. A transição encurvada 86 compreende um raio de combinação tangencial 86a com o flanco de entrada SFb, um raio de combinação tangencial 86c com a crista 80, e uma superfície troncocônica 86b tangencialmente ligada em ambos os lados às ligações tangenciais 86a e 86c. A superfície troncocônica 86b forma um ângulo obtuso 86d, por exemplo um ângulo aberto compreendido entre 190° e 240°, preferencialmente da ordem de 225° relativamente ao flanco de entrada SFb. A superfície troncocônica 86b forma um chanfro que facilita a inserção da conexão de ferramenta macho na conexão de ferramenta fêmea. Esta superfície troncocônica 86b reduz a largura axial da crista 80 pelo que é definido um volume adicional entre esta superfície troncocônica 86b e o perfil complementar da parte roscada macho, permitindo também este volume contribuir para a redução na pressão da massa lubrificante na abertura de rosca.

[00110] Esta crista 80 é ligada ao flanco de carga LFb por uma superfície convexa complexa 87 que compreende uma parte troncocônica 88 adjacente à parte cilíndrica da crista 80, sendo esta parte troncocônica 88 ligada por um raio de curvatura 89 ao flanco de carga LFb.

[00111] A altura radial do flanco de carga LFb é superior à altura radial do flanco de entrada SFb, pelo que a parte roscada fêmea compreende uma parte troncocônica na direção em que uma linha fictícia PL (linha de passo) que passa pelo centro dos sucessivos flancos de entrada SFb e flancos de carga LFb da hélice define um ângulo de conicidade 90 relativamente ao eixo longitudinal X.

[00112] A conicidade desta linha fictícia é a mesma que a definida pela parte troncocônica 75 da parte roscada macho, sendo estas linhas PL sobrepostas na posição montada da ligação como pode ser visto na Figura 14.

[00113] Nesta parte troncocônica 94 da parte roscada fêmea, a hélice é definida entre as superfícies de duas superfícies fictícias troncocônicas de envolvimento 91 e 92, respectivamente paralelas à linha de passo PL. A superfície fictícia de envolvimento superior 91 passa pelos pontos de tangência entre a raiz da rosca 81 e a transição encurvada 82 adjacente ao flanco de entrada SFb de cada volta da hélice nesta parte troncocônica 94. A superfície fictícia de envolvimento superior 92 passa por um ponto de tangência entre a transição encurvada convexa 86 adjacente ao flanco de entrada SFb e a crista de rosca 80.

[00114] O ângulo 90 é tal que a conicidade desta parte roscada fêmea 16a e/ou 16b está compreendida entre 5 e 15%, preferencialmente entre 8 e 12%.

[00115] A hélice compreende, além da parte troncocônica 94 descrita acima, uma parte imperfeita em uma extremidade da hélice, desenvolvendo-se esta parte imperfeita 95 por mais de uma volta, e preferencialmente menos de três voltas, particularmente menos de duas voltas. Na concretização descrita, esta extremidade da hélice é colocada do lado da extremidade da parte roscada fêmea que é a mais afastada axialmente do bordo livre 17 da conexão de ferramenta fêmea. Particularmente, cada primeira parte roscada fêmea 16a e cada segunda parte roscada fêmea 16b compreende uma tal parte imperfeita 95 adjacente à parte troncocônica 94 da hélice.

[00116] A parte imperfeita 95 é tal que as roscas são de alturas menores, e as sucessivas cristas 80 desta parte imperfeita 95 são paralelas e colineares entre si. A superfície fictícia de envolvimento inferior 92 torna-se paralela ao eixo X nesta parte imperfeita 95. Na parte imperfeita 95, a superfície fictícia de envolvimento superior 91 tem uma conicidade idêntica à observada na parte troncocônica 94.

[00117] Na posição montada da conexão de ferramenta macho com a conexão de ferramenta fêmea, a parte imperfeita 95 de uma parte roscada fêmea é engatada com a parte cilíndrica 73 da parte roscada macho correspondente.

[00118] Na concretização de acordo com a invenção, a parte troncocônica 94 da parte roscada fêmea compreende mais espirais que a parte troncocônica 74 da parte roscada macho. Efetivamente, a parte imperfeita 75 da parte roscada macho é engatada na parte troncocônica da parte roscada fêmea na posição montada da ligação.

[00119] Particularmente, a parte roscada macho 18a pode compreender mais espirais que a segunda parte roscada macho 18b.

[00120] Particularmente, a primeira parte roscada fêmea 16a pode compreender mais espirais que a segunda parte roscada fêmea 16b.

[00121] Particularmente, a parte troncocônica 74 da primeira parte roscada macho 18a pode compreender mais espirais que a parte troncocônica 74 da segunda parte roscada macho 18b.

[00122] Particularmente, a parte troncocônica 94 da primeira parte roscada fêmea 16a pode compreender mais espirais que a parte troncocônica 94 da segunda parte roscada fêmea 16b.

[00123] A hélice da parte roscada fêmea é tal que um passo do flanco de entrada SFLb é constante na parte troncocônica 94, e também constante na parte imperfeita 95. Particularmente, o passo é o mesmo nas partes troncocônica 94 e imperfeita 95. Um passo do flanco de entrada LFLb é o mesmo nas partes troncocônica 94 e imperfeita 95, sendo este passo LFLb também igual ao passo do flanco de entrada SFLb.

[00124] O passo do flanco de entrada SFLb1 e o passo do flanco de carga LFLb1 são iguais à constante k2 para a primeira parte roscada fêmea 16a. Analogamente, para a segunda parte roscada fêmea 16b, o passo do flanco de entrada SFLb2 e o passo do flanco de carga LFLb2 são iguais a esta mesma constante k2.

[00125] De acordo com a invenção, as constantes k1 e k2 são iguais entre si, e também podem ser designadas sob o termo de constante k. Dadas as tolerâncias de maquinação, dentro do espírito da invenção k1 é igual a k2 +/-0,05 mm.

[00126] Preferencialmente, uma largura de dente Wtb da parte roscada fêmea, definida como uma medição ao longo do eixo longitudinal X, da distância entre o flanco de entrada SFb e o flanco de carga LFb, nos pontos de intersecção com a linha de passo PL, é tal que este dente tem uma largura superior à largura do dente Wtp da parte troncocônica 74 da parte roscada macho.

[00127] Na prática, de acordo com a invenção, e no exemplo representado, a importância da definição dos dentes das partes roscadas macho de largura inferior à dos dentes das partes roscadas fêmea. Por exemplo, na concretização representada, Matemática 4 Matemática 5 Matemática 6 Matemática 7

[00128] Como os dentes da parte roscada fêmea são maiores que os dentes da parte roscada macho, os dentes fêmeos têm assim menos tendência para plasticizar. Ora, em uma ligação de acordo com a invenção, as tensões são vistas mais claramente em uma zona 99 que se prolonga entre os primeiros dentes engatados do lado das superfícies de vedação internas 25 e 26, e referidas superfícies de vedação (ver Figura 5).

[00129] As linhas de tensões de corte máximas que podem ser modeladas em uma ligação de acordo com a invenção em carga compressiva são representadas a 45° relativamente à crista 60, do lado onde esta crista é ligada ao flanco de entrada SFp. E reciprocamente, linhas de tensões de corte máximas que podem ser modeladas em uma ligação de acordo com a invenção em carga de tração são representadas a 45° relativamente à crista 60, do lado onde esta crista é ligada ao flanco de carga LFp. A intersecção entre estas linhas das tensões de corte modeladas permite definir um triângulo das tensões máximas em cima de cada crista da parte roscada macho. Estes triângulos localizam as zonas onde os riscos de plasticização dentro da conexão de ferramenta fêmea são máximos. Os inventores descobriram que para manter a eficácia da ligação, é essencial limitar a altura destes triângulos, portanto, escolher uma relação como reivindicado, para limitar a plasticização na conexão de ferramenta fêmea que tem uma espessura restrita devido à conceção de ligação integral.

[00130] Na posição montada, como representado na Figura 14, os flancos de carga LFp e LFb estão em contato, é mantida uma folga axial 100 entre os flancos de entrada SFp e SFb. Analogamente, é mantida uma folga radial 101 entre as cristas 60 da parte roscada macho e as raízes 81 da parte roscada fêmea, enquanto as linhas fictícias 71 e 91 são sobrepostas na medida em que a crista 80 da parte roscada fêmea entra em contato com a raiz de rosca 61 da parte roscada macho.

[00131] A folga radial 101 também permite limitar o dimensionamento das zonas de tensões máximas na conexão de ferramenta fêmea.

[00132] Por exemplo, as folgas 100 e 101 estão compreendidas entre 0,1 mm e 0,5 mm, preferencialmente entre 0,2 e 0,3 mm. Com uma tal folga axial, as larguras dos dentes cumprem a condição abaixo: Matemática 8 Wtp + Wtb < k — 0.1 mm

[00133] Como a parte roscada macho é cilíndrica-cônica, permanece pouco volume livre entre as hélices das partes roscadas macho e fêmea montadas. Quando a ligação de acordo com a invenção é utilizada com aplicação de uma massa lubrificante de aperto aplicada na conexão de ferramenta macho e fêmea antes da respetiva montagem, há pouco espaço disponível para evitar o aumento da pressão da massa lubrificante dentro da ligação. De acordo com a invenção, na parte roscada fêmea, e particularmente na primeira parte roscada fêmea 16a é fornecido um sulco anelar 110 para permitir receber o excesso de massa lubrificante que flui para trás. O proveito deste sulco é permitir que a massa lubrificante se acumule localmente durante o aperto ou durante a utilização da ligação em certas condições de temperatura e pressão. Este sulco anelar é fornecido na parte roscada fêmea que é disposta entre duas superfícies de vedação.

[00134] Na concretização representada, sem uma vedação entre o bordo livre 17 da conexão de ferramenta fêmea e a segunda parte roscada fêmea, não é fornecido um sulco anelar na segunda parte roscada fêmea.

[00135] Na Figura 15, o sulco anelar 110 é definido entre as linhas fictícias internas 92 e externas 91. Por exemplo, o sulco anelar 110 tem uma largura axial G da ordem da constante k. O sulco 110 compreende uma raiz troncocônica 111, de conicidade idêntica à da parte roscada fêmea. O sulco anelar é assimétrico. De um lado da raiz 111, do lado da superfície de vedação interna 26, a raiz 111 é ligada a uma parte retilínea 112 que faz um ângulo 113 com a normal N compreendido entre 10 e 30°. De um lado oposto da raiz 111, do lado da superfície de vedação intermédia 28, a raiz 111 é ligada a outra parte retilínea 114 que faz um ângulo 115 com a normal N compreendido entre 30 e 85°. Este sulco permite que a massa lubrificante liberte gases sem criar uma perda temporária de vedação, ou arriscar a plasticização local da ligação, enquanto a ligação é colocada a muito grande profundidade e submetida a temperaturas da ordem de 180°C.

Claims

1. Ligação tubular roscada para perfuração e/ou exploração de poços de hidrocarbonetos, compreendendo um primeiro tubo (12) equipado em uma primeira extremidade distal (121) com uma conexão de ferramenta macho (18) e um segundo tubo (14) equipado em uma segunda extremidade distal (142) com uma conexão de ferramenta fêmea (16), sendo a conexão de ferramenta macho apta para ser montada por aperto com a conexão de ferramenta fêmea, o primeiro tubo montado no segundo tubo que definem conjuntamente um eixo longitudinal (X), compreendendo a conexão de ferramenta macho, nesta ordem a partir de um bordo livre (19) da primeira extremidade distal para um corpo (120) deste primeiro tubo: uma superfície de vedação interna macho (25) uma primeira parte roscada macho (18a), um ressalto limitador macho (22), uma superfície de vedação intermédia macho (27) e uma segunda parte roscada macho (18b), compreendendo a conexão de ferramenta fêmea uma superfície de vedação interna fêmea (26) destinada a formar uma vedação interna por interferência radial com a primeira superfície de vedação macho, uma primeira parte roscada fêmea (16a) engatada com a primeira parte roscada macho, um ressalto limitador fêmeo (24) em contato limitador com o ressalto limitador macho, uma superfície de vedação intermédia fêmea (28) destinada a formar uma vedação intermédia por interferência radial com a superfície de vedação intermédia macho e uma segunda parte roscada fêmea (16b) engatada com a segunda parte roscada macho quando a ligação é montada, estando o bordo livre (19) da primeira extremidade distal a uma distância (d) não nula, da conexão de ferramenta fêmea na posição montada, compreendendo cada uma das partes roscadas macho pelo menos uma hélice equipada com um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada, uma raiz de rosca, tais que um passo do flanco de carga LFLp1 e um passo do flanco de entrada SFLp1 da primeira parte roscada macho, e respectivamente um passo do flanco de carga LFLp2 e um passo do flanco de entrada SFLp2 da segunda parte roscada macho cumprem a seguinte condição: Matemática 9 SFLp1 = LFLp1 = SFLp2 = LFLp2 = k1 onde k1 é uma constante para pelo menos duas voltas completas de cada uma das hélices, e caracterizada pelo fato de que a primeira zona roscada da conexão de ferramenta fêmea compreende um sulco anelar (110) para receber o excesso de massa lubrificante.

2. Ligação tubular roscada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada uma das partes roscadas fêmea compreender pelo menos uma hélice equipada com um flanco de carga, uma crista de rosca, um flanco de entrada, uma raiz de rosca, tais que um passo do flanco de carga LFLb1 e um passo do flanco de entrada SFLb1 da primeira parte roscada macho, e respectivamente um passo do flanco de carga LFLb2 e um passo do flanco de entrada SFLb2 da segunda parte roscada macho cumprem a seguinte condição: Matemática 10 SFLb1 = LFLb1 = SFLb2 = LFLb2 = k2 onde k2 é uma constante para pelo menos duas voltas completas de cada uma das hélices.

3. Ligação tubular roscada de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por as constantes k1 e k2 serem iguais.

4. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizada por a hélice da primeira parte roscada fêmea ser troncocônica (94).

5. Ligação tubular roscada de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada por a hélice da primeira parte roscada macho compreender uma parte troncocônica (74) de conicidade idêntica à da hélice da primeira parte roscada fêmea e uma parte cilíndrica (73) na proximidade da superfície de vedação interna.

6. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizada por a hélice da segunda parte roscada fêmea ser troncocônica (94).

7. Ligação tubular roscada de acordo com a reivindicação precedente, caracterizada por a hélice da segunda parte roscada macho compreender uma parte troncocônica (74) de conicidade idêntica à da hélice da segunda parte roscada fêmea e uma parte cilíndrica (73) na proximidade da superfície de vedação intermédia.

8. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a vedação interna ser do tipo toro-cone, sendo cônica a superfície de vedação interna macho enquanto a superfície de vedação interna fêmea compreende uma parte toroidal.

9. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a vedação intermédia ser do tipo cone-cone, sendo cônicas as superfícies de vedação intermédia macho e fêmea particularmente de conicidade idêntica.

10. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a superfície de vedação interna fêmea compreender nesta ordem a partir do corpo do segundo tubo para a segunda extremidade distal, um primeiro arco de círculo de raio R1 e um segundo arco de círculo de raio R2 tais que estes raios cumprem a seguinte condição: Matemática 11 R1 < R2.

11. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por o flanco de entrada e o flanco de carga da hélice da parte roscada macho serem respectivamente retilíneos e respectivamente ligados por um raio de combinação (62, 64, 66, 68) com a crista de rosca (60) e raiz de rosca (61) adjacentes, compreendendo o flanco de entrada da parte roscada fêmea pelo menos uma parte retilínea paralela ao flanco de entrada da parte roscada macho, tanto para a primeira parte roscada como para a segunda parte roscada.

12. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a segunda extremidade distal do segundo tubo ser reforçada, isto é, para se obter uma espessura extra.

13. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a segunda extremidade distal do segundo tubo ter um diâmetro exterior inferior a 103% do diâmetro exterior deste segundo tubo.

14. Ligação tubular roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a primeira e/ou a segunda parte roscada macho poder compreender várias hélices, tais que estas hélices se prolongam por uma e mesma parte do eixo longitudinal e estas hélices serem tais que os inícios destas hélices podem ser igualmente distribuídos em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da ligação.