BRPI0109635B1 - junta integral do tipo delgado para tubos de poço de petróleo - Google Patents

Abstract

"junta roscada do tipo delgado para tubos de poço de petróleo". a invenção refere-se a uma junta roscada para tubos de poço de petróleo que é fornecida, a qual pode garantir uma eficiência de junta suficiente para uma utilização prática em poços profundos, a qual tem um diâmetro externo de junta diminuído e a qual tem uma resistência à flexão, uma resistência à compressão e uma resistência ao sobretorque melhoradas, as quais são suficientes para utilização pela técnica de trilha lateral. é uma junta roscada integral para os tubos de poço de petróleo na qual ela tem uma eficiência de junta de pelo menos 70%, o diâmetro externo da junta é maior do que e no máximo 1,08 vez o diâmetro externo dos corpos de tubo de poço de petróleo, e as porções roscadas têm uma seção transversal de uma forma trapezoidal com um ângulo de flanco de carga (<244>) das roscas na faixa de 0 a -20 graus e um seu ângulo de flanco de ataque (<sym>) na faixa de 35 a 50 graus.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "JUNTA INTEGRAL DO TIPO DELGADO PARA TUBOS DE POÇO DE PETRÓLEO".

CAMPO DA TÉCNICA

[001] Esta invenção refere-se a uma junta roscada para tubos de poço de petróleo ou tubos de poço de gás os quais estão profundamente enterrados no solo para a recuperação de gás natural ou de óleo bruto do subsolo. Em particular, ela se relaciona a uma junta roscada do tipo delgado para os tubos de poço de petróleo que tem um pequeno diâmetro externo da junta.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Atualmente, os poços de gás natural e de óleo bruto estão se tornando profundos tendo uma profundidade que alcança vários milhares de metros. As juntas roscadas são amplamente utilizadas para a conexão de tubos de poço de petróleo e tubos de poço de gás (coletivamente referidos abaixo como tubos de poço de petróleo) para utilização em tais poços de petróleo ou poços de gás.

[003] Nos anos recentes, conforme o preço do gás natural e do óleo bruto tem diminuído, a perfuração de novos poços tem sido executada com um diâmetro de furo dos poços decrescente de modo a diminuir o custo de desenvolvimento do poço. A reutilização de antigos poços esgotados também tem sido empregada para economia de custo utilizando a técnica de trilha lateral na qual um furo é formado dentro do tubo de revestimento de um poço antigo e um tubo de tubulação é inserido através do furo e avançado para uma camada que contenha óleo.

[004] Nestas situações, é eficiente utilizar uma junta roscada do tipo delgado, a qual é uma junta que tem um diâmetro externo pequeno.

[005] Tal junta roscada do tipo delgado para os tubos de poço de petróleo é descrita na JP-A 10-89554 (1998). É uma junta roscada do tipo integral para os tubos de poço de petróleo que tem porções roscadas para um acoplamento roscado de uma porção de pino e de uma porção de caixa» porções de vedação metálica para manter a estan-queidade ao gás, e ressaltos de torque para regular o torque de aperto. A resistência das porções [006] de ressalto de torque é feita mais alta do que as outras porções da junta do corpo de tubo de poço de petróleo com o objeto de aumentar a resistência à compressão. A publicação Japonesa mostra um exemplo no qual uma porção de ressalto de torque está localizada no centro de uma porção roscada.

[007] Outra forma de uma junta roscada do tipo delgado é mostrada na Patente Francesa 7622543. Neste caso, o diâmetro externo da junta é diminuído pela expansão de uma extremidade de um corpo de tubo de poço de petróleo para formar uma porção de caixa roscada da junta e um encalcamento da outra extremidade do tubo para formar uma porção de pino roscado nela.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] É verdade que com uma tal tecnologia convencional, é possível tornar o diâmetro externo de uma junta mais delgado. No entanto, existe um limite para o efeito, o qual pode ser obtido com as juntas do tipo delgado convencionais acima descritas» e elas têm os seguintes problemas.

[009] Primeiramente, a razão de área da menor seção transversal da junta a qual é a sua seção transversal crítica em relação â área de seção transversal do corpo de tubo de poço de petróleo é pequena, de modo que a resistência da junta é baixa.

[0010] Em adição, as juntas do tipo delgado convencionais não são adequadas à resistência à compressão, à resistência de flexão, e à resistência de sobretorque.

[0011] O objeto da presente invenção é de fornecer uma junta roscada a qual possa garantir uma eficiência de junta, a qual seja suficiente para uma utilização prática em poços profundos, a qual tenha um diâmetro externo de junta diminuído, e a qual tenha uma resistência à flexão, uma resistência à compressão e uma resistência ao sobretor-que melhoradas, as quais são necessárias para um projeto de trilha lateral.

[0012] Como um resultado de várias investigações planejadas para atingir o objeto, os presentes inventores descobriram que pelo emprego de uma combinação das seguintes estruturas, uma junta de tipo delgado para os tubos de poço de petróleo pode ser fabricada pela primeira vez a qual afina o diâmetro externo de uma junta roscada para no máximo 1,08 vez o diâmetro externo de um corpo de tubo de poço de petróleo, a qual pode garantir uma alta resistência de uma eficiência de junta de pelo menos 70%, e a qual tem uma excelente resistência à flexão, resistência à compressão e resistência de sobretorque, e eles executaram a presente invenção.

[0013] A forma de rosca para as roscas fêmea e macho de uma junta tem uma seção transversal trapezoidal com um ângulo de flanco de carga (a) de 0 a -20 graus e um ângulo de flanco de ataque (Θ) de 35 a 50 graus.

[0014] Um ressalto de torque para regular o torque de aperto está localizado sobre o lado da superfície externa de um tubo de poço de petróleo. Preferivelmente ele tem uma forma a qual seja substancialmente perpendicular ao eixo geométrico do tubo.

[0015] Uma porção de vedação para garantir a estanqueidade de gás contra a pressão interna ou a pressão externa ou ambas aplicada a um tubo de poço de petróleo está localizada sobre o lado da superfície interna do tubo de poço de petróleo.

[0016] Preferivelmente, uma junta é constituída pela formação da forma de rosca acima descrita em um tubo API EUE (Extremidade Recalcada Externa).

[0017] Conseqüentemente, a presente invenção é como segue.

[0018] Uma junta integral do tipo delgado para tubos de poço de petróleo que tem porções roscadas fêmea e macho para juntar ros-queadas uma porção de pino e uma porção de caixa e porções de vedação metálica localizadas sobre o lado da superfície interna dos tubos de poço de petróleo para garantir a estanqueidade de gás contra a pressão interna ou a pressão externa ou ambas aplicadas nos tubos de poço de petróleo, e ainda tendo porções de ressalto de torque localizadas sobre os lados da superfície externa dos tubos de poço de petróleo para regular o torque de aperto, caracterizada pelo fato de que ela tem uma eficiência de junta de pelo menos 70%, o diâmetro externo da junta é maior do que e no máximo 1,08 vez o diâmetro externo dos corpos de tubo de poço de petróleo, e as porções roscadas têm uma seção transversal de uma forma trapezoidal com um ângulo de flanco de carga das roscas na faixa de 0 a -20 graus e um seu ângulo de flanco de ataque na faixa de 35 a 50 graus.

[0019] Uma junta do tipo delgado para tubos de poço de petróleo como descrita acima em (1) em que a forma de seção transversal das porções de ressalto de torque se estende substancialmente perpendicular ao eixo geométrico dos tubos.

[0020] Uma junta do tipo delgado para tubos de poço de petróleo obtida pela formação de roscas como descrita acima em (1) ou (2) sobre tubos API EUE (Extremidade Recalcada Externa).

[0021] Uma junta do tipo delgado para tubos de poço de petróleo como descrita acima em qualquer uma de (1) a (3) em que o ângulo de flanco de carga (a) das roscas é de 0 a -15 graus.

[0022] Uma junta do tipo delgado para tubos de poço de petróleo como descrita acima em qualquer uma de (1) a (4) em que o ângulo de flanco de ataque (Θ) das roscas é de 40 a 50 graus.

[0023] Uma junta roscada integral para os tubos de poço de petróleo utilizada aqui significa uma junta roscada para tubos de poço de petróleo a qual conecta rosqueada os tubos de poço de petróleo, cada tubo tendo uma porção de pino em uma sua extremidade na qual uma rosca é formada sobre a superfície externa do tubo e uma porção de caixa na sua extremidade oposta na qual uma rosca é formada sobre a superfície interna do tubo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0024] Figura 1 é uma vista em corte transversal parcial esquemá-tica para ilustrar a estrutura completa de uma junta roscada.

[0025] Figura 2 é uma vista em corte transversal parcial esquemá-tica para ilustrar a forma da rosca.

MELHOR MODO DE EXECUTAR A INVENÇÃO

[0026] A presente invenção será descrita abaixo enquanto referi n-do-se aos desenhos anexos.

[0027] A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra a estrutura completa de uma junta roscada de acordo com a presente invenção.

[0028] Uma junta roscada de acordo com a presente invenção é uma junta roscada integral para tubos de poço de petróleo na qual uma porção de pino e uma porção de caixa são formadas sobre as extremidades opostas de cada corpo de tubo de poço de petróleo, cada uma das porções de pino e de caixa tendo uma porção roscada.

[0029] A porção de pino e a porção de caixa são acopladas ros-queadas por roscas fêmea e macho. No exemplo ilustrado somente a porção de pino 12 que tem uma porção roscada 10 na extremidade de um corpo de tubo de poço de petróleo é mostrada, mas uma porção de caixa é omitida jã que ela é auto-evidente para alguém versado na técnica da explicação da presente descrição.

[0030] De acordo com a presente invenção, uma junta roscada para os tubos de poço de petróleo ainda tem uma porção de vedação metálica 14 sobre o lado da superfície interna de um tubo de poço de petróleo para garantira estanqueidade de gás contra a pressão interna ou a pressão externa ou ambas. Em adição, uma porção de ressalto de torque 16 para regular o torque de aperto é fornecida sobre o lado da superfície externa do tubo de poço de petróleo.

[0031] A vantagem de localizar a porção de ressalto de torque sobre o lado da superfície interna de um tubo de poço de petróleo é que comparado com o caso quando uma porção de ressalto de torque está localizada no centro das roscas ou no lado da superfície interna, é fácil manter uma grande área para a porção de ressalto de torque. Conse-qüentemente, a resistência à compressão, a resistência à flexão, e a resistência ao sobretorque podem ser aumentadas. Em adição, é também importante que a condição apertada de uma junta roscada para os tubos de poço de petróleo possa ser facilmente assegurada de fora dos tubos. A forma de seção transversal da porção de ressalto de torque preferivelmente se estende substancialmente perpendicular à direção axial do tubo.

[0032] A razão pela qual a forma de seção transversal da porção de ressalto de torque é preferivelmente substancialmente perpendicular à direção axial do tubo é como segue.

[0033] Se a forma de seção transversal da porção de ressalto de torque não se estender substancialmente perpendículamnente, em um estado onde a junta está apertada com um sobretorque, a força na direção radial dos tubos atua sobre a porção de ressalto de torque do pino ou a porção de ressalto de torque da caixa para fazer com que elas se deformem facilmente. Em contraste, quando a forma de seção transversal da porção de ressalto de torque se estende substancialmente perpendicularmente, é difícil que uma tal deformação aconteça, de modo que a resistência ao sobretorque e a resistência à compressão são aumentadas.

[0034] O diâmetro externo da junta é mostrado por D-ι, e a eficiência da junta é definida pela razão (S’/S) da área de seção transversal S’ no local onde a seção transversal da porção de junta é menor em relação à área de seção transversal S do corpo de tubo de poço de petróleo.

[0035] A eficiência da junta indica a resistência da junta em relação ao corpo de tubo. Conseqüentemente, uma eficiência de junta de 100% significa que a resistência da junta é a mesma que do corpo de tubo.

[0036] Na presente invenção, apesar de que existe alguma variação com a espessura de parede do corpo de tubo, a eficiência ou a resistência da junta é de pelo menos 70% em relação ao corpo de tubo. A eficiência da junta pode também ser expressa como a razão da área de seção transversal da localização mais crítica da junta, isto é, a localização tendo a menor área de seção transversal tal como a porção onde as roscas ficam livres do acoplamento na extremidade da porção roscada com respeito à área de seção transversal do corpo de tubo.

[0037] Quanto menor a eficiência da junta, mais baixa é a resistência da junta. Conseqüentemente a eficiência da junta é preferivelmente tão grande quanto possível, mas a este ponto o diâmetro externo da junta aumenta, e se torna difícil obter uma junta do tipo delgado. No caso da presente invenção, com uma junta integral na qual uma rosca macho é formada sobre uma extremidade de um tubo e uma rosca fêmea é formada sobre a outra extremidade do tubo, é possível conseguir um afinamento tendo uma eficiência da junta na ordem de 70%.

[0038] De acordo com um modo preferido de executar a presente invenção, os tubos API EUE (Extremidade Recalcada Externa) são utilizados como os tubos para formar tais roscas. Eles são tubos nos quais a espessura de parede é aumentada somente sobre o lado da superfície externa ou para fora em ambas as extremidades de um tubo. Utilizando tais tubos, uma junta roscada para os tubos de poço de petróleo que tem uma eficiência da junta de pelo menos 70% e um diâmetro externo de junta o qual é maior do que mas no máximo 1,08 vez tão grande quanto o diâmetro externo do corpo de tubo de poço de petróleo pode ser facilmente fabricada.

[0039] A Figura 2 é uma vista ampliada de uma porção de uma rosca macho de uma junta roscada. Na figura, uma porção roscada tendo uma seção transversal trapezoidal é definida com um ângulo de flanco de carga (a) e um ângulo de flanco de ataque (θ). O ângulo de flanco de carga (a) da rosca é medido na direção horária, e na presente invenção está na faixa de 0 a -20 graus. Por outro lado, o ângulo de flanco de ataque (Θ) é medido na direção anti-horária, e na presente invenção, está na faixa de + 35 a + 50 graus. Preferivelmente, α = 0 a -15 graus e θ = +40 a +50 graus.

[0040] Se o ângulo de flanco de carga for menor do que -20 graus, isto é, se o valor absoluto do valor negativo se torna maior do que 20, fica fácil que falhas de trabalho tais como limalhas sejam formadas na vizinhança desta porção de flanco no momento das operações de corte para formarem uma rosca, de modo que ele é de pelo menos -20 graus. Preferivelmente ele é de pelo menos -15 graus.

[0041] O ângulo de flanco de ataque é de 35 a 50 graus de modo a melhorar a estabilidade no momento do ataque. Isto é porque se ele for menor do que 35 graus ou maior do que 50 graus, fica desvantajoso dos seguintes pontos de vista. A saber, quando o ângulo de flanco de ataque é menor do que 35 graus, no momento do ataque, se os eixos geométricos longitudinais dos tubos da porção de pino e da porção de caixa não estiverem alinhados e forem desviados um do outro de algum ângulo, é difícil retorná-los a um estado de ataque apropriado no qual os eixos geométricos longitudinais dos tubos estão alinhados um com o outro. Por outro lado, se o ângulo de flanco de ataque excede 50 graus, a seção transversal da rosca se torna pequena de modo que a resistência das roscas diminui.

[0042] Se o diâmetro externo da junta for maior do que 1,08 vez o diâmetro externo do corpo de tubo, quando o processamento é executado para aumentar a espessura de parede das extremidades de um tubo, a quantidade de espessura de parede a ser aumentada é tão grande que o processamento se torna difícil e os custos de fabricação de um tubo aumentam.

[0043] Na presente invenção, quando utilizando um tubo API EUE para trabalhar, o diâmetro externo da porção recalcada pode ser facilmente feito no máximo 1,08 vez.

[0044] A razão pela qual é preferido utilizar um tubo EUE é que no caso do trabalho para fazer um tubo recalcado, uma grande quantidade de trabalho pode ser obtida trabalhando para aumentar para fora a espessura de parede de uma extremidade de tubo (formando uma extremidade recalcada externa ou EUE), e o custo de trabalho é menor do que quando fazendo um tubo recalcado pesado no qual o trabalho é executado sobre as extremidades do tubo também para aumentar a espessura de parede para dentro.

[0045] A operação e os efeitos da presente invenção serão descritos abaixo mais especificamente por meio de exemplos.

EXEMPLOS

[0046] Blanques de tubos de poço de petróleo API EUE tendo um corpo de tubo com um diâmetro externo de 101,6 milímetros e uma espessura de parede de 6,65 milímetros foram preparados. Roscas de acordo com esta invenção foram formadas como mostrado na Figura 1 e na Figura 2, e uma junta roscada integral para um tubo de poço de petróleo que compreende uma porção de pino e uma porção de caixa foram fabricadas.

[0047] Os seguintes testes foram executados sobre eles.

[0048] Como um exemplo comparativo, roscas foram formadas sobre tubos comuns que têm um diâmetro externo de 101,6 milímetros e uma espessura de parede de 6,65 milímetros para fabricar uma junta roscada integral para tubos de poço de petróleo, e testes foram executados sobre eles. Estes testes foram executados de acordo com os métodos de teste especificados pela API.

[Teste de Fratura sob Tensão] [0049] Uma carga de tensão foi aplicada a um conjunto de teste inteiro que inclui uma junta apertada na direção axial dos tubos, e uma avaliação foi executada com base na carga no momento da fratura. [Teste de Resistência à Compressão] [0050] Enquanto um conjunto de teste foi sujeito a uma pressão interna com gás, cargas de tensão e de compressão foram repetidamente aplicadas na direção axial dos tubos, e a carga de compressão no momento em que um vazamento começou a ocorrer devido à pressão interna foi medida. Com base no valor desta carga de compressão, a razão com respeito à carga de cedimento da junta foi calculada e utilizada para a avaliação.

[Teste de Resistência à Flexão] [0051] Enquanto um conjunto de teste foi sujeito a uma pressão interna e a uma carga de tensão na direção axial dos tubos, uma força de flexão mecânica foi aplicada no conjunto de teste, e o ângulo de flexão no qual um vazamento começou a ocorrer devido à pressão interna foi medido. A resistência à flexão foi avaliada pelo ângulo de flexão por 30,48 metros (100 pés) de comprimento.

[Teste de Resistência ao Sobretorque] [0052] O aperto de uma junta foi continuado após a porção de ressalto de torque do pino e a porção de ressalto de torque da caixa entraram em contato uma com a outra, e a avaliação foi executada com base no valor do torque no momento do cedimento das porções de ressalto de torque.

[0053] Os resultados dos testes estão resumidos na Tabela 1.

[0054] A fratura por tensão do exemplo desta invenção ocorreu em uma porção de rosca incompleta do pino, e a carga neste momento era de 78% da carga de fratura de tensão dos corpos de tubo de poço de petróleo. Este valor foi grandemente aumentado comparado com o valor de 55% para o exemplo comparativo. Em adição foi um valor o qual excedeu o valor de aproximadamente 74% antecipado do valor da eficiência da junta para o exemplo desta invenção.

[0055] Com respeito à resistência à compressão, enquanto foi de 40% do valor para os corpos de tubo de poço de petróleo para o exemplo comparativo, no exemplo desta invenção, 80% do valor para os corpos de tubo de poço de petróleo foi obtido, de modo que um desempenho excelente o qual foi de duas vezes aquele do exemplo comparativo foi exibido.

[0056] Com respeito à resistência à flexão, o ângulo de flexão foi de 10 graus para o exemplo comparativo, mas para o exemplo desta invenção, um valor de 60 graus para o ângulo de flexão foi obtido, de modo que um desempenho extremamente bom de seis vezes o valor do exemplo comparativo foi obtido.

[0057] Já para a resistência ao sobretorque, quando o valor do torque para o exemplo comparativo foi determinado a 1,0, um valor de torque de 2,0 foi obtido para o exemplo desta invenção, de modo que um desempenho excelente o qual foi de duas vezes aquele do exemplo comparativo foi obtido. TABELA 1 (Notas) α: ângulo de flanco de carga 0; ângulo de flanco de ataque resistência â flexão: ângulo de flexão por 34,48 metros (100 pés) resistência ao sobretorque: um indicador relativo a um valor de torque de 1,0 em relação ao Exemplo Comparativo Di / D0: razão do diâmetro externo da junta (Df) com aquele do corpo do tubo de poço de petróleo (Do) APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0058] De acordo com a presente invenção, (i) formando roscas sobre um tubo API EUE, o diâmetro externo de uma junta pode ser diminuído e a eficiência da junta pode ser aumentada, (ii) aumentando a razão de área das porções de ressalto, o desempenho de compressão e o desempenho de sobretorque pode ser melhorado, e (iii) utilizando uma estrutura na qual o ângulo de flanco de carga é um ângulo negativo, a resistência da junta pode ser aumentada. Por um efeito sinergístico da combinação desses fatores, uma junta roscada pode ser fornecida a qual tem uma alta eficiência de junta, a qual tem um pequeno diâmetro externo da junta, e a qual tem uma boa resistência à flexão, resistência à compressão, e resistência ao sobretorque.

Claims (5)

1. Junta integral do tipo delgado para tubos de poço de petróleo que tem um único conjunto de porções roscadas fêmea e macho para rosqueadamente unir uma porção de pino (12) e uma porção de caixa, e porções de vedação metálica (14) localizadas sobre o lado da superfície interna dos tubos de poço de petróleo, e ainda tendo um único conjunto de porções de ressalto de torque (16) localizadas sobre o lado da superfície externa e o lado da superfície interna dos tubos de poço de petróleo, a junta sendo caracterizada por possuir um diâmetro externo (D-ι) maior do que e no máximo 1,08 vez o diâmetro externo (D0) dos corpos de tubo de poço de petróleo, e as porções roscadas (10) têm uma seção transversal (S’) de uma forma trapezoidal com um ângulo de flanco de carga (a) das roscas na faixa de 0 a -20 graus e um seu ângulo de flanco de ataque (Θ) na faixa de 35 a 50 graus.

2. Junta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a forma de seção transversal (S’) das porções de ressalto de torque (16) se estender substancialmente perpendicular à direção axial dos tubos.

3. Junta, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por ser formada sobre tubos API EUE (Extremidade Recalcada Externa).

4. Junta, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o ângulo de flanco de carga (a) das roscas ser de 0 a -15 graus.

5. Junta, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por o ângulo de flanco de ataque (Θ) das roscas ser de 40 a 50 graus.