BRPI0617299A2

BRPI0617299A2 - elemento rosqueado tubular dotado com um revestimento protetor seco

Info

Publication number: BRPI0617299A2
Application number: BRPI0617299-7A
Authority: BR
Inventors: Laurent Bordet; Laurent Gillot; Elliete Pinel; Eric Gard
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas; Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2011-07-19
Also published as: CA2625090A1; MY144570A; EA013760B1; CN104565601B; EP1934508B1; US20090220780A1; EP1934508A2; JP5294866B2; UA95926C2; AR055447A1; FR2892174B1; AU2006301555A1; JP2009512819A; NO342656B1; BRPI0617299B1; PL1934508T3; FR2892174A1; EA200801085A1; WO2007042231A3; AU2006301555B2

Abstract

ELEMENTO ROSQUEADO TUBULAR DOTADO COM UM REVESTIMENTO PROTETOR SECO. A presente invenção refere-se a um revestimento (11) que compreende uma matriz sólida aderente ao substrato (13), no qual são dispersas partículas de lubrificantes sólidos de pelo menos duas classes, que são selecionados para exercer um efeito sinérgico entre elas próprias e com os constituintes da matriz. A proteção contracorrosão e contra escoriação dos enroscamentos dos elementos rosqueados é usada em poços de hidrocarbonetos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTOROSQUEADO TUBULAR DOTADO COM UM REVESTIMENTO PROTE-TOR SECO".

A presente invenção refere-se a um elemento rosqueado parauma conexão tubular rosqueada.

TÉCNICA ANTERIOR

Os elementos rosqueados produzidos na extremidade de umcomponente tubular (tubo ou acoplamento), usados em poços de hidrocar-bonetos, devem ser primeiro protegidos contracorrosão, durante transporte earmazenamento no local de perfuração, e, para essa finalidade, são tradicio-nalmente revestidos com graxa ou óleo protetor, ao deixar a seção de pro-dução.

No poço, podem sofrer vários ciclos de acoplamento - ruptura.As operações de quebra são conduzidas verticalmente sob uma alta cargaaxial, por exemplo, o peso de um tubo de vários metros de comprimento (ti-picamente, de 10 a 13 metros de comprimento), a ser montado verticalmentepela conexão rosqueada, que corre o risco de escoriação, em particular noenroscamento. Além disso, a dita carga também pode ser localizada devidoa um ligeiro desalinhamento nos eixos dos elementos rosqueados, para quesejam montados, porque o tubo a ser montado é suspenso verticalmente, oque aumenta o risco de escoriação. Desse modo, a figura 1 mostra em umamontagem no local, por meio de uma conexão rosqueada, de dois tubos 1 e2, que são de 10 a 13 metros de comprimento, com um desalinhamento, te-nazes de força 3 sendo usadas para acoplar a parte rosqueada macho 4 dotubo 1 na parte rosqueada fêmea 5 do tubo 2.

Para proteger as partes sensíveis, tais como os enroscamentos,contra escoriação, durante as operações de acoplamento - quebra, os en-roscamentos são tradicionalmente isentos de graxa protetora e revestidoscom uma graxa de acoplamento especial, tal como uma graxa satisfazendoas especificações da norma API Bul 5A2 ou 5A3. Além da desvantagem deter que proporcionar um segundo revestimento no local, o uso dessa graxa,carregada com metais pesados e/ou tóxicos, tal como chumbo, também pro-voca poluição do poço e do meio ambiente, pois o excesso de graxa é ejeta-do dos enroscamentos durante acoplamento.

A patente U.S. 6 933 264 propõe a substituição do revestimentoduplo por um revestimento único, conduzido na seção de produção dos ele-mentos rosqueados, usando uma camada fina de um lubrificante com umaconsistência cerosa (conhecida como semi-seca), compreendendo pelo me-nos um aditivo para pressão extrema tendo uma ação química. O dito reves-timento semi-seco sofre, no entanto, da deficiência de requerer proteçãomecânica contra poluição por partículas de pó ou areia, durante transporte earmazenamento.

As patentes U.S. 4 414 247, U.S. 4 630 849, U.S. 6 027 145,pedidos de patentes US-BS-6 679 526, U.S. 2004/0166341 A1 e pedido depatente internacional WO-2004/033951 propõem a substituição da graxa porvários revestimentos sólidos protetores aplicados na seção para produçãodos elementos rosqueados, compreendendo uma matriz sólida, que adereao substrato e no qual as partículas lubrificantes sólidas são dispersas; dis-sulfeto de molibdênio, MoS2, está entre os compostos mais particularmentecitados.

Esses revestimentos, ainda que representando um aperfeiçoa-mento em relação à graxa, não são ainda inteiramente satisfatórios. Em par-ticular, sob as condições locais do poço, o revestimento freqüentementedescarna e/ou as partículas são arrancadas da sua superfície roçada e sedispersam para o meio ambiente, tais incidentes envolvendo o retorno docomponente tubular para a fábrica.

Além do mais, esses revestimentos requerem geralmente endu-recimento por aquecimento em um forno a cerca de 200QC, por várias deze-nas de minutos ou mesmo por uma hora, o que incorpora consideravelmentecomplexidade ao ciclo produtivo de revestimento, que não pode ser ligadotratamento dos enroscamentos.

Além disso, geralmente não protegem ou não protegem suficien-temente os elementos rosqueados de corrosão, e, desse modo, os pedidosde patentes US-B6 679 526 e WO-2004/033951 propõem a aplicação deuma camada separada de um material inibidor de corrosão (um sal metálicode um ácido carboxílico no primeiro documento, uma resina epóxi contendopartículas de zinco no segundo documento).

Esse revestimento de duas camadas necessita ciclos de produ-ção ainda mais complexos e ainda não superam os problemas de arranca-mento das partículas.

O objetivo da invenção é superar as desvantagens das graxas edos revestimentos secos ou semi-secos conhecidos, pelo menos do pontode vista tribológico sob as condições locais e no que refere-se à produtivida-de da aplicação do revestimento, e, opcionalmente, do ponto de vista de cor-rosão.

O termo "acoplamento nas condições locais" significa acopla-mento na posição vertical, na qual: (i) um primeiro elemento rosqueado éfixado em uma posição vertical; e (ii) um segundo elemento rosqueado a sercolocado no primeiro elemento rosqueado, disposto ou integral com a extre-midade inferior de um tubo, que pode ser de 13 metros de comprimento, émantido substancialmente vertical acima do primeiro elemento rosqueadopor um dispositivo de levantamento, o segundo elemento rosqueado sendocolocado no primeiro usando um dispositivo adequado, tais como tenazes deforça. De modo similar, o termo "quebra sob as condições locais" significa aquebra dos primeiro e segundo elementos rosqueados dispostos vertical-mente e, desse modo, suportando o peso de um tubo e, possivelmente, su-jeito a desalinhamento, o tubo a ser quebrado sendo suspenso de um dispo-sitivo de levantamento.

Em particular, a invenção proporciona um elemento rosqueadopara uma conexão tubular rosqueada, que é resistente a escoriação, com-preendendo um enroscamento revestido com um revestimento fino sólido,que não é aderente ao toque e adere ao substrato, que compreende umamatriz sólida na qual são suspensas partículas de um lubrificante sólido.

De acordo com a invenção, a matriz sólida é lubrificante e apre-senta um comportamento reológico do tipo plástico ou viscoplástico, e asditas partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de Iubrifi-cantes de pelo menos duas das classes 1, 2, 3 e 4, como vão ser definidasabaixo.

As características opcionais da invenção, que podem ser com-plementares ou substitutivas, são apresentadas abaixo:- a dita matriz tem um ponto de fusão na faixa de 80 a 320QC;

- a dita matriz compreende pelo menos um polímero termoplásti-co;

- o dito polímero termoplástico é polietileno;

- a dita matriz compreende pelo menos um sabão metálico;

- o sabão é assentado para contribuir para captura de fragmen-tos de revestimento produzidos por atrito;

- o sabão é um estearato de zinco;

- a dita matriz compreende pelo menos uma cera de origem ve-getal, animal, mineral ou sintética;

- a cera é assentada para contribuir para capturar fragmentos dorevestimento produzidos por atrito;

- a cera é cera de carnaúba;

- a dita matriz compreende pelo menos um inibidor de corrosão;

- o inibidor de corrosão é um derivado de sulfonato de cálcio;

- o sabão é selecionado para aperfeiçoar o tempo para apareci-

mento de corrosão, sob o teste de corrosão de aspersão de sal padrão 9227ISO;

- a dita matriz compreende pelo menos um polímero líquido, comuma viscosidade cinemática a 100-C de pelo menos 850 mm2/s;

- o dito polímero líquido é insolúvel em água;

- o dito polímero líquido é selecionado de um poli (metacrilato dealquila), um polibuteno, um poliisobuteno e um polidialquilsiloxano;

- a dita matriz compreende pelo menos um agente superficial-mente ativo;

- a dita matriz compreende pelo menos um colorante;

- a dita matriz compreende pelo menos um antioxidante;

- as partículas do lubrificante sólido compreendem partículas depelo menos um lubrificante sólido da classe 2 e pelo menos um lubrificantesólido da classe 4;

- as partículas do lubrificante sólido compreendem partículas depelo menos um lubrificante sólido da classe 1, pelo menos um lubrificantesólido da classe 2 e pelo menos um lubrificante sólido da classe 4;

- as partículas do lubrificante sólido não compreendem partículasde grafite;

- as partículas do lubrificante sólido compreendem pelo menospartículas de nitreto de boro, como o lubrificante sólido da classe 1;

- as partículas do lubrificante sólido não compreendem partículasde dissulfeto de molibdênio;

- as partículas do lubrificante sólido compreendem partículas depelo menos um lubrificante sólido da classe 2, selecionado de fluoreto degrafite, sulfetos de estanho e sulfetos de bismuto;

- as partículas do lubrificante sólido compreendem pelo menospartículas de politetrafluoroetileno, como o lubrificante sólido da classe 4;

- o dito revestimento compreende moléculas de pelo menos umfulereno com uma geometria esférica;

- a composição em peso da matriz é a seguinte:

homopolímero de polietileno - 15 a 90%;

cera de carnaúba - 5 a 30%;

estearato de zinco - 5 a 30%;

derivado de sulfonato de cálcio - 0 a 50%;

poli (metacrilato de alquila) - 0 a 15%;

colorante - 0 a 1 %; e

antioxidante - 0a1%;

- a composição em peso da matriz é a seguinte:

homopolímero de polietileno - 15a 90%;

cera de carnaúba - 5 a 30%;

estearato de zinco - 5 a 30%;

derivado de sulfonato de cálcio - 0 a 50%;

poli (metacrilato de alquila) - 0 a 15%;polidimetilsiloxano - 0 a 2%;

colorante - 0 a 1 %; e

antioxidante - 0 a 1%;

- a composição em peso do lubrificante sólido é a seguinte: fluoreto de grafite - 20 a 99%;

nitreto de boro - Oa 30%; e

politetrafluoroetileno - 1 a 80%;

- a composição em peso do lubrificante sólido é a seguinte:sulfetos de estanho - 20 a 99%;

nitreto de boro - 0 a 30%; e

politetrafluoroetileno - 1 a 80%;

- a composição em peso do lubrificante sólido é a seguinte:sulfetos de bismuto - 20 a 99%;

nitreto de boro - 0 a 30%; e

politetrafluoroetileno- 1a 80%;

- a composição em peso do revestimento é a seguinte:matriz - 70 a 95%; elubrificantes sólidos - 5a 30%;

- a espessura do revestimento é na faixa de 10 a 50 μιη; e

- o revestimento é também aplicado a uma superfície vedante,

que é ajustado para ficar no contato de interferência vedado com uma super-fície correspondente de um segundo elemento rosqueado, após conexãodos dois elementos rosqueados por acoplamento.

A invenção também diz respeito a uma conexão tubular rosque- ada, que compreende um elemento rosqueado macho e um elemento ros-queado fêmea, na qual pelo menos um dos ditos elementos rosqueados écomo definido acima, e a um método para acabamento de um elemento tu-bular rosqueado, no qual uma camada fina de um revestimento antiescorifi-cação sólido, como definido acima, é aplicada a pelo menos uma superfíciedo enroscamento, após a superfície a ser revestida ter sido submetida a umtratamento superficial que é assentado para aperfeiçoar a adesão do reves-timento.O método da invenção pode compreender pelo menos algunsdos seguintes aspectos:

- aquecimento dos constituintes do revestimento a uma tempera-tura que é mais alta do que o ponto de fusão da matriz, e o revestimento édepois aplicado por aspersão dos ditos constituintes compreendendo a ma-triz em fusão;

- o revestimento é aplicado por projeção por uma chama de umpó formado pelos constituintes do revestimento;

- o revestimento é aplicado por aspersão de uma emulsão aquo-sa, na qual os constituintes do revestimento são dispersos;

- o elemento rosqueado é aquecido a uma temperatura igual ousuperior a 80SC;

- ò elemento rosqueado é mantido na temperatura ambiente;

- o dito tratamento superficial é selecionado de tratamentos me-cânicos, tratamentos químicos e depósitos não reativos;

- a superfície a ser revestida é uma superfície metálica e o ditotratamento superficial é um tratamento para conversão química da dita su-perfície;

- o dito tratamento de conversão química é uma fosfataçãò;

- o dito tratamento superficial é seguido por um tratamento paraimpregnação de rugosidade ou poros da superfície a ser revestida (12) pornanomateriais (11), com uma ação anticorrosiva;

- os ditos nanomateriais são partículas (11) de óxido de zinco;

- os ditos nanomateriais têm um tamanho de partícula médio daordem de 200 nm; e

- os ditos nanomateriais são aplicados na forma de uma disper-são aquosa.

As características e vantagens da invenção vão ficar evidentesda descrição abaixo, feita com referência aos desenhos em anexo.

A figura 1 mostra um diagrama de dois tubos, que estão prontospara ser montados por acoplamento dos seus elementos rosqueados em umpoço de hidrocarbonetos.A figura 2 mostra, em uma maior escala, uma parte da superfícierosqueada de um elemento rosqueado, cujos poros são impregnados pornanomateriais, de acordo com o método da invenção.

As figuras 3 e 4 mostram esquematicamente os dispositivos quepodem ser usados para conduzir o método da invenção.

A figura 5 mostra esquematicamente um dispositivo para avaliaro revestimento da invenção por um teste de acoplamento - ruptura.

A invenção reside em um estudo do comportamento tribológicode certos materiais e se baseia em certas noções, que são resumidas abaixo.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

EFEITO DO FILME DE TRANSFERÊNCIA DE LUBRIFICANTE SÓLIDO OUEFEITO DE FORMAÇÃO DE LÂMINAS

Os lubrificantes sólidos no regime de lubrificação hidrodinâmicoe seco, quando dispersos em um material fluido ou viscoelástico, tendem aficar fixados nas superfícies em uma maneira estável, modificando as suascaracterísticas friccionais. São transferidos e ligados à superfície por ligaçãoquímica, que resulta em boa resistência a desgaste e um aperfeiçoamentonas propriedades friccionais. A natureza dos sólidos dota as superfícies comuma proteção antidesgaste, com propriedades de resistência e antidesgastenas pressões extremas geradas pelas altas tensões superficiais, denomina-da pressão de Hertz, e um pequeno coeficiente de atrito por uma ampla ga-ma de cargas e velocidades friccionais. As ditas propriedades, para geraçãode um efeito de filme de transferência ou um efeito de formação de lâminas,são usadas para os tipos de atrito nos quais as superfícies são tensionadasem uma maneira repetitiva, tal como aquela produzida durante acoplamentoe ruptura dos sistemas de conexões tubulares rosqueadas.

TERCEIRO CORPO DEVIDO A ATRITO

O terceiro corpo devido a atrito ocorre entre duas superfícies emcontato, durante atrito.

Na ausência de lubrificante, dois corpos em atrito entre si e sobtensão produzem um terceiro corpo formado por fragmentos, que podem serou não transformados quimicamente, de cada um dos corpos. Esse terceirocorpo define uma parte das propriedades friccionais por seu comportamentosob tensão aplicada, o seu mecanismo de transformação sob tensão, e asua capacidade para migrar, fixar-se ou ser eliminado.

Quando um lubrificante líquido, fluido, ou sólido plástico, isto é,que se deforma sob cisalhamento de uma maneira plástica com fluxo de ma-terial, é interposto entre os dois corpos, o lubrificante forma um filme sepa-rando as superfícies dos dois corpos e ele próprio constitui um terceiro cor-po. A sua composição é modificada nas condições limites, isto é, quando astensões friccionais resultam em contato dos materiais lubrificados, com aprodução de mistura de sólidos com o material fluido ou plástico.

PROPRIEDADES DE PRESSÃO EXTREMA

Essas são as propriedades de certos produtos que permitemque as superfícies sofrendo alta pressão de Hertz resistam a desgaste edeslizem com baixos coeficientes de atrito.

PRESSÃO DE HERTZ

As superfícies em contato sob carga se deformam elasticamen-te, definindo uma zona de contato com uma certa área superficial. A cargaaplicada dividida pela dita área superficial define a pressão de Hertz. Duran-te alta pressão de Hertz, os materiais plásticos não sólidos podem sofrercisalhamento interno, reduzindo os seus tempos de vida útil por fadiga domaterial, enquanto que os materiais plásticos sólidos sofrem esse cisalha-mento sem degradação estrutural.

MATRIZ

Essa designa um sistema que permite a fixação ou condução deum princípio ativo a um dado local. Também age como um agente para coe-são de um sistema heterogêneo e pode ter funções que suplementam aque-las dos princípios ativos que ele liga ou conduz.

EFEITO SINÉRGICO

Os corpos tendo propriedades básicas podem ser combinadosem um corpo complexo, com características e comportamento completamen-te diferentes. No caso quando esses comportamentos resultam em desem-penhos, que são melhores do que os desempenhos cumulativos dos consti-tuintes, existe um efeito sinérgico.

COMPORTAMENTO VISCOSO, PLÁSTICO. VISCOPLÁSTICO E GRANU-LAR

Os corpos altamente deformáveis ou fluidos, que sofrem defor-mação limitada sob o efeito de uma pressão hidrostática e um escoamentonão definido sob o efeito de ainda uma tensão de cisalhamento pequena. Osexemplos são óleos e graxas.

Os corpos ligeiramente deformáveis ou sólidos, que sofrem de-formação limitada, independentemente da natureza da tensão, pelo menosaté um limiar de tensão determinado. Esse é o caso com os sistemas ter-morrígidos tendo um limite convencional de elasticidade além do qual a es-trutura do material degrada.

A maior parte dos materiais existentes ficam entre esses doisextremos (materiais com comportamento elástico, plástico, viscoso ou visco-plástico).

O terceiro corpo gerado ou presente durante atrito, devido àssuas propriedades lubrificantes ou não lubrificantes para o seu estado físico,como observado na Tabela 1 abaixo.

TABELA 1

<table>table see original document page 11</column></row><table>

Os materiais usados na matriz da invenção pertencem à catego-ria 1 na Tabela 1.

POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMORRÍGIDOS

O termo "termoplástico" define um polímero que é fusível, capazde ser amolecido reversivelmente, depois fundido por aquecimento às res-pectivas temperaturas Tg e Tm (temperatura de transição vítrea e ponto defusão) e solidificado por resfriamento. Os polímeros termoplásticos sãotransformados sem reação química, em comparação com os polímeros ter-morrígidos. Os polímeros termoplásticos são usados na invenção para obter,sob atrito, um fluxo viscoso enquanto na posição estática, mantendo umaestrutura sólida seca (não adesiva), que é seca a toque e estável. Em com-paração, em geral, os polímeros termoplásticos não têm ou têm pouco com-portamento viscoso, sob tensão.

SABÃO METÁLICO

Esse termo abrange sabões de metais alcalinos e metais alcali-no-terrosos e de outros metais. São compostos fusíveis tendo a capacidadede escoar entre superfícies (categoria 1 na Tabela 1).

CERA

Esse termo abrange substâncias fusíveis com propriedades lu-brificantes de várias origens (mineral, em particular de destilação de gasoli-na, vegetal, animal ou sintética), com uma consistência mais ou menos pas- tosa ou dura e com um ponto de fusão e ponto de gota que podem variaramplamente, dependendo das suas naturezas.

INIBIDORES DE CORROSÃO

Esses são aditivos dotando um material líquido ou sólido, aplica-do a uma superfície, com a capacidade para proteger a dita superfície dediferentes modos de corrosão. Esses inibidores de corrosão funcionam, deacordo com os vários mecanismos químicos, eletroquímicos ou físico-químicos.

LUBRIFICANTES SÓLIDOS

Um lubrificante sólido é um corpo sólido estável que, interpostoentre duas superfícies friccionais, propicia a redução do coeficiente de atritoe reduz desgaste e dano às superfícies. Os ditos corpos podem ser classifi-cados em diferentes categorias, definidas pelo mecanismo de operação eestrutura:

Classe 1: corpos sólidos tendo suas propriedades lubrificantesdevidas às suas estruturas cristalinas, por exemplo, grafite ou nitreto de boroBN;

Classe 2: corpos sólidos tendo suas propriedades lubrificantesdevidas às suas estruturas cristalinas e a um elemento químico reativo nassuas composições, por exemplo, dissulfeto de molibdênio M0S2, fluoreto degrafite, sulfetos de estanho ou sulfetos de bismuto;

Classe 3: corpos sólidos tendo suas propriedades lubrificantesdevidas às suas reatividades químicas, por exemplo, certos compostos quí-micos do tipo tiossulfato; e

Classe 4: corpos sólidos tendo suas propriedades lubrificantesdevidas ao comportamento plástico ou viscoplástico, sob tensões de atrito,por exemplo, politetrafluoroetileno, PTFE, ou poliamidas.

Para definir um produto de alto desempenho, a invenção estu-dou as propriedades sinérgicas das várias classes de lubrificantes sólidos.

Os lubrificantes sólidos preferidos para uso na invenção com-preendem os compostos da classe 2, que até agora não foram usados emalto grau, tais como fluoretos de grafite ou sulfetos complexos de estanho ebismuto. De acordo com os inventores, diferem dos lubrificantes sólidos tra-dicionais, tais como grafite, dissulfeto de molibdênio ou dissulfeto de tungs-tênio, pelas suas grandes capacidades de aglutinação metais e aos seusmelhores desempenhos sob pressão extrema. Quando usados sinergica-mente com lubrificantes sólidos de outras classes, permitem que sejam obti-das desempenhos particularmente significativos.

Os inventores investigaram soluções que não usam grafite, quepode facilitar a corrosão, nem dissulfeto de molibdênio, pois esse compostoé conhecido como sendo instável, em particular na presença de umidade, eliberar óxido de enxofre corrosivo para aço ou sulfeto de hidrogênio, tornan-do, possivelmente, o aço sensível a fendimento por tensão de sulfeto de hi-drogênio, SSC.

FULERENOS

Esses são materiais moleculares tendo uma estrutura na formade tubos abertos ou fechados, ou esferas abertas ou fechadas, em uma ca-mada única ou multicamada. Os fulerenos esféricos são várias dezenas denm em tamanho em uma monocamada e mais que cerca de 80 nm comouma multicamada. Agem nas superfícies, bloqueando, de uma maneira es-tável, os sítios criados pela rugosidade superficial e bloqueando a degrada-ção do tipo descamação.TIPOS DE TENSÃO

A invenção considera as várias tensões nas quais as conexõestubulares rosqueadas são submetidas quando em operação.

ATRITO EM BAIXA E ALTA VELOCIDADE. E EM BAIXA E ALTA PRESSÃODE HERTZ

O sistema friccional, durante acoplamento e ruptura de conexõesrosqueadas, e complicado pela ampla gama de velocidades friccionais en-contrada. As velocidades podem ser relativamente altas, durante acopla-mento, e quase zero ao final do acoplamento ou início de ruptura. Além dis-so, a pressão de Hertz é muito alta, durante os mesmos períodos friccionais,levando a condições limites. Desse modo, os inventores buscaram definir umsistema satisfazendo as ditas tensões.

Para superar os problemas devido às tensões cinéticas, os in-ventores desenvolveram uma matriz de propriedades, que são plásticas, re-sultando em um fluxo viscoso sob tensão e satisfazendo todas as situaçõesde velocidade encontradas. O uso de vários constituintes é necessário paraos sistema de mais alto desempenho, para adaptá-los a essa ampla gamade cisalhamentos. A dita matriz permite manter os outros elementos ativosno lugar e contribuem para a produção de filmes de transferência ou lâminasestáveis.

As resinas termoplásticas, geralmente com características plás-ticas, foram selecionadas, e os inventores selecionaram polietileno da sériede polímeros viscoelásticos existentes, em preferência a outros polímerosviscoplásticos, tais como poliamida 6, poliamida 11 ou polipropileno, quepossuem problemas de aplicação devido às suas altas viscosidades no es-tado em fusão. Os tipos de polietileno, com pontos de fusão acima de 1059C,foram selecionados.

A plasticidade da matriz aperfeiçoada foi obtida por adição decompostos químicos do tipo sabão metálico, entre os quais os sabões decálcio, bismuto e zinco, que produziram excelentes resultados no que se re-fere ao número de etapas de acoplamento - ruptura, sob as condições locaisdescritas acima, bem como um aperfeiçoamento nas propriedades de rea-glomeração de fragmentos. O estearato de zinco foi selecionado dos ditossabões, devido ao seu efeito sinérgico com os inibidores de corrosão estu-dados abaixo.

A incorporação de gorduras naturais, tal como cera de carnaúba,na matriz permite a otimização das propriedades de reaglomeração de frag-mentos, durante as operações de acoplamento - ruptura.

Para satisfazer as tensões de lubrificação limitantes, sob condi-ções quase estáticas, juntamente altas cargas de atrito, os inventores de-senvolveram um sistema de aditivos adequados, com base em lubrificantessólidos. Os aditivos convencionais apenas funcionam quando as tensõessuperficiais permitem que eles reajam, o que apenas ocorre sob certas car-gas e velocidades friccionais. Os inventores usaram, desse modo, a técnicade lubrificante sólido, capaz de garantir um regime lubrificante, mesmo sobcondições quase estáticas. Os inventores usaram, mais particularmente, oefeito sinérgico entre as diferentes classes de lubrificantes sólido e o efeitosinérgico entre eles, e o comportamento viscoplástico da matriz, para cobrirtodas as condições de velocidade e condições de tensão encontradas. Es-ses efeitos sinérgicos produziram facilmente um efeito de formação de lâmi-nas pela ação da matriz. As sinergias das classes 1 / 2 e as sinergias dasclasses 1/2/4 foram testadas com sucesso.

Um aumento de 50% no número de ciclos de acoplamento - rup-tura, sob as condições locais, foi observado com sistemas combinando asclasses 1, 2 e 4, comparados com a sinergia do tipo classes 2/4.

Os inventores observaram desempenhos sinérgicos particular-mente bons com os seguintes produtos: fluoreto de grafite (classe 2) / PTFE(classe 4) / nitreto de boro (classe 1), dissulfeto de estanho (classe 2) / PTFE(classe 4) / nitreto de boro (classe 1) e sulfeto de bismuto (classe 2) / PTFE(classe 4) / nitreto de boro (classe 1).

MEIO AMBIENTE HOSTIL (UMIDADE SALINA OU NÃO SALINA)

Dependendo dos requisitos de proteção anticorrosiva superficial,pode ser necessário incorporar inibidores de corrosão à matriz. Desses, osderivados de sulfonato de cálcio e, em particular, aqueles derivados da as-sociação de oxido de cálcio e sulfonatos de cálcio em um meio constituídopor ceras, resinas de petróleo ou parafinas, tal como o produto vendido pelaLUBRIZOL com o nome comercial ALOX 2211 Y, provaram ser de um de-sempenho particularmente alto, mas outros compostos também podem serusados, tais como amina, aminoborato, amina quaternária, sulfonato ou poli-alfaolefina superalcalinizado, fosfossilicato de estrôncio, fosfossilicato dezinco ou tipo borato - carboxilato, também podem ser usados.

A resistência a corrosão também pode ser aperfeiçoada por as-sociação do inibidor de corrosão selecionado com compostos que agem poroutros mecanismos, para bloquear a corrosão. Como indicado acima, estea-rato de zinco demonstrou, em particular, propriedades sinérgicas com osinibidores de corrosão, enquanto contribuindo bastante para o comportamen- to lubrificante da matriz.

O teste principal da proteção anticorrosiva é o teste de aspersãosalina conduzido de acordo com o padrão internacional ISO 9227 e admitin-do o índice Re de acordo com o padrão ISO EN 2846-3, em uma placa tra-tada com fosfatação de manganês (depósito de 8 a 20 g/m2 de fosfato). USO DE UM MEIO AMBIENTE PROTEGIDO (RESTRIÇÕES DE COMPA-TIBILIDADE AMBIENTAL)

A composição da matriz pode ser intencionada para bloquear osfragmentos do atrito na superfície, para eliminar as possibilidades de polui-ção ambiental. Em virtude de uma composição adequada da matriz, esses fragmentos reaglomeram tão logo são formados.

Para demonstrar essa propriedade, os inventores incluíram pro-cedimentos quantitativos nos protocolos experimentais, pesando os frag-mentos gerados durante o atrito. Foram, desse modo, capazes de estabele-cer a eficiência de sabões metálicos e ceras.

No entanto, dependendo das proporções dos inibidores de cor-rosão requeridas, a degradação das propriedades de coleta dos fragmentosou das propriedades de reaglomeração dos fragmentos pôde ser observada,que os inventores buscaram corrigir. Desse modo, consideraram a influênciade polímeros muito viscosos, tais como poli (metacrilatos de alquila) (PAMA),polibutenos, poliisobutenos e polissiloxanos, excelentes resultados em umteste de reaglomeração de fragmentos sendo obtidos com um PAMA, comuma viscosidade cinemática de 850 mm2/s a IOO9C, vendido pela ROHMAXcom o nome comercial VISCOFLEX 6-950.

Após alguns ciclos de acoplamento - ruptura, um exame dosdois enroscamentos dotado com um revestimento da invenção, apenas umdos quais continha um PAMA, mostrou que com esse revestimento, os frag-mentos produzidos por atrito foram aglomerados e incorporados na superfí-cie friccional, sem provocar poluição externa, enquanto que com o outro re-vestimento, os fragmentos se mantiveram dispersos.

APLICABILIDADE DO REVESTIMENTO

Para aperfeiçoar a adesão do revestimento à temperatura ambi-ente, pode ser necessário adicionar pelo menos um agente superficialmenteativo (também chamado tensoativo) à matriz.

Nesse aspecto, os inventores consideraram mais especialmentea adição de 2% ou menos de polidimetilsiloxano.

Outros compostos, polímeros ou não, tendo propriedades super-ficialmente ativas similares, também podem ser considerados.

A invenção combina, desse modo, dois grupos de produtos, peloestudo sistemático das interações sinérgicas entre eles:

- os constituintes da matriz; e

- um conjunto sinérgico de lubrificantes sólidos.

O método da invenção compreende a preparação da superfíciedos elementos a serem lubrificados.

Os testes de acoplamento - ruptura mostraram que por estabe-lecimento adequado de um filme de transferência, é necessário modificar asuperfície a ser revestida, ou por um tratamento mecânico, tal como jatea-mento com areia ou jateamento com fragmentos de chumbo, ou por modificafísica ou química das superfícies usando um tratamento reativo baseado emdepósitos minerais cristalizados na superfície, ataque químico, usando, porexemplo, um ácido, um tratamento de fosfatização com zinco ou manganêsou oxidação, resultando em uma camada de conversão química superficial.Entre esses tratamentos superficiais, a fosfatização é a preferida como o quepropicia a produção de uma superfície com a adesão adequada, resultandona produção de um filme de transferência resistente durante atrito e muitoestável, bem como proteção anticorrosiva de base.

Pode ser também desejável preparar uma superfície comple-mentar, consistindo em impregnação dos poros da superfície por uso de na-nomateriais, cujos tamanhos permitem que sejam inseridos nos poros. Oobjetivo da dita impregnação é bloquear e saturar os locais criados pelosporos com um material tendo uma ação apassivante, para proteger a super-fície contracorrosão, enquanto mantendo uma boa adesão do revestimento.

A figura 2 mostra esquematicamente a impregnação das partícu-las 11 nos locais dos poros 12 de um substrato metálico 13.

Os inventores estabeleceram que o desempenho foi aperfeiçoa-do no teste de aspersão de sal, conduzido de acordo com os padrões men-cionados acima (aumento de 20% no tempo de aparecimento de corrosão),por inserção de partículas de oxido de zinco que são de tamanho nanométri-co (média de 200 nm), aplicadas por simples dispersão em água.

Para permitir a identificação visual das superfícies tratadas, épossível usar qualquer colorante conhecido em proporções (£ 1%, por e-xemplo), que não degradam os desempenhos friccionais.

Para conservar o revestimento da degradação por oxidação, de-vido, por exemplo, ao aquecimento ou à exposição à radiação UV (ultraviole-ta), é possível adicionar um ou mais antioxidantes. Os compostos polifenóli-cos, os derivados de naftilamina e os fosfitos orgânicos constituem as princi-pais famílias de antioxidantes. Os inventores selecionaram em particularuma combinação de IRGANOX® L150 (sistema de antioxidantes polifenóli-cos e de amina) e IRGAFOS® 168 (tris(2,4-di-t-butilfenil) fosfito) da Ciba-Geigy.

A invenção também diz respeito a modos de aplicação do reves-timento, para permitir que seja facilmente usado em escala industrial. Váriastécnicas podem ser usadas para esse fim, a mais adequada delas sendodescrita abaixo.

A técnica de aspersão em fusão consiste em manter o produto auma alta temperatura em fase líquida e aspergi-lo usando canhões de as-persão controlados termostaticamente. O produto é aquecido entre 10 e50-C acima do seu ponto de fusão e aspergido em uma superfície preaque-cida, a uma temperatura acima do ponto de fusão, para proporcionar umaboa cobertura superficial.

Em uma variação, a aspersão é conduzida em um elemento ros-queado não preaquecido (isto é, mantido na temperatura ambiente). A com-posição de revestimento é então adaptada por adição de uma pequena pro-porção de um agente superficialmente ativo, por exemplo, máximo de 2%,tipicamente, 0,6% de polidimetilsiloxano.

A figura 3 mostra um exemplo de uma instalação para conduçãodo método. O produto 20 é fundido em um tanque 21, submetido a agitaçãousando um agitador propulsor 22, depois enviado, por uma bomba ajustável24, por um tubo 25 para uma cabeça de aspersão 23, que é também supridacom ar por meio de um compressor 26. As temperaturas dos componentes21 e 23 a 26 são ajustáveis.

Uma outra técnica é o revestimento por emulsão, no qual o pro-duto é aspergido na forma de uma emulsão aquosa. A emulsão e o substratopodem estar na temperatura ambiente, e um tempo de secagem é, portanto,requerido. O dito tempo de secagem pode ser consideravelmente reduzidopor preaquecimento do produto entre 60 e 80SC, e/ou aquecimento da super-fície entre 50 e 150SC.

A figura 4 ilustra a técnica de aspersão térmica ou técnica deaspersão por chama. Nesse caso, o produto 30 em forma de pó é projetadopara a superfície a ser revestida de um canhão 31, suprido com ar 32 e umgás combustível 33. O pó funde quando passa pela chama 34 e cobre o seualvo de uma maneira homogênea.

EXEMPLO

Uma conexão rosqueada do tipo VAM TOP HC1 com um diâme-tro nominal de 177,8 mm (7 polegadas) e com um peso por unidade de com-primento de 43,15 kg/m (29 Ib/ft), foi usada, que foi formada de aço de baixaliga (grau L80), de acordo com a especificação técnica emitida pela DivisãoOCTG da Vallouree & Mannesmann Tubes.

Antes da aplicação do revestimento, o elemento rosqueado ma-cho sofre fosfatização com zinco (peso de camada na faixa de 4 a 20 g/m2) eo elemento rosqueado fêmea sofre fosfatização com manganês (peso dacamada na faixa de 8 a 20 g/m2). Os elementos rosqueados foram preaque-cidos a 130SC e receberam uma aplicação de uma camada de 35 μιτι de es-pessura de um produto, que foi mantido em fusão a 150gC por aspersão emfusão, com a seguinte composição:

polietileno vendido pela CLARIANT com o nome comercial PE

520- 19%;

cera de carnaúba - 15%;

estearato de zinco - 20%;

PAMA vendido pela ROHMAX com o nome comercial VISCO-

PLEX 6-950 - 5%;

derivado de sulfonato de cálcio vendido pela LUBRIZOL com o

nome comercial ALOX 2211 Y - 30%;

fluoreto de grafite - 7%;

politetrafluoroetileno - 2%;

nitreto de boro - 1%;

colorante (verde de quinizarina, C28H22N2O2) - 0,5%; eantioxidantes vendidos pela Ciba-Geigy:

IRGANOX® L150- 0,3%; e

IRGAFOS® 168 - 0,2%.

O resultado do teste de aspersão com sal usando os padrõesISO 9227 e ISO EN 2846-3: Re = 0 após 1.000 horas.

As condições locais foram simuladas por um teste de acopla- mento - ruptura, no qual o acoplamento 40 (figura 5), compreendendo o ele-mento fêmea, foi mantido verticalmente na mandíbula fixa 41 das tenazes deforça , e o elemento macho, formado na extremidade inferior de um tubo 42curto disposto verticalmente, conhecido como junta deslocada, foi colocadopreviamente manualmente no elemento fêmea.

Para compensar a curteza do tubo 42 (1 metro) e simular umtubo de 13 metros de comprimento, uma massa 43 de 420 kg, que tinha sidopreviamente suspensa de um guindaste móvel, foi colocada na extremidadesuperior do tubo 42, sem dispor o centro de gravidade da massa 43 exata-mente no eixo do tubo 42 e acoplamento 40.

O elemento macho foi depois levado para a mandíbula móvel 44e colocado no elemento fêmea, com uma velocidade de rotação inicial de 16rpm, reduzindo a velocidade na fase final, até que fosse interrompida, quan-do o torque de colocação nominal da conexão rosqueada não revestida fos-se atingido, que era no exemplo de 20.100 N.m.

A ruptura foi conduzida simetricamente, isto é, a uma velocidaderotativa crescente.

Mais de 10 ciclos de acoplamento - ruptura puderam ser condu-zidos sob essas condições, sem qualquer degradação das partes constituin-tes dos elementos rosqueados.

Claims

1. Elemento rosqueado para uma conexão tubular rosqueada,que é resistente a escoriação, compreendendo um enroscamento revestidocom um revestimento fino sólido, que não é grudento a toque e adere aosubstrato, que compreende uma matriz sólida, na qual partículas de lubrifi-cantes sólidos são dispersas, caracterizado pelo fato de que a matriz sólidaé lubrificante e apresenta um comportamento reológico do tipo plástico ouviscoplástico, e pelo fato de que as ditas partículas de lubrificantes sólidoscompreendem partículas de lubrificantes de pelo menos duas das classes 1,-2,3 e 4.

2. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 1, no quala dita matriz tem um ponto de fusão na faixa de 80 a 3202C.

3. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 1 ou 2, noqual a dita matriz compreende pelo menos um polímero termoplástico.

4. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 3, no qualo dito polímero termoplástico é polietileno.

5. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos um sabãometálico.

6. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 5, no qualo sabão compreende para a captura dos fragmentos do revestimento produ-zidos por atrito.

7. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 5 ou 6, noqual o sabão é estearato de zinco.

8. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das reivin-dicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos uma cerade origem vegetal, animal, mineral ou sintética.

9. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 8, no quala cera contribui para a captura dos fragmentos do revestimento produzidospor atrito.

10. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 8 ou 9,no qual a cera é cara de carnaúba.

11. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos uminibidor de corrosão.

12. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 11, noqual o inibidor de corrosão é um derivado de sulfonato de cálcio.

13. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 11 ou-12, em combinação com a reivindicação 5 ou 6, no qual o sabão é selecio-nado para aperfeiçoar o tempo para aparecimento de corrosão sob o testede corrosão de aspersão de sal ISO 9227.

14. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos umpolímero líquido, com uma viscosidade cinemática a 100-C de pelo menos-850 mm2/s.

15. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 14, noqual o dito polímero líquido é insolúvel em água.

16. Elemento rosqueado de acordo com a reivindicação 14 ou-15, no qual o dito polímero líquido é selecionado de um poli (metacrilato dealquila), um polibuteno, um poiiisobuteno e um polidialquilsiloxano.

17. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a matriz compreende pelo menos um agentesuperficialmente ativo.

18. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos umcolorante.

19. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a dita matriz compreende pelo menos umantioxidante.

20. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos com-preendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido da classe 2 e pelomenos um lubrificante sólido da classe 4.

21. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos com-preendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido da classe 1, pelomenos um lubrificante sólido da classe 2 e pelo menos um lubrificante sólidoda classe 4.

22. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos nãocompreendem partículas de grafite.

23. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos com-preendem pelo menos partículas de nitreto de boro, como o lubrificante sóli-do da classe 1.

24. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos nãocompreendem partículas de dissulfeto de molibdênio.

25. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos com-preendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido da classe 2, sele-cionadas de fluoreto de grafite, sulfetos de estanho e sulfetos de bismuto.

26. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual as partículas de lubrificantes sólidos com-preendem pelo menos partículas de politetrafluoroetileno, como o lubrificantesólido da classe 4.

27. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual o dito revestimento compreende moléculasde pelo menos um fulereno com uma geometria esférica.

28. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a composição em peso da matriz é a seguin-te:homopolímero de polietileno - 15 a 90%;cera de carnaúba - 5 a 30%;estearato de zinco - 5 a 30%;derivado de sulfonato de cálcio - 0 a 50%;poli (metacrilato de alquila) - 0 a 15%;colorante - 0 a 1 %; eantioxidante - 0a1%.

29. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a composição em peso da matriz é a seguinte:homopolíméro de polietileno - 15 a 90%;cera de carnaúba - 5 a 30%;estearato de zinco - 5 a 30%;derivado de sulfonato de cálcio - 0 a 50%;poli (metacrilato de alquila) - 0 a 15%;polidimetilsiloxano - 0 a 2%;colorante - 0 a 1%; eantioxidante - 0 a 1 %.

30. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei- vindicações anteriores, no qual a composição em peso do lubrificante sólidoé a seguinte:fluoreto de grafite - 20 a 99%;nitreto de boro - 0 a 30%; epolitetrafluoroetileno - 1a 80%.

31. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 1 a 28, no qual a composição em peso do lubrificante sólidoé a seguinte:sulfetos de estanho - 20 a 99%;nitreto de boro - 0 a 30%; epolitetrafluoroetileno - 1a 80%.

32. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações de 1 a 28, no qual a composição em peso do lubrificante sólidoé a seguinte:sulfetos de bismuto - 20 a 99%;nitreto de boro - 0 a 30%; epolitetrafluoroetileno - 1 a 80%.

33. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a composição em peso do revestimento é aseguinte:matriz - 70 a 95%; elubrificantes sólidos - 5 a 30%.

34. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual a espessura do revestimento é na faixa de-10 a 50 u.m

35. Elemento rosqueado de acordo com qualquer uma das rei-vindicações anteriores, no qual o revestimento é também aplicado a umasuperfície vedante, que é ajustado para ficar no contato de interferência ve-dado com uma superfície correspondente de um segundo elemento rosque-ado, após conexão dos dois elementos rosqueados por acoplamento.

36. Conexão tubular rosqueada, que compreende um elemento rosqueado macho e um elemento rosqueado fêmea, caracterizada pelo fatode que pelo menos um dos ditos elementos rosqueados está de acordo comuma das reivindicações anteriores.

37. Método para acabamento de um elemento tubular rosquea-do, no qual uma camada fina de um revestimento antiescorificação sólido é aplicada a pelo menos uma superfície do enroscamento, para obter um re-vestimento sólido, caracterizado pelo fato de que a superfície a ser revestidasofre um tratamento superficial para aperfeiçoar a adesão do revestimento, epelo fato de que os constituintes do dito revestimento são como definidos emuma das reivindicações de 1 a 35.

38. Método de acordo com a reivindicação 37, no qual os consti-tuintes do revestimento são aquecidos a uma temperatura que é mais alta doque o ponto de fusão da matriz, e o revestimento é depois aplicado por as-persão dos ditos constituintes compreendendo a matriz em fusão.

39. Método de acordo com a reivindicação 37, no qual o reves-timento é aplicado por projeção por uma chama de um pó formado pelosconstituintes do revestimento.

40. Método de acordo com a reivindicação 37, no qual o reves-timento é aplicado por aspersão de uma emulsão aquosa, na qual os consti-tuintes do revestimento são dispersos.

41. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-37 a 40, no qual o elemento rosqueado é aquecido a uma temperatura igualou superior a 80SC.

42. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-37 a 40, no qual o elemento rosqueado é mantido na temperatura ambiente.

43. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-37 a 42, no qual o dito tratamento superficial é selecionado de tratamentosmecânicos, tratamentos químicos e depósitos não reativos.

44. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-37 a 43, no qual a superfície a ser revestida é uma superfície metálica e odito tratamento superficial é um tratamento para conversão química da ditasuperfície.

45. Método de acordo com a reivindicação 44, no qual o dito tra-tamento de conversão química é uma fosfatação.

46. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-37 a 45, no qual o dito tratamento superficial é seguido por um tratamentopara impregnação de rugosidade ou poros da superfície a ser revestida (12)por nanomateriais (11), com uma ação anticorrosiva.

47. Método de acordo com a reivindicação 46, no qual os ditosnanomateriais são partículas (11) de oxido de zinco.

48. Método de acordo com a reivindicação 46 ou 47, no qual osditos nanomateriais têm um tamanho de partícula médio da ordem de 200nm.

49. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-46 a 48, no qual os ditos nanomateriais são aplicados na forma de uma dis-persão aquosa.