BRPI0620207A2 - proteção externa de juntas rosqueadas tubulares expansìveis - Google Patents
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Abstract
PROTEçãO EXTERNA DE JUNTAS ROSOUEADAS TUBULARES EXPANSìVEIS. A presente invenção refere-se a um elemento fêmea (2) de uma junta rosqueada tubular própria para ser submetida a uma expansão diametrai no domínio das deformações plásticas. O elemento fêmea (2) é disposto em uma extremidade de um componente tubular e compreende em sua periferia exterior um meio de absorção de energia de riscadura (10) de um corpo que risca suscetível de estar em contato exteriormente com o elemento fêmea (2) e um meio de retenção (11) do dito meio de absorção de energia de riscadura (10). O meio de retenção (11) é destinado a impedir a liberação de fragmentos do dito meio de absorção de energia de riscadura (10) por ocasião de uma expansão da junta rosqueada tubular.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROTEÇÃO EXTERNA DE JUNTAS ROSQUEADAS TUBULARES EXPANSÍVEIS".
A presente invenção refere-se a um elemento fêmea de uma junta rosqueada tubular própria para ser submetida a uma expansão diame- trai no domínio das deformações plásticas munida de um meio de proteção externa e a um método de apreciação da eficácia do dito meio de proteção.
Uma tal junta rosqueada ou conexão tubular pode ser obtida pela união das extremidades rosqueadas de dois tubos de grande compri- mento ou de um tubo de grande comprimento e de uma luva para constituir notadamente colunas de tubos de tubagem ou de produção para poços de hidrocarbonetos ou para poços similares, por exemplo em geotermia.
A colocação no lugar de tais colunas produz com freqüência choques e riscaduras na periferia exterior dos tubos que podem ser ocasio- nados por exemplo, pelo atrito dos tubos sobre as paredes do poço quando ele não é revestido de tubos ou sobre asperezas criadas por ocasião da a- bertura de janelas na parede da tubagem para realizar junções multilaterais (poços desviados).
Quando uma expansão diametral dos tubos no domínio das de- formações plásticas é realizada in situ, por exemplo, para aumentar a taxa de recuperação de um poço antigo descendo-se para isso uma coluna de pequeno volume e expandindo-se em seguida seu diâmetro ou ainda para colmatar os furos eventuais de um tubo perfurado pela corrosão ou pelo atri- to das hastes de perfuração, as riscaduras tais como descritas precedente- mente podem se abrir, notadamente nas partes de pequena espessura da junta rosqueada tubular, e provocar, assim, a ruptura da parede do tubo nesse local.
A patente FR 2 811 056 descreve uma junta rosqueada tubular própria para ser submetida a uma expansão diametral. Uma tal junta não divulga nenhuma característica de proteção da superfície periférica exterior dos tubos suscetíveis de entrar diretamente em contato com um corpo que se choca ou que risca exterior ao tubo.
O pedido internacional WO 03/059549 descreve um método de expansão radial no domínio plástico de uma junta rosqueada tubular que divulga a utilização de uma pequena luva tubular enfiada antes de atarraxa- mento na extremidade livre do elemento fêmea e acoplada depois de atarra- xamento aos elementos rosqueados macho e fêmea que permite:
- proteger as superfícies periféricas exteriores opostas ao ros- queamento por ocasião da manipulação e da inserção da coluna de tubos no poço evitando assim a deterioração das ditas superfícies que poderia acarre- tar concentrações de tensões e levar a uma ruptura catastrófica da conexão por ocasião de uma expansão plástica ulterior,
- que se tenha, depois da expansão radial no domínio plástico, uma estanqueidade metal-metal aos fluidos entre partes da superfície perifé- rica interna da dita pequena luva e as superfícies periféricas opostas ao ros- queamento dos elementos rosqueados macho e fêmea.
- Um dos inconvenientes desse método é que a pequena luva deve ser disposta no canteiro de obras o que gera uma perda de tempo e de produtividade por ocasião da colocação no lugar da coluna.
Também é conhecida, através do pedido internacional WO 2004/ 003416, uma junta rosqueada tubular para expansão no domínio plástico que compreende um primeiro elemento macho e um segundo elemento fê- mea mutuamente unidos por atarraxamento dos quais pelo menos um dos primeiro e segundo elementos compreende um lábio não rosqueado que se estende entre o rosqueamento e a extremidade livre de pelo menos um dos ditos elementos e que apresenta uma superfície de estanqueidade própria para estar em contato estanque com a superfície confrontante do outro ele- mento depois de expansão. Uma tal junta compreende uma pequena luva tubular enfiada antes de atarraxamento no segundo elemento fêmea no can- teiro de obras e posicionada de tal modo que ela se estende axialmente es- sencialmente em frente à dita superfície de estanqueidade. Uma tal pequena luva visa melhorar os desempenhos das superfícies de estanqueidade dis- postas nos elementos rosqueados da junta mas realiza também intrinseca- mente uma proteção externa dos elementos macho e fêmea e notadamente de suas extremidades finas. Essa pequena luva pode ser realizada sem ex- ceder do elemento fêmea e ser acoplada somente a esse elemento, nota- damente por colagem.
A presente invenção tem como objetivo propor um outro meio de proteção externa de um elemento fêmea que permite assegurar não somen- te a não propagação de inícios de ruptura tais como riscaduras ou choques no elemento fêmea mas também a retenção integral do dito meio de prote- ção, antes, durante ou depois de expansão evitando assim sua queda em totalidade ou em parte no fundo do poço por exemplo.
A invenção refere-se a um elemento fêmea de uma junta ros- queada tubular própria para ser submetida a uma expansão diametral no domínio das deformações plásticas disposto em uma extremidade de um componente tubular. O componente tubular pode notadamente ser um tubo de vários metros de comprimento ou uma luva relativamente curta (100 á 500 mm) de junção de dois tubos de vários metros de comprimento.
De acordo com uma característica principal, o elemento fêmea compreende em sua periferia exterior:
- um meio de absorção de energia de riscadura de um corpo que risca suscetível de estar em contato exteriormente com o elemento fêmea,
- um meio de retenção do dito meio de absorção de energia de riscadura destinado a impedir a liberação de fragmentos do dito meio de ab- sorção de energia de riscadura por ocasião de uma expansão da junta ros- queada tubular.
Na seqüência, o dito meio de absorção de energia de riscadura é chamado meio de absorção.
De acordo com uma realização vantajosa, os ditos meios de ab- sorção e de retenção são dispostos substancialmente a partir da extremida- de livre da extremidade fêmea.
Vantajosamente, os ditos meios de absorção e de retenção não se projetam axialmente para além da extremidade livre do elemento fêmea.
Vantajosamente, os ditos meios de absorção e de retenção se estendem axialmente pelo menos no comprimento do elemento fêmea.
Vantajosamente ainda, os ditos meios de absorção e de reten- ção são contínuos em toda a circunferência do elemento fêmea.
Vantajosamente, os ditos meios de absorção e de retenção são dispostos no elemento fêmea na usina por ocasião da fabricação do dito e- Iemento fêmea.
De acordo com um modo de realização, o dito meio de absorção é uma camada colocada sobre a superfície do elemento fêmea.
De preferência, a dita camada colocada é obtida de acordo com um processo de colocação por via seca.
Vantajosamente, o dito meio de absorção é feito de metal ou liga metálica escolhido entre os metais e ligas dúcteis.
Em uma realização vantajosa, o dito meio de retenção é um re- vestimento realizado sobre o dito meio de absorção.
Preferencialmente, o dito meio de retenção excede axialmente do dito meio de absorção de maneira a recobrir o elemento fêmea em pelo menos uma parte desse último.
O dito meio de retenção compreende vantajosamente um mate- rial sintético plástico, escolhido de preferência entre os elastômeros.
Preferencialmente, a espessura total do conjunto meio de ab- sorção e meio de retenção está compreendida entre 0,5 e 5 mm.
A aderência entre o dito meio de absorção e o dito meio de re- tenção e/ou a periferia exterior do elemento fêmea é vantajosamente melho- rada pela aplicação de uma pintura de aderência sobre o dito meio de ab- sorção e/ou a parte da dita periferia exterior do elemento fêmea em contato com o dito meio de retenção.
A invenção também refere-se a uma junta rosqueada tubular que compreende um elemento fêmea de acordo com a invenção e um ele- mento macho próprio para operar por atarraxamento junto com o dito ele- mento fêmea. De acordo com a invenção, o dito elemento macho não está em contato com os ditos meios de absorção e de retenção.
Também foi procurado um método de apreciação da eficácia de um meio de absorção disposto em um elemento fêmea de uma junta ros- queada tubular buscando-se para isso reproduzir as condições típicas de riscadura em poços de maneira reprodutível.
O método de apreciação da eficácia do dito meio de absorção consiste, de acordo com a invenção, em dispor em um dispositivo de ensaio de riscadura uma virola de comprimento dado de um componente tubular munida exteriormente de um meio de absorção.
Esse dispositivo de ensaio de riscadura compreende:
- uma ferramenta de realização de riscaduras própria para entrar exteriormente em contato com a dita virola,
- um meio de aplicação de uma força radial dada sobre a dita
ferramenta, força dirigida normalmente à dita virola e na direção da dita viro- la ou de uma força radial dada sobre a dita virola, força nesse caso dirigida normalmente à dita ferramenta e na direção da dita ferramenta,
- um meio de deslocamento relativo de translação da dita virola em relação à dita ferramenta paralelamente ao eixo da dita virola,
• Exerce-se em seguida um regime de força dado entre a dita ferramenta e a dita virola durante um tempo dado enquanto a dita virola é submetida a um deslocamento axial relativo em relação à dita ferramenta com um regime de velocidade de deslocamento relativo dado durante o dito tempo dado.
• No final do ensaio de riscadura, determina-se a presença ou não de uma riscadura sobre a dita virola sob o dito meio de absorção.
Vantajosamente, o dito regime de velocidade de deslocamento relativo e/ou a dita força são constantes durante uma fração substancial da duração do ensaio.
A fim de determinar quantitativamente a capacidade de absor- ção de energia de riscadura do meio de absorção, mede-se preferencialmen- te a profundidade máxima da riscadura efetuando-se para isso um levanta- mento do perfil transversal da riscadura.
Para apreciar a eficácia global de uma proteção externa de um elemento fêmea de uma junta rosqueada expansível, a dita virola pode ser munida exteriormente de um meio de retenção do dito meio de absorção e ser submetida depois do ensaio de riscadura a uma expansão diametral de uma porcentagem dada no domínio das deformações plásticas.
É constatada então a fissuração ou não da virola e a presença ou não de fragmentos e/ou pedaços dos ditos meios de absorção e/ou de retenção.
Outras características e vantagens da presente invenção apare- cerão com o exame da descrição detalhada abaixo, e dos desenhos anexos, nos quais:
• A figura 1 representa uma junta rosqueada tubular própria para ser expandida munida de um meio de proteção externa de acordo com a invenção.
• A figura 2 representa um modo de realização de acordo com a invenção de um elemento fêmea de uma junta rosqueada tubular do tipo da figura 1.
• A figura 3 representa um dispositivo de ensaio de riscadura de acordo com a invenção.
• As figuras 4a e 4b representam diferentes formas de ferramen- tas de realização de riscadura. A figura 4b é uma forma preferencial da in- venção.
• A figura 5 apresenta uma curva de aferição força/profundidade de riscaduras com a ferramenta apresentada na figura 4b.
• A figura 6 é uma representação esquemática do ensaio de ris- cadura de acordo com a invenção.
• A figura 7 representa um dispositivo de ensaio de expansão de acordo com a invenção.
A descrição detalhada abaixo e os desenhos que se referem a ela só são exemplos de modos de realização da presente invenção e não limitam o alcance dessa última a esses exemplos.
A figura 1 representa uma junta rosqueada tubular tal como a- quela descrita no pedido internacional WO 2003/003416 no estado atarraxa- do em batente antes de qualquer operação de operação de expansão dia- metral.
Ela compreende um elemento macho 1 disposto na extremidade de um primeiro elemento tubular 1' e um elemento fêmea 2 disposto na ex- tremidade de um segundo elemento tubular 2'.
O elemento fêmea 2 é munido de um meio de absorção 10 e de um meio de retenção 11 do dito meio de absorção 10. Os ditos meios 10 e 11 não se projetam axialmente para além da extremidade livre do elemento fêmea 2 e conseqüentemente não estão em contato com o elemento macho 1.
O elemento macho 1 compreende um rosqueamento macho cê- nico 3 e é prolongado na direção de sua extremidade livre por uma parte não rosqueada constituída por uma canelura 4 e por um lábio 5 e é terminado por uma superfície anular de extremidade livre macho 6.
O elemento fêmea 2 compreende um rosqueamento fêmea 7 homólogo do rosqueamento macho cênico 3 e uma parte não rosqueada que forma um alojamento 8 para corresponder e operar junto com o lábio 5 do elemento macho 1 e a superfície anular de extremidade livre macho 6, essa última estando em batente axial contra uma superfície de apoio 30 do aloja- mento 8.
Como explicado no pedido internacional WO 2003/003416, por ocasião da expansão diametral no domínio plástico, o encastramento da su- perfície anular de extremidade macho 6 pela superfície correspondente 30 do alojamento 8 do elemento fêmea 2 permite reter radialmente a superfície anular de extremidade macho 6 e obtém-se um aperto radial estanque entre uma parte da superfície periférica exterior do lábio 5 e uma parte da superfí- cie periférica interna 31 do alojamento 8 do elemento fêmea 2.
O elemento fêmea 2 é prolongado para além do rosqueamento por um lábio 5' do qual uma parte da superfície periférica interna 32 é com- primida radialmente contra uma parte de uma superfície periférica exterior correspondente situada na base do elemento macho 1 depois de atarraxa- mento e/ou depois de expansão.
Em variantes não representadas, é possível por exemplo ter:
- outras formas de superfícies de extremidade,
- um batente central ou na extremidade fêmea ao invés de na extremidade macho, - nenhuma ou uma só superfície de estanqueidade em cada e- lemento,
- tipos de rosqueamentos diferentes (cilíndricos de um ou vários andares, cônicos de vários andares...).
Meios de absorção 10 e de retenção 11 são dispostos no ele- mento fêmea 2 na usina por ocasião da fabricação do dito elemento fêmea, o que apresenta a vantagem de ser realizado em um ambiente limpo e fazer ganhar tempo no canteiro de obras evitando assim a montagem dos ditos meios de absorção 10 e de retenção 11 por ocasião da colocação no lugar da coluna.
Uma outra vantagem da disposição dos ditos meios de absorção e de retenção 11 na usina por ocasião da fabricação do dito elemento fêmea é a proteção externa do dito elemento fêmea 2 antes de atarraxamen- to do qual a periferia exterior pode ser exposta a choques por ocasião da manipulação dos tubos e/ou do transporte dos mesmos.
A figura 2 representa unicamente o elemento fêmea 2 munido com os meios de absorção 10 e de retenção 11 dispostos de acordo com um modo especial de realização da invenção.
Esse modo especial da invenção ilustrado na figura 2 tem como princípio a superposição do meio de absorção 10 e do meio de retenção 11 do dito meio de absorção 10.
Os meios de absorção 10 e de retenção 11 são dispostos subs- tancialmente a partir da extremidade livre 9 do elemento fêmea sem exceder axialmente e cobrem toda a circunferência do elemento fêmea 2.
Vantajosamente, os meios de absorção 10 e de retenção 11 se estendem axialmente um pouco além do comprimento do elemento fêmea 2.
Com isso quer-se dizer que o comprimento axial dos meios de absorção 10 e de retenção 11 é ligeiramente superior ao comprimento de tubo perdido por ocasião do atarraxamento L (make up loss). O comprimento L é por exemplo de 50 a 200 mm de acordo com o diâmetro exterior do se- gundo elemento tubular 2' se esse último está compreendido entre 50 mm e 340 mm. O meio de absorção 10 permite evitar a propagação de fissuras no elemento fêmea 2 por ocasião da expansão e o meio de retenção 11 do meio de absorção 10 é próprio para permanecer no lugar por ocasião da ex- pansão sem se escamar nem deixar escapar fragmentos.
O diâmetro do elemento fêmea 2 podendo por exemplo ser ex- pandido de 5 a 25 %, as propriedades anti-riscadura do meio de absorção 10 não são exigidas por ocasião da expansão nem depois em serviço dentro dos poços. Assim, o meio de absorção 10 pode se fissurar durante ou depois de expansão, ou se degradar em um plano mais geral.
A espessura total E dos meios de absorção 10 e de retenção 11 é portanto escolhida de maneira a não ser nem muito pequena para evitar que as riscaduras atravessem o meio de absorção 10, nem muito grande para evitar uma perda de aderência do meio de retenção 11 sobre o elemen- to fêmea 2, um volume diametral excessivo e um esforço suplementar de expansão excessivo em relação àquele sobre o tubo (um aumento de esfor- ço inferior ou igual a cerca de 10 % é desejável).
A espessura total E dos meios de absorção 10 e de retenção 11 é de preferência compreendida entre 0,5 e 5 mm e por exemplo igual a 2,5 mm.
Isso apresenta uma vantagem em relação à pequena luva tubu- lar descrita no pedido internacional WO 2003/059549 que apresenta um vo- lume maior e que necessita de um esforço suplementar por ocasião da ex- pansão.
O meio de absorção 10 é uma camada colocada sobre a super- fície do elemento fêmea 2. Essa camada pode ser colocada por um proces- so por via seca como por exemplo a projeção térmica.
O princípio da projeção térmica é injetar o material do revesti- mento desejado em uma fonte quente (chama, plasma ou arco elétrico) sob a forma pulverulenta ou sob a forma de fio. O material é então fundido sob a forma de finas gotículas que são então projetadas sob o efeito da vazão de gás da fonte quente para ir se esmagar em grande velocidade sobre o subs- trato a revestir. Essas últimas se resfriam extremamente rapidamente ce- dendo assim suas calorias ao substrato ou às camadas precedentemente colocadas. A fixação com o substrato é então muito estreita.
Vantajosamente, a dita camada é colocada por plasma ou por HVOF (High Velocity Oxy-fuel Flame), esse último processo levando a reves- timentos mais densos e mais coesivos.
Para favorecer a adesão da dita camada, uma preparação de superfície mecânica do elemento fêmea 2 é realizada, tal como um area- mento ou uma usinagem, completada vantajosamente por uma subcamada de fixação como de tipo Ni-AI.
O meio de absorção 10 pode notadamente ser feito de metal ou liga metálica escolhido(a) entre os metais e ligas dúcteis, como por exemplo o cobre puro de tipo A1, as ligas de cobre como Cu-Al (85 % - 15 % em pe- so), as ligas de zinco como Zn-Al (80 % - 20 % em peso), as ligas de níquel como Ni-Al (95 % - 5 % em peso) ou as ligas Fe-Mn-C (ou aços com man- ganês) de estrutura austenítica.
Esses metais ou ligas dúcteis se distinguem dos materiais não dúcteis metálicos ou não metálicos tais como por exemplo o cromo duro, o molibdênio, os carbonetos metálicos, as cerâmicas.
No exemplo considerado, a dita camada pode ser um aço ao manganês ou uma liga de Zn-Al (85 % -15 % em peso) e sua espessura E1 é por exemplo de 2 mm, o que é suficiente para impedir a formação de ris- caduras que atravessam a dita camada como será visto abaixo nos ensaios realizados.
O meio de retenção 11 do meio de absorção 10 é um revesti- mento realizado sobre o meio de absorção 10 e pode ser obtido, por exem- pio, pela realização de faixas aplicadas manualmente sobre o meio de ab- sorção 10, mantidas temporariamente no lugar por um invólucro de conten- ção e se for necessário passadas na autoclave (de acordo com o material escolhido; ver abaixo).
Com o objetivo de garantir a resistência na expansão sem emis- são de fragmentos do meio de absorção 10, o meio de retenção 11 excede axialmente do meio de absorção 10 de maneira a recobrir pelo menos uma parte da periferia exterior do elemento fêmea 2 a fim de fixar a posição dos pedaços do meio de absorção 10 eventualmente quebrados depois de ex- pansão no domínio plástico.
Em uma variante da invenção não representada, o meio de re- tenção 11 pode embutir completamente o meio de absorção 10.
No poço, as juntas rosqueadas tubulares são submetidas não somente a temperaturas que podem variar de 20 a 180°C, mas também à presença de graxas, cimentos, lamas, petróleo bruto ou gás e/ou ainda a ambientes ácidos com riscos de corrosão induzida e a tensões mecânicas de tração-compressão, de pressão interna, de flexão, de torção que podem agir sozinhas ou em combinação entre si. Por ocasião da estocagem e/ou do transporte dos tubos, esses últimos podem ser além disso submetidos a temperaturas que podem ir de + 40°C a -50°C.
A escolha do material do meio de retenção 11 é feita portanto vantajosamente entre os materiais que unem uma resistência adequada no domínio das temperaturas considerado, uma boa resistência química, uma grande capacidade de deformação e uma excelente aderência ao metal.
Preferencialmente, o meio de retenção 11 é feito de material sintético plástico.
É preferível que o material sintético plástico apresente um alon- gamento em ruptura superior ou igual a 30 % e preferencialmente a 40 % por ocasião de um ensaio de tração realizado de acordo com a norma NFT 46002 a fim de conservar sua integridade depois de expansão. Muito prefe- rencialmente, o material sintético plástico será escolhido para apresentar um alongamento em ruptura superior ou igual a 50 %.
No exemplo considerado, o material sintético plástico é um elas- tômero, por exemplo neopreno XHNBR e sua espessura E2 é por exemplo de 0,5 mm.
Em variante, poderão ser utilizados materiais sintéticos plásticos que fazem parte da família dos termoplásticos como os polipropilenos, os poliuretanos ou as poliuréias.
Vantajosamente, será escolhido um material termoplástico do qual o ponto de fusão ou de amolecimento é superior ou igual a 150°C e muito vantajosamente superior ou igual a 180°C.
Também poderá ser considerado um reforço do material sintéti- co plástico com partículas ou fibras de material duro como por exemplo fi- bras de vidro ou pó de sílica.
É desejável que o material sintético plástico possua uma ade- rência mínima ao elemento fêmea 2 e ao meio de absorção 10 de 15 N/mm a 23°C de acordo com a norma NF A 49-710.
A fim de melhorar a aderência entre o meio de absorção 10 e o meio de retenção 11 e/ou a periferia exterior do elemento fêmea 2 em conta- to com o meio de retenção 11, aplica-se uma pintura de aderência sobre o meio de absorção 10 e/ou a periferia exterior do elemento fêmea 2 em con- tato com o meio de retenção 10.
A dita pintura de aderência é por exemplo uma pintura solvatada à base de produtos comercializados pela sociedade KALKER sob as deno- minações W189 ou W190.
A invenção também refere-se a um método de apreciação da eficácia do meio de absorção 10 que executa um ensaio especial de riscadu- ra completado se for necessário por um ensaio de expansão.
O ensaio de riscadura de acordo com a invenção é executado com o auxílio de um dispositivo especial de ensaio de riscadura.
Um exemplo de dispositivo de ensaio de riscadura, que permite reproduzir uma riscadura sobre um elemento tubular tal como aquelas oca- sionadas nos poços, é ilustrado na figura 3. Um comprimento dado de um segundo elemento tubular 2' de dimensões que correspondem ao elemento fêmea 2 (mesmo diâmetro exterior e mesma espessura) chamado virola 12 revestido exteriormente se for necessário com o meio de absorção 10 é po- sicionado sobre um carro 13 que roda sobre corrediças 14 fixadas na estru- tura 15 do dispositivo e acoplado à haste móvel de um macaco de desloca- mento horizontal 16 paralelo ao eixo da dita virola 12. Acima da virola 12 se encontra uma ferramenta de realização de riscadura 17 disposta substanci- almente normalmente à virola 12 em um porta-ferramenta 18 ligado à haste móvel de um macaco de deslocamento vertical 19 que permite aplicar uma força radial Fr sobre a ferramenta de realização de riscadura 17 durante um tempo dado durante o deslocamento da virola 12 na velocidade axial do en- saio.
A força radial Fr aplicada sobre a ferramenta de realização de riscadura 17 é dirigida normalmente à virola 12 e na direção da virola 12.
Em variante não representada, o macaco de deslocamento ver- tical 19 pode ser ligado à virola 12 de maneira a aplicar a força radial Fr so- bre a virola 12 na direção da ferramenta de realização de riscadura 17 e o macaco de deslocamento horizontal 16 pode deslocar a ferramenta de reali- zação de riscadura 17 em translação ao longo do eixo da virola 12.
A ferramenta de realização de riscadura 17 é disposta substan- cialmente normalmente à virola 12 e apresenta uma zona de ataque ZA que é aquela pela qual a ferramenta de realização de riscadura 17 penetra na virola 12 e uma zona de saída ZS oposta à zona de ataque ZA.
A figura 4a representa várias formas geométricas possíveis da ferramenta de realização de riscadura 17.
Preferencialmente, é escolhida uma forma globalmente cônica com um ângulo de ataque de 459 tal como esquematizada na figura 4b e um material cuja dureza é superior ou igual a 60 HRC (aço rápido ou carboneto).
A profundidade máxima de riscadura PR pode ser medida de- pois do ensaio de riscadura com o auxílio de uma palpação microgeométrica de superfície transversalmente à riscadura com o auxílio de um aparelho medidor de perfil. Esse levantamento pode ser efetuado em diversos pontos ao longo da riscadura a fim de determinar muito precisamente a profundida- de máxima PR da riscadura.
A fim de reproduzir as condições de riscadura em um poço, de- termina-se uma profundidade máxima de riscadura PR na virola 12 não re- vestida com o meio de absorção 10 com o auxílio do dito dispositivo de en- saio. Obtém-se uma curva de aferição que dá a profundidade máxima de riscadura PR em função da força radial Fr aplicada sobre a virola 12 não revestida. Essa determinação pode ser feita por exemplo a uma velocidade de deslocamento da virola 12 de 400 mm/s com a ferramenta de realização 17 de forma globalmente cônica apresentada na figura 4b.
A figura 5 mostra uma tal curva de aferição que permite correla- cionar a força radial FR a uma profundidade máxima de riscadura PR obtida em uma virola 12 sem meio de absorção 10.
Deduz-se daí a força radial adequada FRA a aplicar sobre a viro- la 12 munida exteriormente com o meio de absorção 10 para obter uma ris- cadura em condições equivalentes àquelas da virola 12 não revestida com a velocidade axial do ensaio dada.
O método de apreciação da eficácia do meio de absorção 10 de acordo com a invenção consiste portanto na realização de um ensaio de ris- cadura no dispositivo de ensaio tal como descrito precedentemente, com aplicação da força radial adequada FRA sobre a virola 12 munida exterior- mente com o meio de absorção 10.
Uma força radial adequada FRA é por exemplo de 80 DaN para obter na virola 12 feita de aço pouco ligado de limite de elasticidade superior a 550 MPa e não munida com o dito meio de absorção 10 uma riscadura de profundidade máxima PR de 600 μm na dita velocidade axial do ensaio de 400 mm/s, o que representa condições extremamente severas de riscadura comparadas com aquelas geralmente encontradas em poços.
É possível evidentemente escolher condições de riscadura me- nos severas que estão ligadas às condições efetivamente encontradas no poço.
A figura 6 representa a variação da aplicação da força radial a- dequada FRA no decorrer do deslocamento axial relativo da virola 12 munida exteriormente com o meio de absorção 10. Durante uma fração substancial do ensaio de riscadura de pelo menos 50 % (por exemplo 90 %) a força ra- dial adequada FRA é constante.
A figura 6 representa também a variação da velocidade axial do ensaio Va no decorrer do deslocamento axial relativo da virola 12 munida exteriormente com o meio de absorção. Durante uma fração substancial (pe- lo menos 50 %) do ensaio de riscadura, por exemplo 90 %, a velocidade axi- al do ensaio VA é constante. No final do ensaio de riscadura tal como descrito de acordo com a invenção, determina-se a profundidade máxima da riscadura PR obtida na virola 12 munida exteriormente com o meio de absorção 10 para apreciar o caráter transpassante ou não da dita riscadura sob o meio de absorção 10.
A tabela 1 abaixo reúne os resultados do ensaio de riscadura do meio de absorção 10, de acordo com a invenção, para diferentes materiais testados e aplicados em uma camada de espessura de 2,5 mm.
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Tabela 1
Resultados dos ensaios de riscadura para diferentes materiais do meio de absorção 10 testados com uma força radial adequada Fra de 80 DaN e uma velocidade axial de 400 mm/s.
É constatado que os materiais sintéticos plásticos não convém (riscadura transpassante) e que uma espessura da dita camada de 2 mm é suficiente para os outros materiais para absorver a energia de riscadura.
O ensaio de riscadura de acordo com a invenção é vantajosa- mente completado por um ensaio de expansão que informa sobre a adequa- ção da proteção externa às tensões de uma expansão (descolamento, fissu- rações, fragmentos...) e também sobre o esforço suplementar a trazer para expandir uma junta rosqueada tubular da qual o elemento fêmea é protegido exteriormente.
A figura 7 descreve o ensaio de expansão realizado para deter- minar a eficácia do meio de proteção 22 externa aplicado sobre a virola 12 de acordo com a invenção. Esse ensaio consiste em fazer um cone de ex- pansão 21 vantajosamente munido de um sensor de esforço 20 passar den- tro da virola 12 revestida exteriormente com o meio de proteção 22 de ma- neira a alargar o diâmetro interno da virola 12 de acordo com uma deforma- ção plástica dada. O cone de expansão 21 é fixado por exemplo no bloco deslizante de uma prensa vertical de uma capacidade de 150 toneladas on- de o sensor de esforço 20 é disposto na base do cone de expansão 21 de maneira a medir o esforço suplementar necessário para a expansão da viro- la 12 munida de seu meio de proteção 22 externa em relação à expansão da virola 12 não protegida.
Os ensaios de expansão são por exemplo realizados a uma taxa de 15 % com um cone de expansão 21 de um comprimento de 200 mm e de um meio ângulo no vértice de 109.
A taxa de expansão é medida pela variação relativa do diâmetro interno da virola 12.
É possível adaptar a taxa de expansão àquela em poço (geral- mente entre 5 e 25%).
A tabela 2 reúne os resultados do ensaio de expansão para dife- rentes materiais de proteção testados aplicados em uma camada com es- pessura de 2,5 mm.
A expansão, no exemplo considerado, provoca o descolamento de todas as camadas metálicas testadas com emissão de fragmentos no caso das camadas Cu-Al (90% -10% em peso) e Ni-Al (95% - 5% em pe- so). As camadas metálicas Zn-Al (85% - 15% em peso) e aço manganês não apresentam fragmentos depois do ensaio de expansão. Somente a ca- mada feita de elastômero XHNBR (K8161) permanece perfeitamente ade- rente à virola 12 e sem emissão de fragmentos. O esforço medido é similar àquele de uma virola 12 não revestida.
Os diferentes materiais dos meios de proteção testados na virola 12 de acordo com o método descrito acima são próprios para não gerar por ocasião da expansão da virola 12 munida com os ditos meios de proteção esforço suplementar em relação à expansão da virola 12 não revestida mas eles não respondem simultaneamente aos critérios procurados de anti- riscadura e de aderência. Pelo exame dos resultados das tabelas 1 e 2, re- vela-se necessário combinar um meio de retenção 11 que permita que um meio de absorção 10 evite a propagação de fissuras na virola 12 durante a expansão.
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Tabela 2
Resultados dos ensaios de expansão para diferentes materiais do meio de proteção externa testados com uma taxa de expansão de 15 %.
Escolheu-se por exemplo testar com o auxílio do dispositivo de ensaio de expansão, descrito acima, uma virola 12 previamente riscada com o auxílio do dispositivo de riscadura exposto antes e munida exteriormente com uma camada de Zn-Al (85% - 15% em peso) com espessura de 2 mm como meio de absorção 10 e com um revestimento feito de elastômero XHNBR (Κ8161) com espessura de 0,55 mm acima da camada de Zn-Al e que excede axialmente dessa última sobre a virola como meio de retenção 11.
Depois de expansão e sem esforço de expansão suplementar em relação a uma virola nua, a virola por outro lado não apresenta fissura e o conjunto do revestimento no exemplo considerado permanece no lugar sem nenhuma emissão de fragmentos.
Claims (29)
1. Elemento fêmea (2) de uma junta rosqueada tubular própria para ser submetida a uma expansão diametral no domínio das deformações plásticas, disposto em uma extremidade de um componente tubular (2'), ca- racterizado pelo fato de que ele compreende em sua periferia exterior um meio de absorção de energia de riscadura (10) de um corpo que risca susce- tível de estar em contato exteriormente com o elemento fêmea (2) e um meio de retenção (11) do dito meio de absorção de energia de riscadura (10) des- tinado a impedir a liberação de fragmentos do dito meio de absorção de e- nergia de riscadura (10) por ocasião de uma expansão da junta rosqueada tubular.
2. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que os ditos meios de absorção de energia de riscadura (10) e de retenção (11) são dispostos substancialmente a partir da extremi- dade livre do elemento fêmea.
3. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que os ditos meios de absorção de energia de riscadura (10) e de retenção (11) não se projetam axialmente para além da extremida- de livre do elemento fêmea.
4. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de absorção de energia de riscadura (10) e o dito meio de retenção (11) se estendem axialmente pelo menos no comprimento do elemento fêmea (2).
5. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de absorção de e- nergia de riscadura (10) e de retenção (11) são contínuos em toda a circun- ferência do elemento fêmea (2).
6. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de absorção de e- nergia de riscadura (10) e de retenção (11) são dispostos no elemento fê- mea (2) na usina por ocasião da fabricação do dito elemento fêmea.
7. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de absorção de energia de riscadura (10) é uma camada colocada sobre a superfície do elemento fêmea (2).
8. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 7, caracteri- zado pelo fato de que a dita camada colocada é fixada de maneira estreita com o substrato.
9. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações 7 ou -8, caracterizado pelo fato de que a dita camada é obtida por projeção térmi- ca por exemplo por projeção por plasma e por projeção HVOF.
10. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de absorção de energia de riscadura (10) é feito de metal ou liga metálica escolhido entre os metais e ligas dúcteis.
11. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de retenção (11) é um revestimento realizado sobre o dito meio de absorção de energia de riscadu- ra (10).
12. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 11, caracte- rizado pelo fato de que o dito meio de retenção (11) excede axialmente do dito meio de absorção de energia de riscadura (10) de maneira a recobrir o elemento fêmea (2) em pelo menos uma parte desse último.
13. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de retenção (11) embu- te o dito meio de absorção de energia de riscadura (10).
14. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio de retenção (11) com- preende um material sintético plástico.
15. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 14, caracte- rizado pelo fato de que o dito meio de retenção (11) é feito de material sinté- tico plástico.
16. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 14, caracte- rizado pelo fato de que o dito material sintético plástico é reforçado com par- tículas ou fibras de material duro.
17. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações 14 a -16, caracterizado pelo fato de que o dito material sintético não apresenta ponto de fusão ou de amolecimento inferior ou igual a 1509C.
18. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações 14 a -17, caracterizado pelo fato de que o dito material sintético apresenta um a· longamento em ruptura superior a 30 % por ocasião de um ensaio de tração.
19. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações 14 a -18, caracterizado pelo fato de que o dito material sintético é escolhido entre os elastômeros.
20. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura total E do conjunto meio de absorção de energia de riscadura (10) e meio de retenção (11) está compreendida entre 0,5 e 5 mm.
21. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a aderência entre o dito meio de absorção de energia de riscadura (10) e o dito meio de retenção (11) e/ou a periferia exterior do elemento fêmea (2) é melhorada pela aplicação de uma pintura de aderência sobre o dito meio de absorção de energia de riscadura (10) e/ou a parte da dita periferia exterior do elemento fêmea (2) em contato com o dito meio de retenção (11).
22. Elemento fêmea de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que ele compreende além de um ros- queamento interno (7) pelo menos uma porção não rosqueada que compre- ende uma superfície de estanqueidade (31, 32) própria para operar junto com uma superfície correspondente de um elemento macho conjugado (1).
23. Elemento fêmea de acordo com a reivindicação 22, caracte- rizado pelo fato de que a dita superfície de estanqueidade é disposta (32) em um lábio (5') na extremidade livre (9) do elemento fêmea (2) ou é dispos- ta (31) substancialmente na extremidade oposta à dita extremidade livre (9) do elemento fêmea (2).
24. Junta rosqueada tubular que compreende um elemento fê- mea (2) como definido em uma das reivindicações 1 a 23, e um elemento macho (1) próprio para operar por atarraxamento junto com o dito elemento fêmea (2) caracterizada pelo fato de que não há contato entre o dito elemen- to macho (1) e os ditos meios de absorção (10) e de retenção (11).
25. Método de apreciação da eficácia de um meio de absorção de energia de riscadura (10) contra as riscaduras de um elemento fêmea (2) de uma junta rosqueada tubular como definido em uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes e- tapas: a) aprovisionamento de uma virola (12) de comprimento dado de um componente tubular de dimensões correspondentes ao dito elemento fêmea (2), a dita virola (12) sendo munida exteriormente do dito meio de ab- sorção de energia de riscadura (10) e de um meio de retenção (11) do dito meio de absorção de energia de riscadura (10); b) disposição da dita virola (12) em um dispositivo de ensaio que compreende i) uma ferramenta de realização de riscaduras (17) própria para entrar exteriormente em contato com a dita virola (12), ii) um meio de aplica- ção de uma força radial (Fr) dada sobre a dita ferramenta de realização de riscadura (17), força dirigida normalmente à dita virola (12) e na direção da dita virola (12) ou de uma força radial (Fr) dada sobre a dita virola (12), força nesse caso dirigida normalmente à dita ferramenta de realização de riscadu- ra (17) e na direção da dita ferramenta de realização de riscadura (17) e iii) um meio de deslocamento relativo de translação da dita virola (12) em rela- ção à dita ferramenta de realização de riscadura (17) paralelamente ao eixo da dita virola (12); c) deslocamento radial relativo da dita ferramenta de realização de riscadura (17) em relação à dita virola (12) de maneira a exercer um re- gime de força dado entre a dita ferramenta de realização de riscadura (17) e a dita virola (12) durante um tempo dado durante o deslocamento axial rela- tivo da dita virola (12) em relação à dita ferramenta de realização de riscadu- ra (17) com um regime de velocidade de deslocamento dado durante o dito tempo dado; d) determinação da presença ou não de uma riscadura sobre a dita virola (12) sob o dito meio de absorção de energia de riscadura (10).
26. Método de apreciação de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a velocidade do dito regime de velocidade de deslocamento relativo é constante durante uma fração substancial da dura- ção do ensaio.
27. Método de apreciação de acordo com uma das reivindica- ções 25 a 26, caracterizado pelo fato de que a dita força radial (Fr) é cons- tante durante uma fração substancial da duração do ensaio.
28. Método de apreciação de acordo com uma das reivindica- ções 25 a 27, caracterizado pelo fato de que se mede a profundidade máxi- ma da riscadura (PR) efetuando-se para isso um levantamento do perfil transversal da riscadura.
29. Método de apreciação de acordo com uma das reivindica- ções 25 a 28, caracterizado pelo fato de que, depois da etapa d), submete- se a dita virola (12) munida do meio de absorção de energia de riscadura (10) e de um meio de retenção (11) do dito meio de absorção de energia de riscadura (10) a uma expansão diametral de uma porcentagem dada no do- mínio das deformações plásticas e pelo fato de que se constata a fissuração ou não da virola (12) e a presença ou não de fragmentos e/ou pedaços dos ditos meios de absorção de energia de riscadura (10) e de retenção (11).
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