BRPI0807766B1 - dispositivo de proteção de uma extremidade fêmea de um componente de junta rosqueada tubular, com freio antidesatarraxamento - Google Patents
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Abstract
dispositivo de proteção de uma extremidade fêmea de um componente de junta rosqueada tubular, com freio antidesatarraxamento a presente invenção refere-se a um dispositivo (d) é dedicado à proteção de uma extremidade fêmea (ef) de um componente (t) de umà junta rosqueada tubular para a perfuração e a exploração de poços de hidrocarbonetos, munida de um rosqueamento interno (fi) e de uma superfícies anulares de extremidade (s1) e interna (s2) posicionadas respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento interno (fi) e que apresentam respectivamente uma primeira e uma segunda orientações escolhidas. esse dispositivo (d) compreende um corpo (cp) munido de um rosqueamento exterior (fe) destinado a operar junto com o rosqueamento interno (fi) e de um primeiro (l 1) e de um segundo (l2) elementos de estanqueidade flexíveis de tipo anular posicionados respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento exterior (fe) e encarregados de assegurar uma primeira e uma segunda estanqueidades respectivamente ao nível das superfícies anulares interna (s2) e de extremidade (s1 ). os primeiro (l 1) e segundo (l2) elementos de estanqueidade apresentam uma terceira e uma quarta orientações escolhidas, das quais pelo menos uma difere de um ângulo pelo menos igual a 1 0° com a segunda ou a primeira orientação correspondente antes de atarraxamento do dispositivo (d) na extremidade fêmea (ef), e são deformáveis por flexão axial de maneira a adquirir por contato de superfície com as superfície anular interna (s2) e superfície anular de extremidade (s1) uma energia que se opõe pelo menos parcialmente a um desatarraxamento imprevisto quando a extremidade fêmea (ef) está atarraxada no corpo (cp) em uma posição final.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO DE UMA EXTREMIDADE FÊMEA DE UM COMPONENTE DE JUNTA ROSQUEADA TUBULAR, COM FREIO ANTIDESATARRAXA-MENTO". A presente invenção refere-se aos componentes de juntas ros-queadas tubulares, utilizados por exemplo em aplicações petroleiras, e mais precisamente à proteção da extremidade fêmea de alguns desses componentes. É entendido aqui por "componente" qualquer elemento ou acessório utilizado para perfurar ou explorar um poço e destinado a ser unido por um rosqueamento a um outro componente para constituir com esse outro componente uma junta rosqueada tubular. O componente pode ser por e-xemplo um tubo de relativamente grande comprimento (notadamente de cer-va de uma dezena de metros de comprimento), uma luva tubular de algumas dezenas de centímetros de comprimento, um acessório desses tubos (dispositivo de suspensão ou "hanger", peça de troca de seção ou "cross-over", válvula de segurança, conector para haste de perfuração ou "tool joint", "sub", e análogos).
Os componentes são geralmente unidos uns aos outros para ser descidos nos poços de hidrocarbonetos ou poços similares e constituir uma guarnição de perfuração, uma coluna de tubos de entivação ("casing") ou de tubagem ("liners") ou ainda uma coluna de tubos de produção ("tubing") (colunas de exploração). A especificação API 5CT emitida pelo American Petroleum Insti-tute (API), equivalente à norma ISO 11960: 2004 emitida pela International Standardisation Organisation (ISO), rege os tubos utilizados como casing ou tubing, e a especificação API 5B define rosqueamentos-padrão para esses tubos. A especificação 7 da API define conectores rosqueados com ressalto para hastes de perfuração rotativa.
Os fabricantes de componentes de juntas rosqueadas tubulares também desenvolveram juntas rosqueadas ditas superiores que apresentam rosqueamentos com geometrias específicas, e meios específicos que lhes proporcionam melhores desempenhos em serviço, notadamente em matéria de resistência mecânica e de estanqueidade. Exemplos dessas juntas ros-queadas superiores e desses meios específicos são por exemplo descritos nos documentos de patente EP 0488912, US 4.494.777 e EP 0767335.
Os componentes precitados compreendem uma extremidade fêmea rosqueada que é destinada a ser atarraxada em uma extremidade macho rosqueada de um outro componente de perfuração ou de exploração. É portanto indispensável que a extremidade fêmea dos mesmo seja o menos possível danificada, poluída e deteriorada entre o momento no qual eles saem de sua cadeia de fabricação e aquele no qual eles são utilizados, mas também entre duas utilizações sucessivas. Será compreendido que é de fato necessário proteger contra a corrosão, as poeiras e os choques (ou golpes) não somente o rosqueamento interno, mas também a ou as superfícies anulares (apoio ou batente), que têm cada um deles funções específicas e complementares, notadamente tendo em vista assegurar uma estanqueidade em fase de utilização.
As extremidades dos componentes precitados são geralmente revestidas imediatamente antes de sua união com uma graxa de propriedades antigrimpantes. O documento API RP 5A3 (antigo API Bul. 5A2) ou ISO 13678: 2000 define tais graxas e as modalidades de aplicação dessas graxas estão descritas no documento API RP 5C1. No entanto as graxas de acordo com o documento API RP 5A3 apresentam um certo número de inconvenientes ligados a seu teor em constituintes tóxicos, notadamente em chumbo, ao excesso de quantidade de graxa aplicada e à necessidade de aplicar a graxa imediatamente antes da descida dos componentes no poço.
Foi assim proposto, notadamente nos documentos de patente US 6.933.264, US 6.869.111 e WO 2003/102457, substituir a graxa, aplicada com o pincel no final na extremidade do componente, por uma fina camada, de espessura predeterminada aplicada em usina, de um lubrificante "semis-seco" isento de metais pesados. Também foi proposto, notadamente nos documentos de patente US 6,027,145, EP 1211451 e FR 0510503 (pedido de patente ainda não publicado), substituir a graxa aplicada com o pincel no final na extremidade do componente por uma fina camada, de espessura predeterminada aplicada em usina, de um lubrificante seco à base de lubrificantes sólidos.
Nesses casos de utilização de lubrificante seco ou semisseco em usina, é portanto também e mais especialmente necessário proteger o melhor possível a camada de produto lubrificante, com o qual as extremidades dos componentes são revestidas, tanto de uma retirada mecânica quanto de uma poluição (areia, detritos) prejudiciais à eficácia do produto lubrificante.
Para obter essa(s) proteção(ções), coloca-se geralmente, assim como o exige a especificação API 5CT (no parágrafo 12.2), um dispositivo de proteção nas extremidades macho e fêmea dos componentes de juntas rosqueadas tubulares. Numerosos dispositivos desse tipo foram propostos para as extremidades fêmeas, notadamente nos documentos de patente EP 0148807 e US 2006/0042709.
Esse último documento visa mais especialmente os protetores para juntas que são previamente revestidos de lubrificante em usina. O protetor que se encontra descrito nele compreende um corpo munido, por um lado, de um rosqueamento exterior destinado a operar junto com o rosque-amento interno da extremidade fêmea a proteger, e por outro lado, de um primeiro e de um segundo elementos de estanqueidade flexíveis de tipo anular posicionados respectivamente a jusante e a montante do rosqueamento exterior e encarregados de assegurar uma primeira e uma segunda estan-queidades respectivamente ao nível de superfícies anulares interna e de extremidade que são posicionadas a montante e a jusante do rosqueamento interno da extremidade fêmea. O primeiro elemento de estanqueidade é destinado a envolver a zona que contém a superfície anular interna da extremidade fêmea ao mesmo tempo em que assegura uma estanqueidade por a-poio. Sendo relativamente maciço, ele é mal adaptado para a absorção das diferenças dimensionais da extremidade fêmea e/ou de seu protetor, que resultam da fabricação e/ou de variações de temperatura. Por outro lado, ele pode se deformar na presença de fortes variações de temperatura e portanto não mais estar em contato estreito com a superfície anular interna da extremidade fêmea, favorecendo assim o desatarraxamento espontâneo do protetor na presença de vibrações, geradas notadamente por ocasião do transporte, e/ou de variações de temperatura suscetíveis de flutuar de -40°C a +80°C. A invenção tem portanto como objetivo melhorar a situação.
Ela propõe para isso um dispositivo, por um lado, destinado a proteger a extremidade fêmea de um componente de uma junta rosqueada tubular para a perfuração e a exploração de poços de hidrocarbonetos, que é munida internamente de pelo menos um rosqueamento interno e de uma superfície anular de extremidade e de uma superfície interna (eventualmente anular) posicionadas respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento interno e que apresentam respectivamente uma primeira e uma segunda orientações escolhidas, e por outro lado, que compreende um corpo munido de um rosqueamento exterior destinado a operar junto com o rosqueamento interno e de um primeiro e de um segundo elementos de estanqueidade flexíveis de tipo anular posicionados respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento exterior e encarregados de assegurar uma primeira e uma segunda estanqueidades respectivamente ao nível das superfície interna e superfície anular de extremidade da extremidade fêmea. A superfície de extremidade anular é aqui a parte mais a montante da extremidade fêmea. Em consequência disso, tudo o que vem depois dessa superfície de extremidade anular está situado a jusante. A superfície anular de extremidade é portanto posicionada a montante do rosqueamento interno enquanto que a superfície interna (eventualmente anular) é posicionada a jusante desse rosqueamento interno. Do mesmo modo, o primeiro elemento de estanqueidade é a parte mais a montante do corpo (protetor) do dispositivo. Em consequência disso, o primeiro elemento de estanqueidade é posicionado a montante do rosqueamento exterior enquanto que o segundo elemento de estanqueidade é posicionado a jusante desse rosqueamento exterior.
Esse dispositivo se caracteriza pelo fato de que seus primeiro e segundo elementos de estanqueidade, por um lado, apresentam uma terceira e uma quarta orientações escolhidas, das quais pelo menos uma difere de um ângulo pelo menos igual a 10° com a segunda ou a primeira orientação que lhe corresponde (antes de atarraxamento do dispositivo na extremidade fêmea), e por outro lado, são deformáveis por flexão axial a fim de adquirir por contato de superfície com as superfícies anular interna e superfície anular de extremidade da extremidade fêmea uma energia que se opõe pelo menos parcialmente a um desatarraxamento imprevisto (efeito de freio anti-desatarraxamento) quando essa extremidade fêmea está atarraxada no corpo em uma posição final. O primeiro elemento de estanqueidade pode ser realizado sob a forma de uma lingueta anular. A lingueta anular do primeiro elemento de estanqueidade pode ser conectada ao corpo (protetor) pela periferia interna desse último e pode se projetar na direção do exterior. A fabricação por moldagem se encontra assim facilitada. A lingueta anular é bem protegida contra elementos que provêm da parte de dentro do tubo e que são suscetíveis de deteriorá-la acidentalmente. Em caso de aumento da pressão atmosférica, a lingueta anular do primeiro elemento de estanqueidade pode deixar passara ar para equilibrar a pressão. Evita-se assim uma colagem do dispositivo em um elemento fêmea que torna seu desatarraxamento voluntário difícil. O dispositivo de proteção de acordo com a invenção pode se declinar de acordo com numerosas variantes, das quais pelo menos algumas das características podem ser combinadas entre si, e notadamente: - a superfície interna da extremidade fêmea pode ser uma superfície anular de batente; - seu corpo pode ser disposto de modo que durante a fase de atarraxamento o primeiro elemento de estanqueidade entre em contato com a superfície anular interna da extremidade fêmea antes que o segundo elemento de estanqueidade entre em contato com a superfície anular de extremidade dessa mesma extremidade fêmea; - seu corpo pode ser disposto de modo que durante a fase de atarraxamento e no momento em que o primeiro elemento de estanqueidade entre em contato com a superfície anular interna da extremidade fêmea, o segundo elemento de estanqueidade se encontra posicionado a uma distância axial da superfície anular de extremidade dessa mesma extremidade fêmea compreendida entre cerca de 0,5 mm e cerca de 1 mm; - as primeira e quarta orientações podem por exemplo diferir de um ângulo compreendido entre cerca de 10° e cerca de 30°. Por exemplo esse ângulo é igual a cerca de 15°; - em variante ou em complemento, as segunda e terceira orientações podem por exemplo diferir de um ângulo compreendido entre 10° e cerca de 30°. Por exemplo esse ângulo é igual a cerca de 15°; - o ângulo entre as segunda e terceira orientações pode diminuir no decorrer do atarraxamento; - o segundo elemento de estanqueidade pode ser realizado sob a forma de uma lingueta anular; - seu corpo pode ser prolongado a jusante do segundo elemento de estanqueidade por um elemento de amortecimento; - ele pode ser realizado em um material termoplástico, por e-xemplo feito de uma só peça por moldagem. Esse último pode por exemplo ser escolhido no grupo que compreende pelo menos as misturas à base de policarbonato, o polioximetileno ou o poliacetal (POM), e os polietilenos de alta densidade (PE-HD) ou de ultra-alta densidade (PE-UHD); - seus primeiro e segundo elementos de estanqueidade podem ser integrais com seu corpo (protetor), - a superfície interna da extremidade fêmea pode ser uma superfície de estanqueidade por aperto radial.
Outras características e vantagens da invenção aparecerão com o exame da descrição detalhada abaixo, e dos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 ilustra de modo esquemático, em uma vista em perspectiva, um exemplo de realização de um dispositivo de proteção de acordo com a invenção e um exemplo de realização de uma extremidade fêmea de uma junta rosqueada tubular de tipo VAM TOP, - a figura 2 ilustra de modo esquemático, em uma outra vista em perspectiva, o exemplo de realização do dispositivo de proteção da figura 1, - as figuras 3A e 3B ilustram de modo esquemático, respectivamente em vistas em perspectiva e em corte de acordo com o eixo XX do componente, um exemplo de realização de um primeiro elemento de estanqueidade do dispositivo de proteção das figuras 1 e 2, - as figuras 4A e 4B ilustram de modo esquemático, respectivamente em vistas em perspectiva e em corte de acordo com o eixo XX do componente, um exemplo de realização de um segundo elemento de estanqueidade do dispositivo de proteção das figuras 1 e 2, - as figuras 5A, 5B e 5C ilustram de modo esquemático, em vistas em corte parcial de acordo com o eixo XX do componente, três estágios intermediários de união na extremidade fêmea da figura 1 do dispositivo de proteção da figura 1, equipado com um primeiro e um segundo elementos de estanqueidade ilustrados nas figuras 3 e 4, - as figuras 6A e 6B são ampliações das zonas de união [dispositivo de proteção/extremidade fêmea] da figura 5C, que compreendem respectivamente os primeiro e segundo elementos de estanqueidade em um primeiro modo de realização, - a figura 7 ilustra de modo esquemático, em uma vista em corte parcial de acordo com o eixo XX do componente, um quarto estágio intermediário de união na extremidade fêmea da figura 1 do dispositivo de proteção da figura 1, equipado com o primeiro e o segundo elementos de estanqueidade ilustrados nas figuras 3 e 4, - as figuras 8 e 9 são ampliações das zonas de união [dispositivo de proteção/extremidade fêmea] da figura 7, que compreendem respectivamente os primeiro e segundo elementos de estanqueidade, - a figura 10 ilustra de modo esquemático, em uma vista em corte parcial de acordo com o eixo XX do componente, um quinto estágio (final) de união na extremidade fêmea da figura 1 do dispositivo de proteção da figura 1, equipado com o primeiro e o segundo elementos de estanqueidade ilustrados nas figuras 3 e 4, - as figuras 11A e 11B são ampliações das zonas de união [dispositivo de proteção/extremidade fêmea] da figura 10, que compreendem respectivamente os primeiro e segundo elementos de estanqueidade, e - a figura 12 ilustra de modo esquemático, em uma vista em perspectiva, a extremidade fêmea da junta rosqueada tubular de tipo VAM TOP das figuras 1 e 5 a 11 munida com o dispositivo de proteção ilustrado nas figuras 1 a 11 e posicionado em sua posição final.
Os desenhos anexos poderão não somente servir para completar a invenção, mas também contribuir para sua definição, se for o caso. A invenção tem como objetivo limitar as possibilidades de desa-tarraxamento espontâneo de um dispositivo destinado a proteger a extremidade fêmea rosqueada, de um componente tubular de uma junta rosqueada tubular (destinada à perfuração ou à exploração de poços de hidrocarbone-tos ou similares), contra os danos mecânicos, as poluições (químicas e materiais) e as deteriorações (corrosão), entre o momento no qual eles saem de sua cadeia de fabricação e aquele no qual ele é utilizado (com várias monta-gens-desmontagens possíveis do dispositivo de proteção), mas também entre duas utilizações sucessivas.
Considera-se no que se segue que o componente é destinado à perfuração ou à exploração de poços de hidrocarbonetos e que ele é equipado com uma extremidade fêmea de uma junta rosqueada tubular com luva ou integral da família VAM [marca depositada] ou equivalente.
Mas, a invenção não está limitada nem a esse tipo de componente, nem ao tipo de extremidade fêmea precitado. A invenção se refere de fato a qualquer tipo de componente de junta rosqueada tubular para a perfuração ou a exploração, desde que ele esteja equipado com uma extremidade fêmea munida de pelo menos um rosqueamento interno e com uma superfície anular de extremidade e com uma superfície interna (também anular no caso de uma junta de tipo VAM TOP) posicionadas respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento interno e que apresentam respectivamente uma primeira e uma segunda orientação escolhidas.
Por outro lado, entende-se aqui por "extremidade fêmea" uma extremidade fêmea de componente (tubo, luva ou acessório) provida de um rosqueamento interno e de uma superfície anular de extremidade e de uma superfície interna (também anular no caso de uma junta de tipo VAM TOP) posicionadas respectivamente a montante e a jusante do rosqueamento interno. O termo extremidade fêmea (EF) não designa portanto somente a superfície anular de extremidade, situada na extremidade livre do componente (T), mas também qualquer parte do componente (T) que compreende meios (fêmeas) de conexão a um outro componente de junta rosqueada tubular munida de meios machos de conexão (extremidade macho). É lembrado que um componente (T) compreende um corpo ou parte corrente (PC) terminado por uma extremidade fêmea (EF) ou uma extremidade macho. O rosqueamento interno pode ser feito em uma ou várias partes rosqueadas distintas, disposta(s) de acordo com superfícies cilíndricas ou cônicas.
Quando a ou uma parte rosqueada é cônica, essa última pode ser subdividida em uma subparte dita de roscas perfeitas, cujo perfil é constante e sem irregularidade ou imperfeição (por exemplo do tipo rebarba) e uma subparte dita de roscas desvanecentes ou imperfeitas, cuja altura é progressivamente decrescente e cujo perfil pode apresentar irregularidades ou imperfeições. O rosqueamento interno da extremidade fêmea do componente pode compreender pelo menos duas partes rosqueadas distintas axialmente e/ou radialmente uma da outra, cada uma dessas partes podendo compreender roscas perfeitas e desvanecentes. A extremidade fêmea do componente compreende uma parte terminal livre que se termina por uma superfície anular de extremidade que apresenta uma primeira orientação. Essa última é substancialmente transversal em relação à direção (XX) do componente (luva) no caso de uma junta de tipo VAM TOP (ela define então um ângulo (<f>1) nulo ou bastante pequeno em relação ao plano perpendicular à direção XX).
Essa extremidade fêmea compreende também pelo menos uma superfície interna (quer dizer disposta na proximidade da superfície periférica interna do componente T) anular (no exemplo considerado de uma junta de tipo VAM TOP) que define então um alojamento para uma extremidade macho de um outro componente destinado a ser unido ao componente considerado. Ela pode eventualmente compreender também uma ou várias superfícies de estanqueidade metal/metal (na extremidade livre, a jusante do rosqueamento exterior ou entre duas partes rosqueadas) com a extremidade macho considerada. O dispositivo de proteção de acordo com a invenção é preferivelmente projetado para proteger tanto o rosqueamento quanto essas superfícies de estanqueidade, e se possível pelo menos uma das superfícies anulares de extremidade S1 e interna S2, dos danos ou ferimentos, das poeiras e/ou da corrosão.
Entende-se aqui por "exterior" um elemento disposto de acordo com uma superfície (ou uma superfície) que é orientado(a) em uma direção radialmente oposta ao eixo XX da extremidade fêmea. Ao contrário, enten-de-se aqui por "interno" um elemento (ou uma superfície) que é orientado(a) na direção do eixo XX da extremidade fêmea. A superfície anular interna apresenta uma segunda orientação. Essa última forma um ângulo (φ2) não nulo (por exemplo da ordem de 15°) em relação ao plano perpendicular à direção (XX) do componente no caso de uma junta de tipo VAM TOP (ela define então uma superfície anular de batente axial de um batente interno inverso).
Os modos de realização expostos abaixo, a título de exemplos não-limitativos, são todos relativos a uma extremidade fêmea de uma luva para junta rosqueada tubular com luva VAM TOP [marca depositada]. Mas ela se aplica também a outros tipos de junta rosqueada com ou sem luva. É feito primeiro referência às figuras 1 a 5 para apresentar a invenção e detalhar sal execução sob a forma de um exemplo de realização.
Um dispositivo de proteção D de acordo com a invenção compreende um corpo CP destinado a ser atarraxado na extremidade fêmea (rosqueada) EF de um componente T. O corpo CP é realizado sob a forma de uma luva monobloco. Ele é encarregado de proteger o rosqueamento interno F1 da extremidade fêmea EF e suas superfícies anulares de extremidade S1 e interna S2 que apresentam respectivamente uma primeira e uma segunda orientações. Ele compreende uma parte terminal P2 munida em sua extremidade de um primeiro elemento de estanqueidade L1 flexível de tipo anular e encarregado de assegurar uma primeira estanqueidade ao nível da superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF quando seu dispositivo D é posicionado em uma posição final (ilustrada nas figuras 10 a 12). Essa parte terminal P2 é prolongada no lado oposto ao primeiro elemento de estanqueidade L1 por uma parte intermediária P3 que contém um rosqueamento exterior FE no qual pode ser introduzido o rosqueamento interno Fl da extremidade fêmea EF. Essa parte intermediária P3 compreende também um segundo elemento de estanqueidade L2 flexível de tipo anular e encarregado de assegurar uma segunda estanqueidade ao nível da superfície anular de extremidade S2 da extremidade fêmea EF quando seu dispositivo D é colocado em sua posição final (ilustrada nas figuras 10 a 12).
De acordo com a invenção, os primeiro L1 e segundo L2 elementos de estanqueidade são deformáveis por flexão axial a fim de adquirir por contato de superfície respectivamente com as superfície anular interna S2 e superfície anular de extremidade S1 uma energia que se opõe pelo menos parcialmente a um desatarraxamento imprevisto (ou espontâneo) do dispositivo D (na presença de vibrações geradas notadamente por ocasião do transporte e/ou de variações de temperatura), quando a extremidade fêmea EF está atarraxada no corpo CP na posição final. Se voltará mais adiante sobre esse efeito de freio antidesatarraxamento que resulta da aquisição de energia.
De preferência, e como ilustrado nas figuras 1, 2, 4 e 5, a parte intermediária P3 é preferencialmente prolongada, no lado oposto à parte terminal P2, por um elemento de amortecimento (ou "bumper") EM deformá-vel de maneira a amortecer os choques. O diâmetro exterior do elemento de amortecimento EM é vantajosamente próximo daquele da extremidade fêmea EF.
Por exemplo, e como ilustrado nas figuras 3 e 5, o primeiro elemento de estanqueidade L1 é uma projeção radial para o exterior em forma de colar (ou lingueta ou ainda lamela), destinada a estar em contato estreito contra pelo menos uma parte da superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF, a fim de assegurar uma (primeira) estanqueidade contínua local em toda sua circunferência a esse nível quando seu dispositivo D é posicionado em sua posição final. A lingueta L1 é de preferência integral ao corpo (protetor) CP e é de preferência ligada a esse último na proximidade de sua superfície (ou periferia) interna. A relação entre a altura (radial) e a espessura da lingueta (ou colar) L1 é preferencialmente superior a 1. Por exemplo é possível escolher a mesma da ordem de 3. O primeiro elemento de estanqueidade L1 apresenta inicialmente uma terceira orientação que depende do tipo de junta da qual faz parte a extremidade fêmea EF à qual é dedicado o dispositivo D. No exemplo ilustrado nas figuras 3 e 5, que corresponde a um dispositivo D destinado a proteger uma junta de tipo VAM TOP, a terceira orientação, definida pela orientação da face dianteira (a montante) da lingueta L1 dirigida na direção da superfície anular interna S2, forma inicialmente (quer dizer antes de montagem do dispositivo D na extremidade fêmea EF) um ângulo φ3 não-nulo em relação ao plano perpendicular à direção XX do componente T. Esse ângulo φ3 é inicialmente superior de pelo menos 10° em relação àquele φ2 que a segunda orientação da superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF forma. De preferência, a diferença angular inicial (Δ = φ3 - φ2) entre as terceira e segunda orientações está compreendida entre +10° e cerca de +30°. Mais preferencialmente ainda essa diferença angular inicial Δ é igual a cerca de +15°. O ângulo φ3 é escolhido de modo que o contato inicial entre a lingueta L1 e a superfície anular interna S2 ocorra no lado exterior da lingueta L1.
Como ilustrado nas figuras 10 e 11 A, quando o dispositivo D é destinado a proteger uma junta de tipo VAM TOP, seu primeiro elemento de estanqueidade L1 recobre a maior parte da superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF ao mesmo tempo em que está em contato estreito contra essa última, uma vez colocado na posição final. O colar (ou lingueta ou ainda lamela) que constitui o primeiro elemento de estanqueidade L1 compreende aqui duas faces anulares substancialmente paralelas, que a-presentam inicialmente ambas a terceira orientação, uma delas sendo separada do resto da parte terminal P2 do corpo CP por um vale em forma de V relativamente largo (ver a figura 3B) a fim de permitir sua flexão axial por ocasião da colocação do dispositivo D em sua posição final e de compensar diferenças dimensionais (de fabricação e/ou induzidas por variações de temperatura).
Por exemplo, e como ilustrado nas figuras 4 e 5, o segundo elemento de estanqueidade L2 é também uma projeção radial na direção do exterior em forma de colar (ou lingueta ou ainda lamela), destinado a estar em contato estreito contra pelo menos uma parte da superfície anular de extremidade S1 da extremidade fêmea EF, a fim de assegurar uma (segunda) estanqueidade contínua local em toda sua circunferência a esse nível quando seu dispositivo D é colocado em sua posição final. A lingueta (ou colar) L2 é de preferência integral ao corpo (protetor) CP e é de preferência ligada a esse último na proximidade de sua superfície externa. A relação entre a altura (radial) e a espessura da lingueta L2, tomada substancialmente a meia altura dessa última, é preferencialmente superior a 1. Por exemplo ela pode ser escolhida da ordem de 3. O segundo elemento de estanqueidade L2 apresenta inicialmente uma quarta orientação (definida pela orientação da face da lingueta L2 dirigida na direção da superfície anular de extremidade S1) que depende do tipo de junta da qual faz parte a extremidade fêmea EF à qual é dedicado o dispositivo D. No exemplo ilustrado nas figuras 4 e 5, que corresponde a um dispositivo D destinado a proteger uma junta de tipo VAM TOP, a quarta orientação forma inicialmente (quer dizer antes de montagem do dispositivo D na extremidade fêmea EF) um ângulo φ4 nulo ou muito pequeno em relação ao plano perpendicular à direção XX do componente T de modo que a diferença de ângulo φ4 - φ1 seja também nula ou muito pequena. O colar (ou lingueta ou ainda lamela) que constitui o segundo elemento de estanqueida- de L2 compreende então duas faces anulares que formam um ângulo agudo entre si (ver a figura 4B) de modo que a espessura do colar L2 diminua indo na direção do exterior, a face inclinada sendo separada do resto da parte intermediária P3 do corpo CP por um vale em forma de V relativamente estreito a fim de permitir sua flexão axial por ocasião a colocação do dispositivo D em sua posição final e de compensar diferenças dimensionais (de fabricação e/ou induzidas por variações de temperatura). Em consequência disso, como está ilustrado nas figuras 10 e 11B, quando o dispositivo D está em sua posição final, seu segundo elemento de estanqueidade L2 só está em contato estreito contra uma pequena parte da superfície anular de extremidade S1 da extremidade fêmea EF.
Será notado que quando o dispositivo D é destinado a proteger uma junta de tipo diferente de uma VAM TOP, a quarta orientação pode formar inicialmente um ângulo φ4 não-nulo em relação ao plano perpendicular à direção XX do componente T. Esse ângulo φ4 é inicialmente superior de pelo menos 10° em relação àquele φ1 que a segunda orientação da superfície anular de extremidade S1 da extremidade fêmea EF forma. De preferência, a diferença angular inicial (Δ = φ4 - φ1) entre as quarta e primeira orientações está compreendida entre +10° e cerca de +30°. Mais preferencialmente ainda essa diferença angular inicial Δ é igual a cerca de +15°. O colar (ou lingueta ou ainda lamela) que constitui o segundo elemento de estanqueidade L2 por então compreender duas faces anulares substancialmente paralelas, que apresentam inicialmente ambas a terceira orientação, uma dela sendo separada do resto da parte terminal P2 do corpo CP por um vale em forma de V relativamente largo (como é o caso do primeiro elemento de estanqueidade L1 ilustrado na figura 3B) a fim de permitir sua flexão axial por ocasião da colocação do dispositivo D em sua posição final e de compensar diferenças dimensionais (de fabricação e/ou induzidas por variações de temperatura).
As dimensões respectivas das diferentes partes (P2, P3) que constituem o corpo CP são escolhidas de modo que durante a fase de atarraxamento ilustrada nas figuras 5 a 10, o primeiro elemento de estanqueida- de L1 entre em contato com a superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF antes que o segundo elemento de estanqueidade L2 entre em contato com a superfície anular de extremidade S1 dessa mesma extremidade fêmea EF. É isso que está ilustrado no exemplo não-limitativo das figuras 5 e 6. Mais precisamente, nesse exemplo, depois do éter introduzido substancialmente axialmente o corpo CP na parte de dentro da extremidade fêmea EF de modo que o início de seu rosqueamento exterior FE chegue diante do rosqueamento interno Fl da extremidade fêmea EF (figura 5A -primeiro estágio intermediário do atarraxamento), atarraxa-se o dispositivo D (figura 5B - segundo estágio intermediário do atarraxamento) até que seu primeiro elemento de estanqueidade L1 chegue em contato com a superfície anular interna S2 da extremidade fêmea EF (figuras 5C e 6A - terceiro estágio intermediário do atarraxamento). Nesse terceiro estágio intermediário do atarraxamento, o contato entre a lingueta L1 e a superfície anular interna S2 é efetuado na proximidade da parte mais exterior da lingueta L1, e o segundo elemento de estanqueidade L2 é posicionado a uma certa distância axial DA da superfície anular de extremidade S2 (ver as figuras 5C e 6B). Essa distância axial DA é de preferência compreendida entre cerca de 0,5 mm e cerca de 1 mm, e mais preferencialmente igual a cerca de 0,7 mm.
Em seguida, e como ilustrado nas figuras 7, 8 e 9, continua-se a atarraxar o dispositivo D até que a face de orientação substancialmente transversal do segundo elemento de estanqueidade L2 chegue em contato com a superfície anular de extremidade S1 da extremidade fêmea EF (ver as figuras 7 e 9 - primeiro estágio final do atarraxamento). Como ilustrado na figura 8, isso obriga o primeiro elemento de estanqueidade L1 a começar a se fletir axialmente (sua posição inicial não-fletida é materializada pelos traços em pontilhados). E depois, prossegue-se o atarraxamento do dispositivo D de maneira, por um lado, a aumentar ainda mais a flexão axial do primeiro elemento de estanqueidade L1 (ver a figura 11A - as posições fletidas intermediárias são materializadas por traços em pontilhados), e por outro lado, a obrigar o segundo elemento de estanqueidade L2 a se fletir axialmente (ver a figura 11B - sua posição inicial não-fletida é materializada pelos traços em pontilhados). O dispositivo D está então em sua posição final (ver a figura 12). Os primeiro L1 e segundo L2 elementos de estanqueidade estando doravante bastante deformados por flexão axial, eles adquiriram ambos por contato de superfície com as superfície anular interna S2 e superfície anular de extremidade S1 fêmea EF uma energia elástica que se opõe pelo menos parcialmente a um desatarraxamento imprevisto (ou espontâneo) que pode ser provocado por vibrações e/ou grandes variações de temperatura. É isso que é chamado de o freio antidesatarraxamento. Quanto mais energia elástica for armazenada nos primeiro L1 e segundo L2 elementos de estanqueidade, maior será o efeito de freio.
Será compreendido que uma vez que o dispositivo D está colocado em sua posição final, ele protege perfeitamente as superfícies anulares de extremidade S1 e interna S2 e o rosqueamento interno Fl da extremidade fêmea EF. Ele pode ser desatarraxado a qualquer momento exercendo-se para isso uma força superior e oposta à soma das forças de atrito sofridas pelos primeiro L1 e segundo L2 elementos de estanqueidade, sem que isso danifique as diferentes partes da extremidade fêmea EF, e sem que isso retire o lubrificante (seco ou semisseco) previamente colocado. A proteção conferida pelo dispositivo D sendo notadamente mecânica, seu corpo CP e seu eventual elemento de amortecimento (ou "bum-per") EM, devem apresentar uma certa rigidez ao mesmo tempo em que são capazes de absorver pelo menos parcialmente os golpes. Para fazer isso, ele pode por exemplo ser realizado por injeção (ou moldagem) de um material termoplástico em um molde adaptado (ele é nesse caso de tipo monob-loco, quer dizer realizado em uma só peça). Será notado que o elemento de amortecimento EM pode ser eventualmente uma peça adaptada sobre o corpo CP. Nesse caso, ele pode ser realizado em um material diferente do material do corpo CP. Entre as diferentes famílias de materiais termoplásti-cos que podem ser vantajosa mente utilizadas, podem ser notadamente citadas as misturas à base de policarbonato como o policarbomnato-poliéster (PC-PBT ou PC-PET), o polioximetileno ou poliacetal (POM) e os polietilenos (PE) de alta ou ultra-alta densidade (PE-HD, PE-UHD). A especificação API 5CT edição 2005 prevê em seu anexo I exigências para os dispositivos de proteção de rosqueamentos, notadamente valores mínimos de resistência aos choques axiais e de viés (a 45°) para três temperaturas (-46, +21 e +66°C). É possível por exemplo mais especialmente escolher um PE-HD produzido pela sociedade BASELL e vendido sob o nome LIPOLEN 4261 AG UV 6005, um PE-HD produzido pela sociedade TICONA e vendido sob o nome GUR 5113, um PC-PBT produzido pela sociedade BAYER e vendido sob o nome MAKROBLEND S7916, ou um POM produzido pela sociedade DU PONT e vendido sob o nome DELRIN 127UV. A invenção não se limita aos modos de realização de dispositivo de proteção descritos acima, somente a título de exemplo, mas sim ela engloba todas as variantes que o profissional poderá considerar no âmbito das reivindicações abaixo.
Assim, a invenção também se refere a outros tipos de extremidade fêmea diferentes daqueles descritos antes (VAM TOP). Por exemplo, ela se refere também às extremidades fêmeas de juntas rosqueadas tubulares mais especialmente com batente interno, com luvas (por exemplo aquelas de tipo NEW VAM, VAM ACE, DINOVAM, VAM HW ST) ou integrais "flu-sh" ou "semi-flush" (por exemplo aquelas de tipo VAM SL, VAM MUST, VAM HP, VAM HTF). Ela se refere também às extremidades fêmeas de juntas sem batente interno (por exemplo aquelas de tipo VAM SLIJN II ou VAM FJL de estanqueidade interna por aperto radial).
REIVINDICAÇÕES
Claims (16)
1. Dispositivo (D) de proteção para uma extremidade fêmea (EF) de um componente (T) de uma junta rosqueada tubular para a perfuração e a exploração de poços de hidrocarbonetos, munida de pelo menos um rosqueamento interno (Fl) e de uma superfície anular de extremidade (S1) e de uma superfície interna (S2) posicionadas respectivamente a montante e a jusante do dito rosqueamento interno (Fl) e que apresentam respectivamente uma primeira e uma segunda orientações escolhidas, o dito dispositivo (D) compreendendo um corpo (CP) munido de um rosqueamento exterior (FE) próprio para operar junto com o dito rosqueamento interno (Fl) e de um primeiro (L1) e de um segundo (L2) elementos de estanqueidade flexíveis de tipo anular posicionados respectivamente a montante e a jusante do dito rosqueamento exterior (FE) e dispostos para assegurar uma primeira e uma segunda estanqueidades respectivamente ao nível das superfície interna (S2) e superfície anular de extremidade (S1), caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro (L1) e segundo (L2) elementos de estanqueidade apresentam uma terceira e uma quarta orientações escolhidas, das quais pelo menos uma difere de um ângulo pelo menos igual a 10° com a segunda ou a primeira orientação correspondente antes de atarraxamento do dito dispositivo (D) na extremidade fêmea (EF), e são deformáveis por flexão axial de maneira a adquirir por contato de superfície com as ditas superfície interna (S2) e superfície anular de extremidade (S1) uma energia que se opõe pelo menos parcialmente a um desatarraxamento imprevisto quando a dita extremidade fêmea (EF) está atarraxada no dito corpo (CP) em uma posição final, e o dito primeiro elemento de estanqueidade (L1) é realizado sob a forma de uma lingueta anular, a dita lingueta anular (L1) sendo conectada ao dito corpo (CP) pela periferia interna desse último e se projeta na direção do exterior.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície interna (S2) da extremidade fêmea (EF) é uma superfície anular de batente.
3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o dito corpo (CP) é disposto de modo que durante a fase de atarraxamento o dito primeiro elemento de estanqueidade (L1) entre em contato com a dita superfície interna (S2) antes que o dito segundo elemento de estanqueidade entre (L2) em contato com a dita superfície anular de extremidade (S1).
4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o dito corpo (CP) é disposto de modo que durante a fase de atarraxamento e no momento em que o primeiro elemento de estanqueidade (L1) entra em contato com a dita superfície interna (S2) o dito segundo elemento de estanqueidade (L2) se encontra posicionado a uma distância axial da dita superfície anular de extremidade (S1) compreendida entre 0,5 mm e 1 mm.
5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as primeira e quarta orientações diferem inicialmente de um ângulo compreendido entre 10° e 30°.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo entre as primeira e quarta orientações é igual a 15°.
7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as segunda e terceira orientações diferem inicialmente de um ângulo compreendido entre 10° e 30°.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo entre as segunda e terceira orientações é igual a 15°.
9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o ângulo entre as segunda e terceira orientações diminui no decorrer do atarraxamento.
10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dito segundo elemento de estanqueidade (L2) é realizado sob a forma de uma lingueta anular.
11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro (L1) e segundo (L2) elementos de estanqueidade podem ser integrais com o dito corpo (CP).
12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito corpo (CP) é prolongado a jusante do dito segundo elemento de estanqueidade (L2) por um elemento de amortecimento(EM).
13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ele é realizado em um material termoplástico.
14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito material termoplástico é escolhido no grupo que compreende pelo menos as misturas à base de policarbonato, o polioximetileno ou o poliacetal (POM), e os polietilenos de alta densidade (PE-HD) ou de ultra-alta densidade (PE-UHD).
15. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14, caracterizado pelo fato de que ele é realizado em uma só peça por moldagem de material termoplástico.
16. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interna (S2) da extremidade fêmea (EF) é uma superfície de estanqueidade por aperto radial.
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Owner name: VAM MEXICO SA DE CV (MX) , VALLOUREC OIL AND GAS F |
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| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
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| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
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