BRPI0810062B1

BRPI0810062B1 - Junta rosqueada para tubos de aço.

Info

Publication number: BRPI0810062B1
Application number: BRPI0810062-4A
Authority: BR
Inventors: Keiichi Nakamura; Takahiro Hamamoto; Masaaki Sugino; Suguru Yamaguchi
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation; Vallourec Oil And Gas France
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2019-03-12
Also published as: EP2129952B1; MX2009010609A; UA96796C2; JP4941058B2; WO2008120828A1; BRPI0810062A2; AR065922A1; CA2678921C; EA015427B1; US7900975B2; MY149993A; AU2008233563B2; EA200970910A1; EP2129952A1; CA2678921A1; EG25834A; JP2008256023A; WO2008120828A8; CN101668978B; CN101668978A

Abstract

junta rosqueada para tubos de aço uma junta rosqueada para tubos de aço, constituída por um pino que tem roscas macho e uma caixa que tem roscas fêmea é aperfeiçoada com respeito à facilidade de inserção do pino e resistência ao atrito das porções rosqueadas. os flancos de encaixe das roscas, em uma porção de rosca completa de um deles, o pino ou a caixa, tem um formato de encaixe de duas etapas que tem uma chanfradura. o formato de encaixe de duas etapas tem um ângulo de flanco de encaixe a de 5 a 45 o e um ângulo de chanfro p de 20 a 60 °. a razão h/h da altura de chanfro h para a altura de rosca h do pino é de 0,25 a 0,50, ou a razão da área em corte transversal da porção chanfrada para a área total em corte transversal do flanco de encaixe é feita de pelo menos um valor correspondente à razão da altura de chanfro h/h de 0,25 e no máximo em um valor correspondente à razão da altura de chanfro de 0,50.

Description

JUNTA ROSQUEADA PARA TUBOS DE AÇO.

Campo da Técnica [001] Esta invenção refere-se a uma junta rosqueada para uso na conexão de tubos de aço, tais como produtos tubulares empregados em 5 campos petrolíferos (OCTG), que incluem tubagem e revestimento usados para a exploração de poços de petróleo e de gás, assim como a produção de petróleo bruto e gás natural, tubos riser, tubos para a construção de oleodutos, e semelhantes. Em particular, refere-se a uma junta rosqueada para tubos de aço, que permite que um pino seja facilmente inserido em um 10 estado de inclinação e que tem excelente resistência ao atrito em suas porções rosqueadas.

Técnica Antecedente [002] Uma junta rosqueada para tubos de aço é constituída por um pino, que é um componente que tem roscas macho (roscas externas), e se estabelece 15 na porção de extremidade de um primeiro membro tubular, e uma caixa, que é um componente que tem roscas fêmea (roscas internas), e é estabelecido na porção de extremidade de um segundo membro tubular. A conexão da junta é completada por engatamento rosqueado de roscas macho e fêmea, sendo ambas tipicamente roscas cônicas th. Tipicamente, o primeiro membro 20 tubular é um tubo, como um produto tubular empregado em campo petrolífero, e o segundo membro tubular é um membro separado na forma de um acoplamento. (Este tipo de junta rosqueada para tubos de aço é chamada de um tipo de acoplamento). Neste arranjo, um pino é formado em ambas as extremidades de um tubo, e um uma caixa é formada em ambos os lados de 25 um acoplamento.

[003] Outro tipo de junta rosqueada para tubos de aço é o tipo integral, que não usa um acoplamento e que tem um pino formado na superfície externa em uma extremidade de um tubo, e uma caixa formada na superfície interna da outra extremidade do tubo. Neste tipo de junta rosqueada, o primeiro 30 membro tubular é um primeiro tubo, e o segundo membro tubular é um

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2/28 segundo tubo.

[004] No passado, produtos tubulares petrolíferos eram conectados primariamente usando juntas rosqueadas padrão, prescritas pelos padrões API (American Petroleum Institute). Entretanto, nos últimos anos, como o 5 meio ambiente para escavação e produção de petróleo bruto e gás natural estão tornando-se severos, juntas rosqueadas especiais de alta performance, chamadas juntas prêmio, estão sendo usadas progressivamente.

[005] Em uma junta prêmio, o pino e a caixa têm, cada um deles, somando-se às roscas cônicas que permitem que a junta seja apertada, uma 10 superfície selante provida em sua superfície periférica na vizinhança das roscas e uma superfície com ressalto, que serve como uma tampa limítrofe durante a composição da junta. A junta é projetada para permitir interferência radial entre as superfícies selantes do pino e da caixa. Se a junta estiver apertada até a superfície com ressaltos do pino e da caixa, que ficam em 15 contato um com o outro, as superfícies selantes destes membros ficarão intimamente em contato uma com a outra ao redor da periferia total da junta e formam um selante pelo contato direto de metal com metal. A superfície com ressaltos não age apenas como tampa limítrofe na hora da composição, mas age também para suportar uma carga compressiva agindo na junta.

[006] A Figura 1 é uma vista esquemática explanatória de uma junta rosqueada do tipo acoplamento para tubos de aço do tipo junta prêmio típica. (A) é uma vista global, e (B) é uma vista ampliada de uma porção dela. Como mostrado na Figura l(B), a junta rosqueada para tubos de aço tem um pino 1, que é um componente com roscas macho provido na extremidade de um 25 tubo, e uma caixa 2, que é um componente correspondente com roscas fêmea, provido em ambos os lados de um acoplamento. Em sua superfície externa, o pino 1 tem roscas macho cônicas 11 e uma porção limítrofe cilíndrica desrosqueada chamada de flange (chamada de porção flange abaixo) 12, provido em sua ponta adjacente às roscas macho 11. A porção 30 flange 12 tem uma superfície selante 13 em sua superfície periférica externa,

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3/28 e a superfície com ressalto 14 (torque) em sua superfície de extremidade. [007] A caixa 2 oposta tem roscas fêmea cônicas 21, uma superfície selante 23, e uma superfície com ressalto 24, que pode se ajustar com ou ficar em contato com as roscas macho cônicas 11, a superfície selante metal

13, e a superfície com ressalto 14, respectivamente, do pino 1. Algumas das roscas fêmea na ponta da caixa (no exemplo ilustrado, quatro roscas) são roscas não ajustáveis, que não se ajustam completamente à rosca do pino. Neste caso, algumas das roscas macho correspondentes na extremidade interior do pino são roscas incompletas, que não tem o formato desejado de 10 rosca macho, exigido para o ajuste completo com a rosca fêmea. A presença de roscas incompletas nesta localização, tanto no pino quanto na caixa, ou em ambos, é necessária para inserção suave dos pinos no momento da composição da junta. Em algumas juntas, as roscas macho na lateral da ponta, perto da superfície selante do pino, são roscas incompletas que não se 15 ajustam com as roscas fêmea da caixa.

[008] Como mostrado na Figura, uma porção flange que tem uma superfície com ressalto, como uma superfície de extremidade é tipicamente provida na ponta do pino, mas é também possível prover uma porção flange na ponta da caixa ou nas pontas de ambos, o pino e a caixa.

[009] A Figura 2 é uma vista esquemática para explicar o formato e as dimensões de uma rosca trapezoidal, da qual uma rosca em dente-de-serra API é típica. Como na Figura 1, o número 11 corresponde a uma rosca macho e o 21 corresponde a uma rosca fêmea. Roscas usadas em juntas prêmio são, em sua maioria, roscas trapezoidais emulando com esta rosca 25 em dente-de-serra API. Com muitas roscas, a razão de aspecto das roscas (razão de altura para largura), os ângulos de flanco (os ângulos de declive das superfícies laterais ou flancos), e similares, copiam as dimensões de uma rosca dente-de-serra API quase com exatidão.

[0010] Na Figura 2, no caso de roscas dente-de-serra API tendo uma 30 inclinação de rosca de 5 TPI (5 roscas por polegada), a altura de rosca 74,

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4/28 que é a altura do espaço livre entre o vértice e o fundo das roscas macho, é de 1,575 mm, o ângulo de flanco 71 (ângulo de flanco de carga) dos flancos de carga (que são as superfícies laterais das roscas no lado posterior na direção da inserção de um pino) é de 3^o, o ângulo de flanco 72 (ângulo de flanco de encaixe) dos flancos de encaixe (que são as superfícies laterais das roscas no lado frontal na direção de inserção de um pino) é 10^o, e o valor médio da separação 73 na direção axial da junta 73 entre os flancos de encaixe das roscas macho e das roscas fêmea (o intervalo do flanco de encaixe) é de aproximadamente 100 pm (de 30 a 180 pm).

[0011] Quando poços verticais predominam, a junta rosqueada para tubos de aço pode funcionar adequadamente caso ela possa suportar a carga tênsil, devido ao peso dos tubos conectados à ela, e evitar vazamentos de fluidos de alta pressão que passam por seu interior. Entretanto, nos últimos anos, à vista do fato de que os poços estão tornando-se mais profundos, e 15 poços inclinados ou horizontais, tendo uma perfuração de poço subterrâneo em curva estão crescendo, e que o desenvolvimento dos poços em meio ambientes piores, como os oceanos ou regiões polares, está aumentando, juntas rosqueadas são necessárias para se ter um grande variedade de propriedades incluindo resistência à compressão, resistência à flexão, 20 desempenho de vedação contra pressão externa, e que seja de fácil uso no campo.

[0012] No que diz respeito ao formato da rosca de uma junta rosqueada para tubos de aço, o Documento de Patente abaixo listado descreve uma junta rosqueada para tubos de aço nos quais as roscas de 25 ambos o pino e a caixa, isto é, ambas as roscas macho e fêmea, recebem um formato de encaixe de duas etapas tendo uma chanfradura feita através da remoção de uma região entre o crista de uma rosca e o flanco de encaixe ao largo de uma linha reta ou uma curva. A porção chanfrada funciona como uma superfície de contato, que é a primeira região para suportar o contato 30 quando o pino for inserido na caixa. O propósito desta superfície de contato é

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5/28 facilitar a inserção através do contato das superfícies de contato do pino e a caixa caso o pino e a caixa estejam mal alinhados na direção axial quando o pino estiver sendo inserido na caixa. O Documento de Patente abaixo listado 2 descreve uma junta de tubo semelhante. A saber, a chanfradura de ângulo 5 é provida nos flancos de encaixe das roscas de ambos o pino e a caixa.

Quando o pino é inserido na caixa, as chanfraduras de ângulo se ajustam uma com a outra e facilitam a inserção do pino.

[0013] Ambos os Documentos de Patente 1 e 2 evitam o desalinhamento do ângulo de inserção e facilitam a inserção ao ensejar o 10 contato entre um pino e uma caixa nas porções chanfradas entre o flancos de encaixe e o cristas. Consequentemente, chanfraduras são necessárias em ambos o pino e a caixa, e o efeito pretendido não é exibido caso as chanfraduras sejam providas em apenas um dos dois membros.

[0014] No Documento de Patente abaixo listado 3, uma junta 15 rosqueada para tubos de aço chamada junta de tubo cilíndrico-cônico é revelada. Ela tem roscas completas em uma zona rosqueada cilíndrica, e roscas incompletas em uma zona rosqueada frustocônica. Para a caixa, um formato de encaixe de duas etapas, no qual uma obliqüidade de 45^o tendo uma altura de aproximadamente metade da altura da rosca é formada apenas 20 nos flancos de encaixe das roscas incompletas, facilitando assim a inserção do pino. Entretanto, uma obliqüidade tão grande (chanfradura) não ocorre em relação às roscas completas, onde as roscas macho do pino se ajustam às roscas fêmea da caixa. Além disso, a junta rosqueada revelada neste documento é projetada para roscas paralelas, não roscas cônicas.

[0015] No Documento de Patente 4 abaixo listado, como mostrado na

Figura 3 anexada a este, uma junta rosqueada para tubos de aço tendo a uma porção em projeção 15 provida entre uma superfície selante 13 e uma superfície com ressalto 14 na extremidade de um pino 1 é proposta. A porção em projeção 15 do pino 1 não entra em contato com a porção oposta da caixa 30 2. Por outro lado, as superfícies selantes 13 e 23 e as superfícies com

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6/28 ressaltos 14 e 24 do pino e da caixa entram em contato uma com a outra. Ao estender a porção flange do pino, e ao fornecer uma porção em projeção 15 sem contato, além das superfícies selantes, a espessura da parede da porção flange em uma espessura de parede de tubo limitada, e consequentemente a espessura da parede da superfície com ressaltos e das superfícies selantes podem ser aumentadas, e a resistência à compressão de uma junta rosqueada para tubos e sua capacidade para selar contra pressão externa pode ser notadamente aumentada.

[0016] Documento de Patente 1 WO 92/15815 [0017] Documento de Patente 2 Patente N^o US 6.322.110 [0018] Documento de Patente 3 Patente N^o US 4.398.756 (Figura 5) [0019] Documento de Patente 4 WO2004/109173

Revelação da Invenção [0020] A presente invenção fornece uma junta rosqueada para tubos de aço, que permite que um pino seja facilmente inserido em uma caixa, mesmo quando o pino esteja inclinado, e com tal aspereza, não seja colocado prontamente nos flancos de encaixe das roscas do pino e da caixa no momento da composição.

[0021] De acordo com a presente invenção, o objeto descrito acima pode ser obtido conferindo-se uma chanfradura substancial, que satisfaça as condições prescritas para os flancos de encaixe das roscas de ajuste (roscas completas), tanto de um dos pinos quanto de uma caixa, para atingir flancos de encaixe de duas etapas. Como proposto nos Documentos de Patente acima descritos 1 e 2, caso uma chanfradura seja conferida aos flancos de encaixe das roscas, de ambos um pino e uma caixa, ainda que o encaixe do pino fique fácil, os custos aumentam, e a estabilidade da composição das roscas diminui. Daí resulta que, caso as cargas compressivas se tornem altas, uma força suficientemente firme não poderá mais ser obtida, o que levará à diminuição na resistência à compressão. Ao contrário, na presente invenção, em virtude do fato de a chanfradura ser formada nos flancos de

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7/28 encaixe das roscas de apenas um dos pinos e da caixa, pode obter-se facilidade de encaixe de um pino, e ao mesmo tempo, efeitos adversos na estabilidade da composição da rosca e resistência à compressão, devido à formação da chanfradura, são minimizados.

[0022] A presente invenção é uma junta rosqueada para tubos de aço compreendendo um pino que é um membro tubular, que tem roscas macho (ou externas), e uma caixa que é um membro tubular que tem roscas fêmea(ou internas), em que as roscas macho e as roscas fêmea são roscas cônicas, que tem pelo menos uma porção de rosca completa e opcionalmente 10 uma porção de rosca incompleta, as roscas em pelo menos uma porção de rosca completa tendo um formato de rosca quase trapezoidal, tendo um crista, um flanco de carga, e um flanco de encaixe com roscas sendo separadas umas das outras por bases de rosca. O termo formato de rosca quase trapezoidal indica que o formato de rosca será trapezoidal caso o 15 afunilamento das roscas cônicas seja negligenciado.

[0023] Na junta rosqueada para tubos de aço de acordo com a presente invenção, pelo menos parte das roscas na porção de rosca completa tanto da caixa quanto do pino tem um formato de encaixe de duas etapas que tem um flanco de encaixe com uma chanfradura.

[0024] O formato de encaixe de duas etapas tem um ângulo de flanco de encaixe a de 5 a 45° e um ângulo de chanfradura β de 20 a 60° e encontra uma das seguintes condições (I) ou (II):

(I) a razão h/H da altura h da chanfradura do formato de encaixe de duas etapas para a altura de rosca H do pino é de 0,25 a 0,50 (a saber,

0,25 < h/H < 0,50); ou (II) a seguinte Desigualdade (3) é satisfeita.

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8/28 (1) (2)

Zl-Z-íl-SÍn/?) · /«/η /nx

Λ =----------— - y · sin(p / 2 - a / 2)

COS β

7/'= ——-—— + x · sina - y · sin(/? / 2 - a /2) cosa —— (h / H = 0,25) < (h/h = 0,50) h'+H'^X ’ h'+H' h'+H'^K ’ (3) [0025] Nestas fórmulas, α é o ângulo de flanco de encaixe (graus) do formato de encaixe de duas etapas, β é o ângulo de chanfradura (graus) do formato de encaixe de duas etapas, H é a altura da rosca (mm) da rosca do pino, h é a altura da chanfradura (mm) do formato de encaixe de duas etapas, x é o raio da curvatura (mm) dos flancos de encaixe no cristas da rosca do pino, y é o raio da curvatura (mm) no ponto de partida da chanfradura do formato de encaixe de duas etapas, e z é o raio da curvatura (mm) do formato de encaixe de duas etapas em seu crista da rosca.

[0026] O ponto de partida da chanfradura do formato de encaixe de duas etapas significa a margem entre a porção chanfrada e a porção não chanfrada, isto é, a porção de uma chanfradura no lado de base da rosca (veja as Figuras 4 e 5 abaixo descritas).

[0027] Nas formulas acima, h', que é dada pela Equação (1) define a área em corte transversal da porção chanfrada do flanco de encaixe de uma rosca que tem um formato de encaixe de duas etapas, e H', que é dado pela Equação (2), define a área em corte transversal da porção não chanfrada (a saber, a porção do flanco de encaixe mais perto da base da rosca do que da porção chanfrada) do flanco de encaixe de uma rosca que tem um formato chanfrado de duas etapas. Consequentemente, h'/(h' + H') na Desigualdade (3) significa a razão da área em corte transversal da porção chanfrada para a área em corte transversal total do flanco de encaixe de uma rosca que tem um formato de encaixe de duas etapas (denominado abaixo como uma razão da área chanfrada em corte transversal). A saber, a Desigualdade (3) prescreve que a razão da área chanfrada em corte transversal fica entre um valor

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9/28 correspondente à razão h/H de 0,25 (ou o valor quando a razão h/H for 0,25) e um valor correspondente à razão h/H de 0,50 (ou o valor quando a razão h/H for 0,50).

[0028] O formato de encaixe de duas etapas que tem uma chanfradura com um formato conforme definido acima é fornecido aos flancos de encaixe de pelo menos parte das roscas na porção de rosca completa tanto do pino quanto da caixa, isto é, somente um membro tubular, de uma junta rosqueada para tubos de aço (sendo o membro a partir daqui chamado de um primeiro membro tubular), e não é fornecido para as roscas na porção de rosca completa do outro membro tubular (daqui por diante chamado de um segundo membro tubular). Preferencialmente, as roscas da parte principal (por exemplo, pelo menos 80% das roscas) na porção de rosca completa do primeiro membro tubular têm o formato de encaixe de duas etapas. Mais preferencialmente, todas as roscas na porção de rosca completa do primeiro membro tubular têm o formato de encaixe de duas etapas.

[0029] Como é bem conhecido na técnica, uma porção de rosca completa significa uma porção na qual as roscas têm o formato completo projetado para a porção de rosca.

[0030] Com respeito ao formato de encaixe de duas etapas, preferencialmente o ângulo de flanco de encaixe α tem de 8 a 15^o e o ângulo de chanfradura β tem de 20 a 40^o. A razão h/H da altura da chanfradura h para a altura de rosca H do pino é preferencialmente de 0,3 a 0,4. De forma similar, a razão em corte transversal da chanfradura preferencialmente satisfaz a seguinte Desigualdade (3') (na fórmula, os símbolos têm o mesmos significados conforme descrito acima).

[0031] Uma junta rosqueada para tubos de aço de acordo com a presente invenção aplica-se preferencialmente à junta prêmio descrita acima.

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A saber, em uma modalidade preferencial, o pino e a caixa, ambos tem roscas, bem como superfícies selantes providas nas superfícies periféricas na vizinhança das roscas, e superfície com ressaltos que são constituídas por uma superfície de extremidade do pino ou da caixa e uma superfície do outro 5 membro, que entra em contato com a superfície de extremidade. Em tal junta rosqueada para tubos de aço, as superfícies com ressaltos podem suportar uma porção de uma carga compressiva, de maneira que a junta possa manter alta resistência à compressão, até mesmo quando um formato de encaixe de duas etapas é empregado através do fornecimento de uma chanfradura nos 10 flancos de encaixe das roscas na porção de rosca completa do pino ou da caixa, um deles, de acordo com a presente invenção.

[0032] Do pino e da caixa, as superfícies de contato de pelo menos o membro que tem roscas com um formato de encaixe de duas etapas, isto é, as superfícies de contato de pelo menos o primeiro membro tubular descrito 15 acima, têm preferencialmente pelo menos uma camada ou revestimento de tratamento de superfície selecionada de um revestimento chapeado, um revestimento de fosfato, um revestimento de lubrificação sólido, um revestimento de lubrificação semisólido, e um revestimento de lubrificação líquido viscoso formado sobre ele. Aqui, as superfícies de contato significam 20 as superfícies do pino e da caixa que ficam em contato uma com a outra no momento da composição de uma junta. No caso de uma junta prêmio, as superfícies de contato são as roscas, bem como as superfícies selantes e a superfície com ressaltos.

[0033] Quando as superfícies de contato de ambos o pino e a caixa 25 têm um revestimento de tratamento de superfície, o membro ao qual é dado o formato de encaixe de duas etapas descrito acima pode ser tanto o pino quanto a caixa. Disso resulta que, o dano ao revestimento do tratamento de superfície no momento da inserção de um pino pode ser suprimido, e boa capacidade de encaixe e boa resistência ao atrito das roscas podem ser 30 obtidos. Neste caso, se o ângulo de chanfradura β for aumentado, a área do

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11/28 pino e da caixa que poderão suportar contato deslizante aumentarão. Disso resulta que, dano ao revestimento do tratamento superfície será diminuído mais adiante, e a resistência ao atrito das roscas será mais adiante aumentada.

[0034] Quando somente um, entre o pino e a caixa, tiverem um revestimento de tratamento de superfície em suas superfícies de contato, o revestimento de tratamento de superfície será preferencialmente formado no membro que tem roscas com um formato de encaixe de duas etapas (isto é, o primeiro membro tubular). Por exemplo, quando um revestimento de 10 tratamento de superfície não for formado na superfície do pino, mas formado somente na superfície da caixa, uma chanfradura será preferencialmente conferida ao flanco de encaixe da rosca da caixa para formar um formato de encaixe de duas etapas. Disso resulta que, o ponto de contato entre as roscas do pino e as roscas da caixa nas porções rosqueadas no momento da 15 inserção do pino em uma caixa move gradualmente do cristas dos flancos de encaixe das roscas da caixa em direção às bases. Portanto, o dano ao revestimento de tratamento de superfície diminuirá e a boa resistência ao atrito das roscas será mantido. Caso os flancos de encaixe das roscas, nem do pino nem da caixa, tenham uma chanfradura, no momento da inserção do 20 pino, somente a vizinhança da margem entre o cristas e os flancos de encaixe das roscas da caixa entrarão sempre em contato com as roscas do pino que estará sendo inserido, de forma que o revestimento de tratamento de superfície nesta porção será severamente danificado, e a resistência ao atrito das roscas notadamente diminuirá. Tal dano será evitado pela presente 25 invenção.

[0035] Uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, minimiza os efeitos adversos na resistência à compressão causada pelo empréstimo de uma chanfradura a um flanco de encaixe de uma rosca, e isto facilita a inserção do pino em uma caixa. Disso resulta que, 30 um pino pode ser facilmente inserido mesmo quando estiver inclinado no

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12/28 momento da inserção, ou quando tiver um leve desvio na direção da inserção do mesmo. Somando-se a isto, quando pelo menos um, o pino ou a caixa, tiver um revestimento de tratamento de superfície visando conferir propriedades lubrificantes às superfícies de contato deles, o dano ao revestimento será suprimido. Isso resulta em dificultar a ocorrência de atrito do flanco de encaixe das roscas do pino e da caixa no momento da composição, e no aumento da resistência ao atrito de uma junta.

Breve Descrição dos Desenhos [0036] A Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal longitudinal (A) e uma vista ampliada (B) na vizinhança da ponta do pino de uma junta rosqueada do tipo acoplamento convencional típica para tubos de aço chamados de junta prêmio.

[0037] A Figura 2 é uma vista esquemática em corte transversal longitudinal para explicar o formato e dimensões de uma rosca trapezoidal tipificada por uma rosca em dente-de-serra API.

[0038] A Figura 3 é uma vista esquemática em corte transversal longitudinal de uma junta rosqueada para tubos de aço, que tem sua porção flange alongada.

[0039] A Figura 4 é uma vista explanatória do formato dos flancos de encaixe das roscas de um pino e uma caixa quando o flanco de encaixe da rosca do pino tiver um formato de encaixe de duas etapas, de acordo com a presente invenção.

[0040] A Figura 5 é uma vista explanatória que mostra o formato dos flancos de encaixe das roscas de um pino e de uma caixa quando o flanco de encaixe da rosca da caixa tiver um formato de encaixe de duas etapas, de acordo com a presente invenção.

[0041] A Figura 6 é um gráfico que mostra os resultados dos exemplos. Lista de referências numéricas

1: pino, 2: caixa, 11: rosca macho, 12: porção flange, 13: superfície selante do pino, 14: superfície com ressalto na extremidade de um

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13/28 pino, 15: uma porção em projeção, 21: rosca fêmea, 23: primeira superfície selante da caixa, 24: superfície com ressalto da caixa, 32: ranhura circunferencial da caixa, 71: ângulo de flanco de carga, 72: ângulo de flanco de encaixe, 73: fenda de encaixe, 74: altura da rosca do pino

O Melhor Modo para se Realizar a Invenção [0042] Abaixo, a presente invenção será explicada em maiores detalhes enquanto refere-se aos desenhos em anexo.

[0043] Na descrição seguinte, o termo roscas refere-se à roscas em uma porção de rosca completa, a menos que indicada de outra forma.

[0044] Uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, pode ser aplicada tanto ao tipo acoplamento quanto ao tipo integral. No caso de um tipo acoplamento, tipicamente um pino é formado em ambas as extremidades de um tubo e uma caixa é formada em ambos os lados de um acoplamento, mas a combinação contrária também é possível.

[0045] Uma junta rosqueada para tubos de aço é constituída por um pino que tem roscas macho ou externas e uma caixa que tem roscas fêmea ou internas. Ambas as roscas macho e fêmea são cônicas, tendo pelo menos uma porção de rosca completa e opcionalmente uma porção de rosca incompleta, e as roscas em pelo menos uma porção de rosca completa tem 20 um formato de rosca trapezoidal áspera, que tem um crista, uma superfície de flanco, e um flanco de encaixe com roscas adjacentes separadas umas das outras por uma base em rosca.

[0046] A junta rosqueada para tubos de aço é preferencialmente um tipo junta prêmio no qual, como mostrado in Figura 1, o pino 1 e a caixa 2 têm 25 cada uma, roscas 11 e 21, bem como superfícies selantes 13 e 23, e superfícies com ressaltos 14 e 24. No exemplo ilustrado, a superfície de extremidade da extremidade do pino torna-se uma superfície com ressalto, e superfícies selantes são formadas nas superfícies periféricas do pino e da caixa perto da ponta do pino na vizinhança das superfícies com ressaltos. 30 Entretanto, ao invés de, ou somando-se à esse arranjo, uma superfície com

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14/28 ressalto pode ser formada na extremidade da caixa, e as superfícies selantes podem ser formadas nas superfícies periféricas do pino e da caixa na vizinhança destas superfície com ressalto.

[0047] Como mostrado na Figura 3, um formato mais preferencial para a junta é aquele no qual o comprimento da ponta do pino além da superfície selante 13 do pino 1 (a saber, a distância na direção axial da junta entre a superfície selante 13 e a superfície com ressalto 14 na extremidade do pino) é alongada, e é provida uma região sem contato (uma porção em projeção) 15, na qual as superfícies periféricas do pino e da caixa não entram em 10 contato uma com a outra. Uma junta rosqueada para tubos de aço que tem essa região sem contato 15 particularmente tem boa resistência à compressão, e tem excelente resistência ao atrito no momento da composição.

[0048] Em uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, o formato de encaixe de duas etapas que tem um flanco de encaixe com uma chanfradura é fornecido para os flancos de encaixe de pelo menos parte das roscas, preferencialmente pelo menos a maior parte das roscas, e mais preferencialmente todas as roscas na porção de rosca completa tanto de um membro da caixa quanto do pino (um primeiro membro 20 tubular). No formato de flanco de encaixe de duas etapas, o ângulo de flanco de encaixe α fica entre 5 e 45^o, e preferencialmente entre 8 e 15^o e o ângulo de chanfradura β deles fica entre 20 e 60^o, e preferencialmente entre 20 e 40^o.

[0049] As Figuras 4 e 5 mostram esquematicamente o formato em corte transversal na direção axial de uma junta dos flancos de encaixe das roscas de um pino e de uma caixa para a hipótese na qual as roscas fêmea da caixa tenham um formato de encaixe de duas etapas (Figura 4) e para a hipótese na qual as roscas macho do pino tenham um formato de encaixe de duas etapas (Figura 5). Como mostrado nestas Figuras, o ângulo de flanco de 30 encaixe α é o ângulo entre um flanco de encaixe (no caso de um formato de

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15/28 encaixe de duas etapas, o flanco de encaixe antes da formação de uma chanfradura, isto é, de duas etapas, a porção de flanco de encaixe que está abaixo, perto da base de rosca, que será também chamada abaixo de porção não chanfrada) e um plano perpendicular ao eixo geométrico das juntas. O 5 ângulo chanfrado β é o ângulo entre a porção chanfrada do flanco de encaixe (de duas etapas, a porção superior do flanco de encaixe mais perto do crista da rosca) e um plano perpendicular ao eixo geométrico da junta. Como representado na Figura 2, cada um dos ângulos de flanco de encaixe e o ângulo de flanco de carga de uma junta rosqueada têm o mesmo ângulo 10 entre o pino e a caixa.

[0050] Caso o ângulo de flanco de encaixe α do formato de encaixe de duas etapas (correspondente ao ângulo de flanco de encaixe na porção de rosca completa de cada um, o pino e a caixa) seja menor que 5^o, a inclinação dos flancos de encaixe seja muito pequena, a inserção do pino torna-se difícil 15 e propicia a ocorrência de atrito dos flancos de encaixe. Caso o ângulo chanfrado β do formato de encaixe de duas etapas seja menor que 20^o, nenhum efeito substancial será obtido pela chanfradura. Caso o ângulo de flanco de encaixe α exceda 45^o e/ou o ângulo de chanfradura β exceda 60^o, a inclinação dos flancos de encaixe torna-se muito grande, cargas 20 compressivas no momento da inserção do pino não podem ser estavelmente suportadas, a resistência da junta rosqueada à compressão diminui, resultando em efeitos adversos nas propriedades selantes, o que facilita a ocorrência de vazamentos.

[0051] O formato da chanfradura de formato de encaixe de duas etapas 25 tem uma ótima extensão para a altura de chanfradura h e a área de chanfradura em corte transversal, bem como para o ângulo de chanfradura β.

[0052] A altura de chanfradura h (a altura da porção chanfrada na direção perpendicular ao eixo geométrico da junta) é tal que sua razão (h/H) para a altura de rosca H do pino é de 0,25 a 0,50. Esta razão h/H é 30 preferencialmente de 0,3 a 0,4.

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16/28 [0053] Quanto à área da chanfradura em corte transversal, a razão [h'/(h' + H')] da área de chanfro em corte transversal (h') para a área total em corte transversal (h' + H')do flanco de encaixe de uma rosca que tem um formato de encaixe de duas etapas é feita para satisfazer a seguinte

Desigualdade (3).

—— (h/H = Q,25)< h'+H^{,y 7}

_^—(h/H = 0,50) h'+H'^v (3) [0054] Como mostrado nas Figuras 4 e 5, os símbolos integrantes das fórmulas acima têm os significados seguintes:

(1) quando flancos de encaixe que têm um formato de encaixe de duas etapas são formados nas roscas fêmea de uma caixa (Figura 4):

α: ângulo de flanco de encaixe (graus) das roscas da caixa, β: ângulo de chanfro (graus) dos flancos de encaixe das roscas da caixa, H: a altura de rosca (mm) da rosca do pino, h: altura de chanfro (mm) dos flancos de encaixe das roscas da caixa, x: raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe no cristas das roscas do pino, y: raio de curvatura (mm) no ponto de partida do chanfro dos flancos de encaixe das roscas da caixa, z: raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe no cristas das roscas da caixa.

(2) Quando flancos de encaixe que têm um formato de encaixe de duas etapas são formados nas roscas macho de um pino (Figura 5): α: ângulo de flanco de encaixe (graus) das roscas do pino, β: ângulo de chanfro (graus) dos flancos de encaixe das roscas do pino, H: altura de rosca (mm) do pino rosca, h: altura de chanfro (mm) dos flancos de encaixe das roscas do pino, x: raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe no cristas das roscas do pino, y: raio de curvatura (mm) no ponto de partida das

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17/28 chanfraduras dos flancos de encaixe das roscas do pino, z: raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe no cristas das roscas do pino.

[0055] Nas Figuras 4 e 5, x' é o raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe na base das roscas da caixa.

[0056] No formato de rosca tanto do pino quanto da caixa, a parte de junção entre os flancos (os flancos de encaixe e os flancos de carga) e as bases das rosca e o cristas da rosca, normalmente têm uma pequena quantidade de arredondamento aplicada à elas. x, e x' descritos acima, e z são o raio de curvatura de tal arredondamento.

[0057] Conforme já estabelecido, h' expressado pela Equação (1) indica a área em corte transversal de uma porção chanfrada de um flanco de encaixe, H' expressado pela Equação (2) indica a área em corte transversal da porção não-chanfrada do flanco de encaixe (a porção do flanco de encaixe que não é removida por uma chanfradura, isto é, a porção do flanco de encaixe no lado de base da rosca de uma chanfradura), e h'/(h' + H') na Desigualdade (3) indica a razão da área em corte transversal da porção chanfrada para a área total em corte transversal do flanco de encaixe (razão de área chanfrada em corte transversal). A razão de área chanfrada em corte transversal é estabelecida com um valor que corresponda pelo menos à razão h/H de 0,25 e no máximo à um valor correspondente à razão h/H de 0,5. A razão de área chanfrada em corte transversal é preferencialmente estabelecida a um valor correspondente à pelo menos a razão h/H de 0,3 e no máximo à um valor correspondente à razão h/H de 0,4.

[0058] A saber, na presente invenção, a proporção de um flanco de encaixe ocupado por uma chanfradura é prescrito tanto pela razão da altura de chanfro (h/H) quanto pela razão de área chanfrada em corte transversal [h'/(h' + H')]. A razão da altura de chanfro (h/H) é mais simples, mas o efeito de arredondamento de um flanco de encaixe não é levado em consideração. Portanto, a razão de área chanfrada em corte transversal [h'/(h' + H')] pode quantificar com mais precisão o efeito da chanfradura.

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18/28 [0059] Caso a razão da altura de chanfro (h/H) ou a área chanfrada em corte transversal [h'/(h' + H')] seja muito pequena, não tem sentido em fornecer a chanfradura. Disso resulta que, o grau de liberdade do pino enquanto está sendo inserido é baixo, e caso a direção da inserção do pino desvie levemente, forma-se um rosqueamento transversal no qual não é possível inserir o pino facilmente fazendo com que a resistência ao atrito das roscas diminua. Por outro lado, caso a razão de altura do chanfro ou a razão de área chanfrada em corte transversal seja muito grande, a área de contato dos flancos de encaixe do pino e da caixa no momento da compressão 10 diminui, e a resistência à compressão das roscas diminui, permitindo que vazamentos nas roscas ocorram com facilidade. Isto ocorre devido às porções chanfradas dos flancos de encaixe, as quais não entram em contato com o membro oposto, até mesmo sob força de compressão aplicada a elas, não suportam uma carga compressiva.

[0060] Uma extensão preferencial para o raio de curvatura de cada porção de flanco de encaixe de uma rosca que tem um formato de encaixe de duas etapas é de 0,1 a 1,8 mm para cada um x, x', y, e z.

[0061] Um formato de rosca que tem uma chanfradura nos flancos de encaixe, de acordo com a presente invenção, é aplicado aos flancos de 20 encaixe das roscas na porção de rosca completa de um deles, o pino e a caixa, enquanto os flancos de encaixe das roscas na porção de rosca completa do outro membro não é chanfrada. Para as roscas incompletas, que não se ajustam com as roscas do outro membro, não é necessário para os flancos de encaixe das roscas tanto do pino quanto da caixa, que eles 25 tenham um formato de encaixe de duas etapas. Entretanto, conforme proposto no Documento de Patente 3 descrito acima, também é possível para formar um formato de encaixe de duas etapas nas roscas incompletas. O formato de encaixe de duas etapas das roscas incompletas pode ter um formato de acordo com a presente invenção, ou pode ter um formato fora do 30 escopo da presente invenção.

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19/28 [0062] As roscas macho do pino e as roscas fêmea da caixa são ambas roscas cônicas, e o pino e a caixa diminuem na espessura da parede na direção de suas pontas. Como mostrado na Figura 2, o cristas, e as bases das roscas macho e das roscas fêmea podem ser paralelas ao ângulo de afunilamento do pino e da caixa, mas eles são preferencialmente paralelos ao eixo geométrico da junta (os quais estão na mesma direção do eixo geométrico tubo), isto é, o cristas e as bases preferencialmente não tem inclinação. Disso resulta que, problemas devido ao desvio do ângulo de inserção no momento da composição diminuem. O ângulo dos flancos de 10 carga das roscas do pino e da caixa com respeito à superfície perpendicular ao eixo geométrico da junta (o ângulo de flanco de carga) tem preferencialmente uma extensão de -5^o a +5^o Aqui, quando um ângulo de inclinação é negativo, isto significa que o flanco de carga é inclinado em direção à retaguarda na direção do pino de inserção a partir de um plano 15 perpendicular ao eixo geométrico da junta. Os flancos de carga das roscas de ambos o pino e a caixa não tem uma chanfradura. Entretanto, a fim de circular os ângulos, é comum que se circule em ambas as extremidades dos flancos de carga no cristas e as bases das roscas do pino e da caixa. Como mostrado na Figura 2, o raio de curvatura provido nas extremidades dos 20 flancos de carga para arredondamento são normalmente menores do que aqueles providos nas extremidades dos flancos de encaixe, os quais têm um ângulo de inclinação maior. O raio de curvatura nas extremidades dos flancos de carga tem normalmente no máximo 1,5 mm e tipicamente no máximo 1 mm.

[0063] Não é necessário que todas as roscas, das roscas macho e das roscas fêmea, se ajustem enroscadamente umas com as outras. Como mostrado na Figura 1(A), o comprimento das roscas fêmea da caixa na direção axial da junta pode ser mais longo do que o comprimento na direção axial das roscas macho do pino, e as roscas fêmea na vizinhança da ponta da 30 caixa podem ficar em um estado de não ajustamento, no qual eles não se

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20/28 ajustam enroscadamente com as roscas macho no momento de composição. Como mostrado in Figura 3, com o objetivo de esticar as roscas macho, de forma que elas se aproximem ao máximo de uma primeira superfície selante adjacente às roscas, a ranhura circunferencial 32 pode ser provida em uma caixa, de forma que as roscas macho próximas à ponta do pino não se ajustem enroscadamente com a rosca fêmea na vizinhança da primeira superfície selante da caixa. Disso resulta que, a rigidez da porção flange é aumentada, levando ao aumento da resistência da junta à compressão. Com o mesmo objetivo, a espessura da parede do pino e da caixa pode ser 10 gradualmente aumentada em direção à superfície com ressaltos (o diâmetro interno é gradualmente diminuído) por oscilação ou inquietação. Como mostrado na Figura 3, é possível para formar a chanfradura em ambos os lados da superfície com ressaltos do pino e da caixa. Disso resulta que, a circularidade da periferia das porções acopladas do pino e da caixa na 15 superfície interna de uma junta de tubo é aumentada, e evita-se a turbulência do fluxo de fluido no interior.

[0064] Uma junta rosqueada para tubos de aço pode ter uma segunda porção de flange perto da ponta da caixa, ou uma segunda superfície selante pode ser provida na vizinhança da ponta da caixa.

[0065] As superfícies de contato de pelo menos qualquer um deles; o pino e a caixa, têm roscas com flanco de encaixe de duas etapas, preferencialmente tem pelo menos uma camada de tratamento de superfície selecionada a partir de um revestimento chapeado, um revestimento de fosfato, um revestimento de lubrificação sólido, um revestimento de 25 lubrificação semisólido, e um revestimento de lubrificação líquido viscoso.

Quando ambos o pino e a caixa têm tal revestimento de tratamento de superfície, as roscas que têm um flanco de encaixe com formato chanfrado de duas etapas podem ser as roscas tanto do pino quanto da caixa. Por outro lado, Quando um revestimento de tratamento de superfície é formado em 30 somente um dentre o pino e a caixa, a chanfradura para conferir um formato

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21/28 de encaixe de duas etapas é preferencialmente formada nos flancos de encaixe das roscas do membro no qual o revestimento de tratamento de superfície é formado.

[0066] No caso de uma junta rosqueada para tubos de aço do tipo acoplamento, fica mais fácil aplicar o tratamento de superfície ao acoplamento, que é mais baixo do que o tubo, isto é, para a caixa. Neste caso, os flancos de encaixe de pelo menos parte das roscas na porção de rosca completa da caixa são providos com o formato de encaixe de duas etapas, de acordo com a presente invenção.

[0067] Tal revestimento de tratamento de superfície geralmente tem propriedades de lubrificação, e daqui em diante um efeito na melhora da resistência ao atrito. Portanto, no caso de uma junta rosqueada tipo junta prêmio para tubos de aço que tem porções rosqueadas, bem como superfície selantes e superfícies com ressaltos, um revestimento de tratamento de superfície é preferencialmente formado na integridade das superfícies de contato, incluindo as porções rosqueadas, as superfícies selantes, e as superfícies com ressaltos. No caso de uma caixa, um revestimento de tratamento de superfície pode ser formado na totalidade da superfície interna da caixa.

[0068] Quando o revestimento de tratamento de superfície é um revestimento chapeado, é preferencialmente um revestimento de um material metálico que tem uma rigidez relativamente baixa tal como uma liga baseada em Sn (como uma liga de Sn com pelo menos um metal selecionado a partir de Bi, In, Ni, Zn, e Cu). O revestimento chapeado pode ser um revestimento chapeado multicamada que tem pelo menos duas camadas. A espessura do revestimento do revestimento chapeado é preferencialmente de uma extensão de 1 a 40 pm. Com a finalidade de aumentar a adesão do revestimento chapeado, eletrogalvanização de níquel ou cobre, por exemplo, pode ser aplicada como uma camada mais baixa.

[0069] Um revestimento de fosfato é preferencialmente um

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22/28 revestimento de fosfato de manganês ou um revestimento de fosfato de zinco. Um revestimento de acicular fosfato é um revestimento poroso que compreende cristais aciculares entrelaçados. Tal revestimento resulta em uma retenção aumentada quando a graxa chamada de preparado fluido para 5 revestimento ou um revestimento de lubrificação, como descrito mais tarde quando é formado em cima. Consequentemente, Em vez da formação de revestimento de fosfato por si, é preferível formá-lo como uma camada inferior. Entretanto, caso o preparado fluido para revestimento seja aplicado antes da composição no campo, o revestimento de fosfato pode ser formado 10 como um revestimento único. A espessura de um revestimento de fosfato fica normalmente entre 3 e 40 pm.

[0070] Um revestimento de lubrificação sólido pode ser um revestimento assado que compreende um pó lubrificante dispersado em um amarrador como revelado na JP 2001-65751 Al, JP 2002-221288 Al, JP 200215 327875 Al, e JP 2002-348587 Al, por exemplo. Um revestimento de lubrificação semisólido ou um revestimento de lubrificação líquido viscoso pode ser um revestimento e um óleo base que contêm vários componentes de lubrificação como revelado na JP 2002-173692 Al e JP 2004-53013 Al, por exemplo.

[0071] Uma ou mais camadas destes revestimentos de lubrificação podem ser formadas. Quando duas camadas são formadas, é preferencial que a camada mais baixa seja revestimento de lubrificação sólido e que a camada superior seja um revestimento de lubrificação líquido viscoso ou um revestimento de lubrificação semisólido porque este arranjo produz um efeito 25 aumentado na melhora da resistência ao atrito. Quando existem duas camadas de revestimento de lubrificação, é preferível para a camada superior que o revestimento de lubrificação seja um revestimento de lubrificação líquido viscoso que tenha alta fluidez em vez de um revestimento de lubrificação semisólido.

[0072] Um revestimento de lubrificação sólido é preferencialmente um

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23/28 revestimento que contém um pó lubrificante, isto é, um revestimento de lubrificação no qual partículas de um pó lubrificante são ligadas por um amarrador orgânico ou inorgânico apropriado.

[0073] Exemplos de pós lubrificantes preferenciais para uso em revestimento de lubrificação sólido inclui, mas não fica limitado a eles, grafite,

MoS₂ (dissulfeto de molibdênio), WS₂ (dissulfeto de tungstênio), BN (nitrido de boro), PTFE (politetrafluoroetileno), CFx (fluoreto de grafite), e CaCO₃(carbonato de cálcio). Entre estes, grafite, fluoreto de grafite, MoS₂, e WS₂são mais preferenciais. Estes tem uma estrutura de cristal em camadas na 10 qual a força de ligamento dentro dos planos de cristal é muito mais alto do que aquele entre os planos, resultando na facilidade de ocorrência do deslocamento da madeira compensada que confere um efeito de deslizamento, e são apropriados para aumentar a resistência ao atrito.

[0074] Uma substância formadora de filme orgânica e/ou inorgânica 15 pode ser usada como um amarrador de revestimento de lubrificação sólido.

Exemplos de substâncias formadoras de filme orgânicas são resinas orgânicas que tem boa resistência ao calor tais como resinas epóxi, resinas de poliamida, e resinas poliamida-imida. Uma substância inorgânica formadora de filme inclui compostos orgânicos ou inorgânicos que podem 20 formar um revestimento de óxido de metal como Sílica Sol, alcoxilanos, e alcóxido de titânio.

[0075] Um revestimento de lubrificação sólido pode ser formado pela mistura do pó lubrificante com um amarrador que é capaz de formar um filme, aplicando a composição de revestimento resultante às superfícies de contato 25 de uma junta rosqueada para tubos de aço, e preferencialmente proporcionando calor para assar o revestimento. A temperatura de aquecimento depende de um amarrador particular. No caso de uma resina de epóxi, a temperatura de aproximadamente 150 a 250^o C é preferencial. Um revestimento de lubrificação sólido preferencial tem uma espessura de 30 revestimento de 5 a 30 pm, e o conteúdo do pó lubrificante no revestimento

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24/28 fica entre 10 e 50% em massa.

[0076] Um líquido viscoso ou revestimento de lubrificação semisólido preferencialmente não contêm substancialmente pó de metais pesados como Pb, Zn, ou Cu que são prejudiciais ao meio ambiente e aos humanos. Tal 5 revestimento de lubrificação contem uma quantidade considerável de um ou mais de vários componentes que conferem lubrificação (sais metais altamente básicos que funcionam como um agente de pressão extrema tais como altamente básicos Ca sulfonato, fenatos, e salicilatos; ceras; e sabonetes de metal) em uma base de óleo (como óleo mineral, ésteres 10 ácidos gorduroso de alta ordem, e graxa), e se torna um líquido viscoso ou semisólido dependendo da viscosidade do óleo base e do conteúdo dos componentes sólidos. Também é possível utilizar um preparado fluido para revestimento verde disponível comercialmente para formar um revestimento de lubrificação. Uma espessura preferencial de um líquido viscoso ou 15 revestimento de lubrificação semisólido fica entre 10 e 200 pm.

[0077] Uma junta rosqueada para tubos de aço de acordo com a presente invenção pode ser usada sem a aplicação de um preparado fluido para revestimento anterior às operações de impermeabilidade (composição) para assim aumentar a eficiência da reunião dos produtos tubulares 20 petrolíferos, particularmente quando pelo menos uma camada do revestimento de lubrificação descrito acima é formado. Entretanto, quando o revestimento de lubrificação não é formado ou até mesmo quando o revestimento de lubrificação é formado, um preparado fluido para revestimento pode ser aplicado caso seja necessária antecedência para a 25 composição. O preparado fluido para revestimento que é usado é preferencialmente um tipo chamado de preparado fluido para revestimento verde que não contem substancialmente pó de metais pesados como Pb que são prejudiciais para o meio ambiente e para os seres humanos.

Exemplo [0078] Com a finalidade de demonstrar os efeitos da presente

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25/28 invenção, uma chanfradura foi conferida aos flancos de encaixe de todas as roscas na porção de rosca completa de uma caixa para formar um formato de encaixe de duas etapas, e o ângulo de flanco de encaixe α, o ângulo de chanfro β, a altura de chanfro h, e o raio de curvatura de cada porção em curva (x, y, z) foram variados para produzir juntas rosqueadas para tubos de aço que tem diferentes razões de alturas de chanfro (h/H) e razões de chanfradura em corte transversal [h'/(h' + H')]. Estas juntas foram sujeitas à um teste de composição.

[0079] Cada uma das juntas rosqueadas testadas foi uma junta rosqueada do tipo acoplamento como aquela mostrada na Figura 1 que tem uma superfície selante e uma superfície com ressalto. As juntas foram para uso com 24,45 cm x 739,64 kg/cm (9,626 polegadas x 53,5 (libra/pé) tubos de aço (diâmetro externo de 244,5 mm e espessura de parede de 13,84 mm). O material de todas as juntas rosqueadas testadas foi aço prescrito pelo padrão 15 API P 110. A única porção com ressalto de torque foi feita de uma superfície com ressalto na superfície de extremidade do pino e a correspondente superfície com ressalto da caixa. O formato de rosca teve um afunilamento de 1/18, a altura H das roscas macho do pino foi de 1,3 mm, a inclinação da rosca foi de 5,08 mm, o ângulo de flanco dos flancos de encaixe foi 10^o, e o 20 ângulo de flanco dos flancos de carga foi -3^o. O vão na direção axial da direção de junta entre as roscas do pino e as roscas da caixa na porção nãochanfrada dos flancos de encaixe (abertura/fenda de flanco de encaixe) foi

0.15 mm. As superfícies de contato incluindo as roscas da caixa para a qual um formato de encaixe de duas etapas foi conferido, a superfície selante, e a 25 superfície com ressalto (realmente a superfície interna total da caixa) foi submetida a um tratamento de fosfato de manganês para formar um revestimento de tratamento de superfície. A espessura do revestimento foi de aproximadamente 20 pm.

[0080] Usando tal caixa que tem um formato de rosca incluindo flancos 30 de encaixe com uma chanfradura e que tem um revestimento de tratamento

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26/28 de superfície formado sobre ele, composição (M) e a ruptura (B) foram repetidos para investigar a resistência ao atrito. Um preparado fluido para revestimento verde comercial foi aplicado à superfície periférica externa do pino antecedente à composição.

[0081] Um teste de resistência ao atrito foi executado através da inserção de um pino na caixa que foi inclinada de tal forma que seu eixo geométrico estava a 3^o do vertical, composição executada em uma temperatura ambiente com um torque de 49351,8 N-m (36400 pé-libra) até a superfície com ressaltos contatada, depois a ruptura foi executada e o pino foi 10 removido, o lubrificante aderente ao pino foi removido pela lavagem com um solvente, e a superfície periférica externa do pino e particularmente as roscas foram visualmente observadas para investigar o grau de ocorrência do atrito. Estas operações foram repetidas 10 vezes. Os resultados da avaliação da resistência ao atrito em termos de número de ciclos até que o atrito (atrito) 15 ocorresse (o número de ciclos da composição e da ruptura no qual o atrito não aconteceu) são mostrados na Figura 6.

[0082] Na Figura 6, o caso no qual a composição e a ruptura foram possíveis pelo menos 5 vezes neste teste de composição é mostrado pelo CÍRCULO (o), o caso no qual a composição e a ruptura foram possíveis de 3 20 a 4 vezes é mostrado por um TRIÂNGULO (Δ), e o caso no qual a composição e a ruptura puderam ser executados no máximo 2 vezes é mostrado por X.

[0083] Como pode ser visto pelos resultados na Figura 6, com a junta rosqueada para tubos de aço que tem flancos de encaixe com um formato 25 chanfrado (um formato de encaixe de duas etapas) que satisfaz as condições prescritas pela presente invenção, que o ângulo de chanfro β esteja na faixa de 20 a 60^o e a razão de área chanfrada em corte transversal [h'/(h' + H')] seja pelo menos de um valor correspondente à razão da altura de chanfro h/H de 0,25 e que tenha no máximo um valor correspondente à razão da altura de 30 chanfro de 0,50, até mesmo sob as condições descritas acima nas quais um

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27/28 pino está inclinado com respeito ao vertical e é difícil inserir o pino, composição e a ruptura foram possíveis pelo menos 3 vezes, enquanto quando estas condições não eram satisfeitas, o atrito desenvolvido durante ou antes dos dois ciclos de composição e a ruptura. Consequentemente, 5 pode ser visto que uma junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a presente invenção, tem excelente resistência ao atrito.

[0084] Como mostrado na Figura 6, Quando a razão de área chanfrada em corte transversal [h'/(h' +H')] é menor do que um valor correspondente à razão da altura de chanfro h/H de 0,25 (como indicado pela seta A), a 10 chanfradura é insuficiente e a liberdade de um pino e daqui em diante a facilidade de inserção do pino diminui. Disso resulta que, é frequentemente necessária a repetição da inserção devido ao desvio de posição (enroscamento transversal) do pino. Por outro lado, quando a razão de área chanfrada em corte transversal [h'/(h' + H')] for maior do que um valor 15 correspondente à razão da altura de chanfro h/H de 0,50 (como indicado pela seta B), ainda que a facilidade de inserção de um pino melhorada mais adiante, como resultado de área de contato insuficiente dos flancos de encaixe de rosca no momento da composição da junta rosqueada, a resistência à compressão da junta rosqueada diminui e vazamentos de fluidos 20 escoando no lugar desenvolvem mediante às condições quando uma força compressiva alta é aplicada. Isto foi confirmado pelos experimentos atuais. Somando-se a isto, quando o ângulo de chanfro β for menor do que 20^o(conforme indicado pela seta C), a facilidade de inserção de um pino diminui. O mesmo resultado é obtido quando os resultados dos testes forem 25 arranjados não pela razão da área chanfrada em corte transversal mas pela razão da altura de chanfro (h/H). Quando h/H era 0,25 a 0,50, era possível executar uma composição e uma ruptura pelo menos 3 vezes.

[0085] Na descrição acima, foi dado um exemplo de um caso no qual aos flancos de encaixe das roscas de uma caixa foi dado um formato de 30 encaixe de duas etapas por uma chanfradura e tratamento de superfície foi

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28/28 produzido/fornecido para as superfícies de contato de uma caixa. Inversamente, foi confirmado que resultados semelhantes foram obtidos para a junta rosqueada para tubos de aço, nas quais aos flancos de encaixe das roscas de um pino é dado um formato de encaixe de duas etapas por meio de 5 uma chanfradura e o tratamento de superfície é propiciado para as superfícies de contato do pino.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junta rosqueada para tubos de aço compreendendo um pino (1) que tem roscas macho (11) e uma caixa (2) que tem roscas fêmea (21), em que as roscas macho (11) e as roscas fêmea (21) são roscas cônicas que tem pelo menos uma porção de rosca completa, as roscas na porção de rosca completa têm um formato de rosca aproximadamente trapezoidal que tem uma crista, um flanco de carga, e um flanco de encaixe com roscas sendo separadas umas das outras por bases de rosca, CARACTERIZADA pelo fato de que:

pelo menos parte das roscas na porção de rosca completa tanto da caixa (2) quanto do pino (1) (um primeiro membro tubular) tem um formato de encaixe de duas etapas que tem um flanco de encaixe com uma chanfradura, em que o dito formato de encaixe de duas etapas tem um ângulo de flanco de encaixe (72) α de 5 a 45^o e um ângulo de chanfro β de 20 a 60^o e se adéqua à condição (I) ou (II), conforme a seguir:

(I) a razão h/H da altura h da chanfradura do formato de encaixe de duas etapas para a altura de rosca (74) H do pino é de 0,25 a 0,50; ou (II) A seguinte Desigualdade (3) é satisfeita.

,, h-z (l-sinfi) í/3!^ h =-----------— - y · sin(/? / 2 - α / 2) cos β .

H'= ——-—- + % · sina - y sin(/? / 2 - a / 2) cosa (1) • (2) ——(h/H = Q25}< h'+H'^x ’ h' h'+H'

-A— (h / H -0,50) h'+H'^K ’ (3) em que α é o ângulo de flanco de encaixe (72) (graus) do formato de encaixe de duas etapas, β é o ângulo de chanfro (graus) do formato de encaixe de duas etapas, H é a altura de rosca (mm) da rosca do pino (74), h é a altura de chanfro (mm) do formato de encaixe de duas etapas, x é o raio de curvatura (mm) dos flancos de encaixe nas cristas das roscas do pino, y é o raio de curvatura (mm) no ponto inicial da chanfradura do formato

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2/3 de encaixe de duas etapas, e z é o raio de curvatura (mm) do formato de encaixe de duas etapas em seu crista da rosca.

2. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as roscas da parte principal na porção de rosca completa do primeiro membro tubular tem o formato de encaixe de duas etapas.
3. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que todas as roscas na porção de rosca completa do primeiro membro tubular tem o formato de encaixe de duas etapas.
4. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o ângulo de flanco de encaixe (72) α tem de 8 a 15^o e o ângulo de chanfro β tem de 20 a 40^o.
5. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de a razão h/H da altura de chanfro h para a altura de rosca H do pino (74) é de 0,3 a 0,4.
6. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que satisfaz a Desigualdade (3') a seguir:

em que cada um dos símbolos na fórmula tem o mesmo significado descrito acima.
7. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o pino (1) e a caixa (2) cada um tem roscas, bem como uma superfície selante (13, 23) provida em uma superfície periférica na vizinhança das roscas, e uma superfície com ressalto (14, 24) que compreende uma superfície de extremidade de um deles, o pino (1) e a caixa (2) e a superfície do outro membro que fica em contato com a superfície de extremidade.

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8. Junta rosqueada para tubos de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que do pino (1) e da caixa (2), as superfícies de contato de pelo menos o primeiro membro tubular que tem o formato de encaixe de duas etapas tem pelo menos um tipo de revestimento de tratamento de superfície selecionado a partir de um revestimento chapeado, um revestimento de fosfato, um revestimento de lubrificação sólido, um revestimento de lubrificação semisólido, e um revestimento de lubrificação de líquido viscoso.