BRPI0811087B1

BRPI0811087B1 - Junta roscada

Info

Publication number: BRPI0811087B1
Application number: BRPI0811087-5A
Authority: BR
Inventors: Nestor J. Santi; Gaston Mazzaferro
Original assignee: Tenaris Connections B.V.
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2019-09-17
Also published as: US20100181761A1; MX353524B; NO20093285L; CA2685399C; AR067551A1; CA2685399A1; EP2017507B1; RU2451853C2; RU2009148245A; CN101743417A; BRPI0811087A2; JP2010533827A; US9383045B2; CN101743417B; EP2017507A1; MX2009013359A; WO2009010507A1; JP5530352B2; NO342231B1

Abstract

junta roscada uma junta roscada que consiste em um anel de vedação (6) interposto entre o eixo e a caixa, e localizado em um sulco (18) entre a extremidade de uma seção de rosca (5) e da ponta (15) da caixa (3). o anel de vedação (6) tem uma primeira base (8), uma segunda base (9) axialmente oposta à primeira base, pelo menos, duas nervuras salientes anulares (11, 12) sobre a superfície externa e uma superfície interna que consiste em, em uma posição de descarga, duas superfícies anulares do tipo frusto-cônico (19, 20) afilando em direção ao centro do anel de vedação e unidas por um filete (10).

Description

JUNTA ROSCADA

CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se às juntas de rosca (roscadas), em especial para os tubos de conexão de extensão pré-definida para criar seqüências utilizadas na indústria de hidrocarbonetos, especialmente para o uso no campo de tubos petrolíferos OCTG (Oil Country Tubular Goods) e tubulação em aplicações offshore.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] A busca por petróleo ou geralmente os hidrocarbonetos tornaram-se mais exigentes em termos de peças metálicas e dispositivos nos últimos anos por campos de petróleo e gás ou reservatórios que estão localizados mais profundamente ou em locais de difícil acesso para explorar abaixo do fundo do mar. A prospecção e exploração de campos de hidrocarbonetos exigem peças metálicas que são mais resistentes aos desafios ambientais, tais como cargas mais elevadas e corrosão, que eram menos importantes no passado.

[0003] As juntas modernas são normalmente projetadas com vedações de metal para metal criadas pelo contato entre as duas superfícies, geralmente em uma extremidade ou em ambas as extremidades da parte roscada da junta, interferindo na faixa elástica do módulo de elasticidade para uma importância de tensão adequada. No entanto, em situações específicas, as vedações resilientes são necessárias, em vez de ou em combinação com vedações metálicas para evitar a penetração de fluidos externos nos interstícios das roscas.

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2/12 [0004] É, portanto, uma exigência do desenho que as vedações da junta resistam à penetração de fluidos externos, ou pelo menos não pode permitir a troca continua de fluidos que já penetraram com os fluidos circundantes, a fim de reduzir a proporção da corrosão.

[0005] Para resolver os problemas mencionados várias soluções foram fornecidas, uma das quais consiste na inserção de um anel de vedação feito de material polimérico, por

exemplo, roscada.	um anel-0, na extremidade da junta próximo à parte
[0006]	É	uma prática generalizada	de us	ar anéis-0 pré-
montados	na	caixa, mas esta prática	tem	uma desvantagem

importante: os anéis de vedação podem ser danificados durante a montagem do anel e/ou durante a construção.

[0007] Como eles são pré-montados em caixa, ao fazer a montagem da caixa, a vedação é arrastada junto com a caixa sobre as roscas dos pinos. Devido à interferência diametral necessária entre os pinos, a caixa e as dimensões da vedação para as vedações funcionarem corretamente, junto com os parâmetros geométricos da conexão como o perfil de rosca, passo, ângulo cônico, ângulo de encaixe, etc., as vedações são inevitavelmente forçadas a se moverem lentamente sobre as roscas dos pinos, resultando em danos para as superfícies inferiores das vedações ou em deformações permanentes, que mais tarde comprometem a eficiência de vedação durante a operação.

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3/12 [0008] Os anéis de vedação com forma mais complicada também têm sido sugeridos, por exemplo, os anéis com um corte transversal H ou U para aumentar a eficiência e evitar que água do mar penetre nas aberturas da junta. No entanto, tais anéis de vedação estão sujeitos às tais tensões e condições ambientais adversas, tanto durante a montagem de operação inicial e durante a vida útil, em que sua eficiência é muito reduzida depois de algum tempo. Apesar da prémontagem no pino seria menos prejudicial para o anel de vedação, algumas aplicações de campo exigem anéis de vedação mais simples que devem se montar previamente na caixa.

[0009] US6550822 revela uma junta roscada incluindo uma vedação de exclusão de água, que é uma vedação elastomérica energizada a pressão posicionada em um sulco perto de cada extremidade do acoplamento para formar uma vedação radial entre a área roscada de cada extremidade do acoplamento e a área cilíndrica roscada adjacente a cada extremidade da seção tubular.

[0010] A forma da seção do anel não facilita o seu arrasto sobre a rosca durante a montagem. Devido à sua forma, os cantos afiados batem nos cumes e estão propensos a ficarem presos na rosca. Em caso de desmontagem da junta é até mais fácil danificar o anel de vedação.

[0011] Em caso de falha da parte do pino com a rosca evanescente permanece sem proteção contra eventuais líquidos corrosivos externos, desde o lubrificante utilizado para lubrificar a junta que é facilmente levado pela água.

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4/12 [0012] Esta junta usa anéis de vedação padrão disponíveis no mercado. Portanto, o mesmo desenho do anel deve ser usado em diferentes conexões, e não fornece a adaptação da geometria do anel para cada conicidade do pino, ângulo de estocada, altura da rosca e passo, etc.

[0013] A cavidade entre os lábios fragiliza o alojamento, tornando-o propenso a ruptura durante a desmontagem da conexão, onde a parte inferior do alojamento é arrastado sobre as roscas dos pinos, causando a alta deformação que pode quebrá-las.

[0014] Houve muitas tentativas de criar aprimoradas configurações para que os anéis de vedação ficassem alojados nas proximidades da ponta da caixa, mas todas foram insuficientes para resistir aos mais altos requisitos estabelecidos para as juntas atuais.

RESUMO DA INVENÇÃO [0015] É, portanto, um objeto da presente invenção fornecer uma junta roscada que supere as desvantagens acima.

[0016] O objeto principal da presente invenção é fornecer uma junta com um anel de vedação inovador garantindo tanto uma simples e confiável montagem inicial e uma alta eficiência de vedação durante a operação.

[0017] Os objetos acima mencionados são realizados de acordo com a presente invenção por meio de uma junta roscada que consiste em um tubo de rosca macho, definido como o pino, e um tubo de rosca fêmea, definida como a caixa, e um anel de

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5/12 vedação, o pino sendo adaptado para ser construído (montado) na caixa, o anel de vedação sendo interposto entre o pino e a caixa, sendo colocado em uma parte da superfície da caixa entre a extremidade de uma seção roscada e da ponta da caixa, e estando em contato de vedação bem apertado através de uma superfície externa com uma superfície interna da caixa e através de uma superfície interna com uma superfície externa do pino, o anel de vedação tendo uma primeira base, uma segunda base axialmente oposta à primeira base, pelo menos, duas nervuras salientes anulares sobre a superfície externa, a superfície interna do referido anel de vedação que consiste em, em sua posição de descarga, duas superfícies anulares do tipo frusto-cônica afilando em direção ao centro do anel de vedação e unidos por um filete.

[0018] A junta da invenção com um anel de vedação do desenho inovador garante a reutilização do anel de vedação, ou pelo menos é mais confiável nos casos em que os anéis-0 sem reposição estão disponíveis. Em contrapartida, após a desmontagem das principais juntas roscadas da técnica, unem os conhecidos anéis-0 com uma seção transversal circular, que danifica o anel-0 original e um novo anel de vedação deve ser utilizado para a nova operação de construção (montagem) , porque o original foi danificado tanto pela primeira montagem como pela separação em partes.

[0019] A vantagem da invenção é fornecer uma junta roscada confiável em condições reais de campo operativo, onde a confiabilidade é fundamental e a redução de custos operativos em termos de tempo e tarefas são desejáveis.

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6/12 [0020] O alojamento para o anel de vedação da junta é configurado para corresponder da melhor forma o formato do anel de vedação, e vice-versa, através do qual o anel de vedação funciona sinergisticamente com o alojamento durante e após a montagem.

[0021] Vantajosamente, essa sinergia é obtida sem aumentar os custos desde o sulco da invenção que é fácil de fazer e não é mais complexo e custoso para produzir do que as configurações de sulco atualmente utilizadas, que alojam os anéis-0 padrão da seção transversal circular. Além disso, o formato simples da seção transversal do alojamento combinado com aquele do anel de vedação reduz as dimensões em geral do sulco, quando comparados com as dimensões desses sulcos para anéis-0 de seção transversal circular, uma vez que o diâmetro da seção transversal circular determina a profundidade do sulco. Como é mostrado de forma explicativa na figura 1, que representa dois anéis-0 padrão montados sobre as juntas da técnica, uma vez que o anel-0 de grande diâmetro, seria preferível para evitar ficar preso entre os dois cumes adjacentes da rosca do pino durante a montagem, isto envolve uma usinagem de um sulco mais profundo (exemplo à direita), e da espessura da parede W da caixa em que a parte seria significativamente reproduzida, bem como a resistência da parede da junta em comparação com um anel-0 de menor diâmetro (exemplo à esquerda) que envolve uma espessura de parede w'.

[0022] De modo vantajoso um revestimento pode ser aplicado às superfícies envolvidas pelo anel de vedação para proteger a superfície usinada do pino próximo à região roscada

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7/12 evanescente da junta que está susceptível a ficar exposta para entrar em contato como os agentes externo corrosivos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0023] Os precedentes e outros objetos se tornarão mais facilmente visíveis, referindo-se a seguinte descrição detalhada e os desenhos anexados em que:

[0024] A Figura 1 mostra uma visão ampliada de um detalhe de uma junta roscada com um anél-0 da técnica,

[0025] axial da montagem;	A Figura 1 mostra uma visão seccional em	um plano antes da
junta de	acordo com a	presente invenção
[0026]	A Figura	2	mostra	uma	visão	seccional em	um plano
axial longitudinal	da	junta	de acordo com a presente	invenção
após a montagem;
[0027]	A Figura	3	mostra	uma	visão	seccional do	anel de

vedação da junta da Fig. 1A em sua posição descarregada.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0028] Com referência particular para as figuras 1A a 3, é mostrada uma junta roscada indicada de modo geral com número de referência 1, ligando dois tubos, um tubo macho, normalmente chamado de pino 2, com um diâmetro nominal externo D, e um tubo fêmea também chamado de caixa 3, do diâmetro externo Dl, igual ou superior a D.

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8/12 [0029] O pino 2 tem uma parte roscada 4 com roscas macho de perfil adequado, por exemplo, trapezoidal, e a caixa 3 tem uma parte interna roscada 5 com rosca fêmea.

[0030] O eixo comum do pino 3 e caixa 3 são indicados com A. As extremidades da caixa com uma ponta 15.

[0031] A parte da caixa 3 próximo da extremidade da rosca 5 consiste em um sulco anular 18 entre o bico da caixa 15 e a extremidade da rosca. Este sulco 18 é o alojamento de um anel de vedação 6.

[0032] Com referência particular à figura 3, que mostra uma seção do anel 6 na posição descarregada localizada em seu alojamento 18 na caixa 3, o anel de vedação 6 tem uma superfície externa com duas nervuras anulares 11, 12, separadas por um sulco anular 13. As nervuras 11, 12 têm cumes de preferência arredondados ou de qualquer outra forma adequada. Quando posicionado no alojamento 18, o lado externo do anel 6 entra em contato com a parte inferior do sulco. Esta parte inferior é preferencialmente plana na direção axial, para tornar mais fácil a usinagem.

[0033] O sulco 13 e as nervuras 11, 12 apresentam duas principais vantagens:

[0034] - em um dos lados o sulco 13 funciona como uma abertura, fornecendo a deformação radial necessária para permitir que a superfície interna do anel 6 seja apertada com mais facilidade.

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9/12 [0035] - em um dos lados das nervuras 11 e 12 geram uma concentração de carga, aumentando assim o contado de vedação e agindo como independentes barreiras de vedação dupla.

[0036] O anel de vedação 6 possui duas bases 8, 9 axialmente opostas de uma para a outra. Uma ou ambas as bases 8, 9 são substancialmente, mas não exclusivamente, planas.

[0037] A superfície interna do anel de vedação 6 tem duas superfícies do tipo frusto-cônico ou flancos 19, 20, que são em forma de V, quando visto na seção axial. O ângulo cônico a das superfícies 19, 20 pode ser definido como uma função dos parâmetros da rosca, ou seja, ângulo cônico, de estocada, etc. Um valor preferido para o ângulo α é de 45°.

[0038] A conicidade ou afilamento de cada superfície 19 e 20 também pode ter valores diferentes para os ângulos cônicos a e γ. Esta modalidade é mostrada especificamente na figura 3.

[0039] Em uma outra modalidade especificamente vantajosa da junta, o anel de vedação 6 tem uma seção com dimensões específicas.

[0040] A espessura t do anel de vedação na direção axial é definida pela largura da rosca, a espessura t do anel de 6 sendo maior do que o comprimento axial do espaço vazio b entre os dois cumes da rosca. Isso facilita passar por cima dos cumes pelo ponto mais alto do anel de vedação 10 durante a construção (montagem).

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10/12 [0041] A profundidade d do sulco 18 da caixa 3 na direção radial é de preferência sendo composto entre 3 e 15 mm. 0 sulco 18 deve alojar cerca de 75% da espessura do anel de vedação 6 na direção radial.

[0042] Os ângulos cônicos α e γ dos flancos 19 e 20 são escolhidos com importância de tal forma que as seguintes conexões com o ângulo de estocada β e ângulos de carga δ dos flancos da rosca são atendidos α > β e γ > δ.

[0043] O ápice do 10 anel onde as duas superfícies do tipo frusto-cônico 19 e 20 se encontram têm preferencialmente um formato arredondado, como um filete, quando visto na seção. O anel de vedação 6 é uma simples, mas eficaz melhoria sobre os anéis-0 convencionais atualmente utilizados no campo. As principais vantagens consistem em suas superfícies anulares do tipo frusto-cônico 19, 20, afilando em direção ao centro do anel de vedação e unidas ao ápice ou filete 10 entre as mesmas, que facilitam o movimento para frente ou para trás do anel de vedação sobre as roscas, evitando danos. Além disso, a superfície interna do anel de vedação 6 também gera uma concentração de carga, aumentando assim o contato de vedação e, consequentemente, melhora a selagem do anel de vedação, quando montado.

[0044] O anel de vedação pode ser fabricado de materiais elastoméricos, que nesta aplicação destina-se a incluir

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11/12 qualquer material natural ou sintético com propriedades elásticas incluindo borrachas, plásticos, polímeros, etc.

[0045] A junta define um espaço interno 16, contendo o eixo A do pino e caixa, na qual um fluido, por exemplo, um hidrocarboneto, como gás natural ou petróleo ou fluido semelhante, flui e um espaço externo 17 que pode estar em contato com fluidos de vários tipos como a água do mar em algumas aplicações.

[0046] O anel 6 oferece uma importante proteção à junta 1, do lado de fora da junta, uma vez que está localizada na extremidade da caixa, evitando assim que os fluidos externos ocupem o espaço do 17 vazamento na zona roscada da junta 1.

[0047] Em uma modalidade vantajosa, um anel de reforço 7 de material diferente, de preferência metal, mais forte do que o material plástico do anel de vedação pode ser adicionado, embutido como um anel de reforço no interior do corpo do anel de vedação 6.

[0048] Favoravelmente um revestimento é aplicado às superfícies dos dois pinos e a caixa que permanecem em contato com o anel de vedação 6.

[0049] A junta roscada da invenção oferece melhores propriedades de selagem e proteção contra a construção (montagem) e danos de desmontagem em virtude das características acima mencionadas.

[0050] A junta é para ser usada de preferência no campo de tubos petrolíferos OCTG e conexões de tubulações para a

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12/12 indústria de petróleo e gás, especialmente em aplicações offshore. Isso pode ser utilizado em profundidades de até 3500m, em que a parte roscada continua sendo protegida contra a infiltração de água externa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.

Junta roscada para utilização na indústria de óleo e gás compreendendo um tubo de rosca macho definido como o pino, um tubo de rosca fêmea (3) , definido como a caixa, e um anel de vedação (6) , o pino sendo configurado para ser construído (montado) na caixa, o anel de vedação sendo interposto entre o pino e a caixa, sendo colocado em uma parte da superfície da caixa (3) entre a extremidade de uma seção roscada (5) e de uma ponta (15) da caixa (3) , e estando em contato de vedação bem apertado através de uma superfície externa (11, 12, 13) com uma superfície interna da caixa (3) e através de uma superfície interna (10, 19, 20) com uma superfície externa do pino (2), o anel de vedação (6) tendo uma primeira base (8), uma segunda base (9) axialmente oposta à primeira base, caracterizada pelo fato de que o anel de vedação(6) tempelo menos duas nervuras salientes anulares (11, 12) sobre a superfície externa, a superfície interna do referido anel de vedação (6) consiste em duas superfícies anulares do tipo frusto-cônico (19, 20) afilando em direção ao centro do anel de vedação (6) e unidas por um filete (10) em uma posição de descarga, as ditas superfícies anulares do tipo frusto-cônico (19, 20) tendo ângulos (α, γ) de diferentes valores satisfazendo a relação α > β e γ > δ, onde β é o ângulo de estocada e δ é o ângulo de carga dos flancos da rosca.
2. Junta roscada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espessura t do anel de

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2/2 vedação (6) na direção axial é maior que o espaço vazio b entre os dois cumes da rosca.

3. Junta roscada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um anel de reforço (7) é fornecido dentro do corpo do anel de vedação (6) . 4 . Junta roscada de acordo com a reivindicação 1,

caracterizada pelo fato de que o anel de vedação (6) é feito de material elastomérico.
5. Junta roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a primeira base (8) é plana.
6. Junta roscada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que um revestimento é aplicado àquelas superfícies tanto do pino como da caixa que permanecem em contato com o anel de vedação (6).