BRPI1101289A2 - junta rosqueada - Google Patents

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BRPI1101289A2
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Stefano Ravanelli
Pina Giuseppe Della
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Tenaris Connections Ltd
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    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
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Abstract

JUNTA ROSQUEADA. É descrito urna junta rosqueada (1) com uma flange de vedação (4) ou dispositivo com o objetivo de evitar a infiltração de pressão externa de fluido dentro do tubo. O flange de vedação (4) possui uma forma de L e está interposto em um alojamento (10) entre pino (3) e caixa (2) e a parte anular tipo flange (6) do flange (4) ajuda a checar o posicionamento certo do flange durante a composição e contribui para aumentar o aperto da junta porque a pressão do fluido externa melhora a aderência do flange de vedação contra as superfícies de contato da junta (1).

Description

JUNTA ROSQUEADA
Campo da invenção
A presente invenção refere-se a juntas rosqueadas, em particular para conectar tubos de extensão comercial para fazer cadeias de extensão apropriadas usadas na indústria de hidrocarboneto, especialmente para uso em poços para a exploração de campos de hidrocarboneto.
Fundamentos da Invenção
A demanda em termos de hardware e dispositivos para a pesquisa de petróleo ou mais geralmente hidrocarbonetos tem aumentado nos últimos anos porque campos de petróleo ou reservatórios estão localizados mais profundamente ou em locais mais difíceis de alcançar do que no passado e abaixo do fundo do mar. A prospecção e exploração de campos de hidrocarbonetos tornam necessário o uso de hardware em ambientes onde a pressão externa do fluido, ex. água marinha, pode criar uma infiltração através da conexão no tubo em si. Geralmente sente-se a necessidade de melhorar a habilidade de vedação das juntas e vários tipos de vedações têm sido desenvolvidas.
Juntas rosqueadas são geralmente fornecidas com vedações metal a metal geradas pelo contato entre duas superfícies, usualmente colocadas em uma ou ambas as extremidades das partes rosqueadas do pino e caixa interferindo no alcance elástico do módulo de elasticidade para uma magnitude de stress apropriada. Contudo em aplicações
10
15
20 específicas, também vedações resistentes são necessárias ao invés de ou em combinação com vedações metálicas, para prevenir melhor a penetração de fluidos externos nos interstícios das roscas e, pior, dentro do tubo em si.
5
Alguns documentos da técnica anterior são conhecidos por revelar anéis de vedação elastômera ex. US20060006600A1, W002068854, W00229290, JP07139666, dentre outros. Contudo as vedações reveladas nestes documentos ainda deixam um problema de operação não resolvido durante a montagem da junta.
Enquanto a tão chamada fresa da junta rosqueada é montada na fresadora com precisão, porque há tempo e ferramentas suficientes para assegurar posicionamento apropriado dos anéis de vedação, ao contrário a tão chamada extremidade do campo necessita ser montada e feita no equipamento, com muitas limitações técnicas. A presença de um elemento adicional, chamado de anel de vedação, adiciona complexidade à execução da operação. Em muitos casos os operadores não possuem indicação se o anel de vedação está propriamente colocado. Um posicionamento errado ou montagem do anel de vedação em sua base implica em uma falha em sua função de vedação que poderia levar a uma falha de toda a junta, ex. por perda de líquido ou de retesamento de gás, ou por corrosão.
Anéis de vedação da técnica anterior são projetados para serem completamente alojados em um espaço entre pino e caixa e o espaço para alojá-los pode ser formado como ranhuras maquinadas na parte rosqueada da junta. Esta solução pode criar problemas de compor com a possível extrusão do anel de vedação na rosca com prejuízo da exatidão da composição e do aperto da junta. Em alguns casos os anéis de vedação podem ser alojados dentro de uma cavidade feita internamente entre o pino e caixa parcialmente escavando as paredes do pino e caixa. Esta solução, enquanto fornece a vantagem de proteger o anel de vedação de danos mecânicos durante a composição, por outro lado dificulta que o operador cheque se o anel de vedação atingiu um posicionamento correto.
Sumário da invenção
Há, portanto um objetivo principal da presente invenção de fornecer uma junta rosqueada que supera as desvantagens acima citadas por meio de uma flange de vedação anular inovadora assegurando uma operação de composição inicial tanto simples quanto segura, uma alta eficiência de vedação durante a operação e uma indicação visual da posição da flange de vedação.
20
Os objetivos acima mencionados são alcançados de acordo com a presente invenção por meio de uma junta rosqueada, definindo um eixo geométrico que compreende um tubo macho com roscas macho externas, definidas conforme o pino, e um tubo fêmeo com roscas fêmeas internas, definidas conforme a caixa, e um flange de vedação, o pino sendo adaptado para ser feito na caixa, sendo que um alojamento é fornecido entre uma superfície externa do pino e uma superfície interna de uma ponta da caixa, sendo que a flange de vedação compreende uma primeira parte anular proximal as roscas da caixa e uma segunda parte anular distai as roscas da caixa, sendo que o alojamento acomoda a primeira parte próxima da flange de vedação e a segunda parte anular distai está acomodada no pilar de uma superfície de extremidade da ponta da caixa.
A nova combinação de aspectos da invenção que contribuem para o aperfeiçoamento da junta rosqueada é a parte anular do flange, distai com respeito ao rosqueamento da junta, que se projeta para fora da extremidade do membro da caixa, constituindo um indicador de que todo o flange de vedação anular está propriamente posicionado e a parte anular proximal de raio menor assegura bom posicionamento e melhor aperto.
15
As modalidades em particular da flange de vedação sendo que as protusões anulares são colocadas tanto nas superfícies internas quanto nas externas da parte anular proximal assegura o aumento do aperto em usos particulares da junta rosqueada onde pressões externas mais altas estão em jogo. Por virtude destas protusões anulares na presença de uma força de invólucro igual aquela comumente usada para anéis do estado da técnica, é produzida uma concentração de estresses e pressões de contato localizadas mais alto causadas pela compressão do flange de vedação entre pino e caixa, o que ainda aumenta a vedabilidade da junta.
A junta pode também fornecer uma superfície de vedação metal a metal, colocada, por exemplo, na extremidade do pino perto do ombro do pilar anular na superfície interna do acoplamento (ou mais em geral caixa).
A flange de vedação da invenção é vantajosamente pré inserida no pino, assim evitando dano do anel de vedação em si durante a composição, subseqüentemente o pino é inserido na caixa e composto.
0 anel de vedação da invenção assegura aperto à pressão externa para a junta, mesmo quando uma das outras funções de vedação pode singularmente ser superadas por fluido externo. Após a composição ser completada, a parte anular proximal do flange de vedação é retido em seu alojamento anular feito entre a superfície interna da caixa e a superfície externa do pino. A pressão externa do fluido ainda aumenta as forças de retenção no anel de vedação todo.
A superfície deste alojamento pode também ser fornecida com uma camada de revestimento e finalização, se necessário. O revestimento também protege a superfície maquinada tanto da caixa quanto do pino. A geometria do alojamento é especialmente configurada para co-operar juntamente com tanto a parte anular distai quanto a proximal do f lange de vedação. A provisão de um revestimento nas superfícies de contato vedantes tanto do pino quanto da caixa assegura melhor adesão no alojamento, dos dispositivos de vedação. Breve descrição dos desenhos
0 acima exposto e outros objetivos se tornarão mais prontamente aparentes referindo-se a seguinte descrição detalhada e os desenhos apensados nos quais:
5
A figura 1 mostra uma vista em corte em um plano axial longitudinal da junta de acordo com a presente invenção,
A figura 2 mostra uma vista em corte em um plano axial longitudinal de um detalhe aumentado da junta da figura 1,
A figura 3 mostra uma vista em corte em um plano axial longitudinal de outra modalidade de um detalhe aumentado da junta da figura 1,
A figura 4 mostra uma vista em corte em um plano axial longitudinal de ainda outra modalidade de um detalhe aumentado da junta da fig. 1,
20
A figura 5 mostra um aumento do particularmente indicado com X da fig.4
A figura 6 mostra um aumento do particularmente indicado com Y da fig.4.
Descrição detalhada das modalidades preferidas da
invenção
Com referência em particular as figuras indicadas, nas quais a junta roscada indicada globalmente com referência numérica 1, conectando dois tubos, um tubo macho, ou pino 3, com um diâmetro nominal externo D, e um tubo fêmea ou caixa 2 de diâmetro externo Dl, ex. um acoplamento, ou mais geralmente, uma caixa. Os tubos são feitos de aço de alta resistência ou liga de aço.
0 pino 3 possui uma parte rosqueada 8 com roscas macho de perfil apropriado, ex. trapezoidal, enquanto o acoplamento 2 possui uma parte rosqueada interna 7 com rosca fêmea combinando com o rosqueamento macho do pino 3. 0 eixo geométrico comum dos tubos, pino 3 e caixa 2 está indicado com um A.
A parte da caixa 2 perto para sua ponta 9 possui uma
superfície não rosqueada interna 11. Esta superfície 11 está a lima distância radial pré determinada da superfície externa 12 do pino 3 deixando um espaço anular suficiente para acomodar o flange de vedação anular elastômero 4.
20
Vantajosamente, mas não necessariamente, um alojamento 10 na forma de uma ranhura anular é feito na superfície interna da caixa 2 compreendida entre a extremidade da rosca 7 e a ponta da caixa 9. O alojamento 10 acomoda o flange de vedação. O alojamento 10 feito na sua superfície interna da caixa 2, possui preferencialmente uma superfície cilíndrica, mas alternativamente pode ter também uma superfície frusto-afilada com um ligeiro afilamento, variando de 2 a 6%, em direção ao rosqueamento 7 da caixa 2. O flange de vedação 4 possui um corpo o qual pode ser distinguido em duas principais partes anulares, a primeira parte anular 6, quando montada na junta 1 está distai com respeito ao rosqueamento da caixa 7 e permanece fora do espaço compreendido entre pino e caixa, enquanto a segunda parte anular 5 está proximal com respeito ao rosqueamento da caixa 7 e permanece internamente ao espaço compreendido entre pino e caixa. A primeira parte anular 6 e a segunda parte anular 5 são integrais uma para a outra, e feitas em um pedaço de material, e propicia uma seção substancialmente em forma de L para o flange de vedação 4 quando observada em um plano de corte axial.
O flange de vedação 4, em operação, é inserido na superfície externa do pino 12, em um ponto perto do lugar onde o alojamento 10 irá localizar após a composição estar completa. Após a junta ser feita perto do posicionamento final do pino 3 na caixa 2, a ponta 9 da caixa 2 irá engatar a parte anular proximal 5 do flange de vedação 4 de modo que a parte 5 entre no alojamento 10 e as superfícies periféricas do alojamento 10 irão comprimir elasticamente as superfícies 15 e 16 da porção 5, produzindo um efeito de vedação eficiente a partir da distância nominal entre as superfícies externas e internas 15 e 16 do flange 4 (na direção radial) , em posição descarregada é maior que a distância radial do alojamento 10 entre as superfícies 11 e 12.
Progredindo ainda com a operação de composição da junta 1, a superfície de extremidade 17 da ponta da caixa 9 entra em contato com a superfície 13 da parte anular 6 do flange de vedação 4 e desloca todo o flange de vedação 4 ao longo da superfície externa do pino 12 até a composição estar completa, ex. quando os ombros de pilar fornecidos na junta (não mostrados nas figuras, conforme eles geralmente são projetados fora da parte da junta ao qual a fig. 1 se refere) chegam a contato.
Já que a superfície 14 da parte anular 6 do flange de vedação 4 permanece sempre a vista do operador durante toda a operação de composição da junta, é possível checar se o anel de vedação é extraviado durante a operação. Além disso, o contato entre a superfície 13 do flange de vedação 4 e a extremidade da superfície 17 da ponta da caixa 9 assegura um bom posicionamento do flange de vedação 4 no alojamento 10.
A parte frontal ou externa 6 do flange de vedação 4 também contribui para aumentar adicionalmente a função de vedação a partir da pressão do fluido externo que atua na superfície externa 14 do flange 4 que mantém para fora o alojamento 10 e se deforma para ficar contra as superfícies 11 e 12 e adjacente as mesmas.
Várias modalidades não limitantes são fornecidas para o flange de vedação 4 as quais são mostradas em particular nas figuras 2 a 6, que mostra várias formas para a parte anular proximal 5 do flange de vedação 4.
A modalidade da fig. 2 fornece para uma parte anular ainda dividida em uma primeira sub parte 5' , que possui superfícies internas e externas anulares paralelas umas as outras, e uma segunda sub parte 5'' que possui superfícies internas e externas convergentes em direção uma a outra por um ângulo δ de pequeno valor, preferencialmente compreendido numa variação de cerca de I0 a 10°, afinando em direção a parte 6 do flange de vedação 4.
A modalidade da fig.3 possui uma estrutura básica como a da figura 2 e adicionalmente possui externamente uma protusão anular coaxial 18, que possui um comprimento B em corte na base da protusão 18 compreendida numa variação de 0,5 mm a 3 mm e de dimensão radial apropriada para produzir suficiente capacidade de vedação adicional.
A modalidade do flange de vedação 4 mostrada na fig. 4 possui uma pluralidade de protusões anulares menores 19 na superfície externa 15 do flange de vedação 4 e para várias protusões anulares pequenas 20 na superfície interna 16 do flange de vedação 4. As dimensões radiais de todas as protusões são também apropriadamente escolhidas para fornecer a capacidade de vedação necessária para o flange 4.
As protusões anulares 19 da superfície externa 15 da modalidade da fig. 4 são mostradas em um corte axial em uma vista ampliada na fig. 5. As protusões anulares 20 da superfície interna 16 são mostradas em uma vista ampliada na fig. 6. É apreciado por uma pessoa habilitada na técnica que as formas em corte das protusões anulares 19 e 20 mostradas
10
15
20 nas f igs. 5 e 6 podem ser invertidas e a forma indicada para as protusões externas pode ser usada para as protusões das protusões internas e vice-versa.
Da mesma forma, ambas as protusões usadas na
superfície externa ou na superfície interna da vedação podem ser feitas com a mesma forma em corte. Esta modalidade não é mostrada nas figuras.
Estas protuberâncias 18, 19, 2 0 melhoram a
efetividade da vedação de todo o flange de vedação 4 e comportam-se como múltiplos anéis-0 pequenos, contribuindo ainda para melhorar o aperto entre o flange de vedação e a superfície interna da caixa 2 e superfície externa do pino 3 .
15
0 flange de vedação 4 pode ser feita de vários materiais elastômeros/poliméricos, ex. PTFE carregado com ex. por fibra de vidro, grafite, MoSO2, etc.
A junta 1 define um canal interno, que contém o eixo
geométrico A do pino 3 e caixa 2, no qual um fluido, por exemplo, um hidrocarboneto, assim como gás natural, ou petróleo ou outro fluido similar, flui e um espaço exterior 8 que pode estar em contato com fluidos de vários tipos tais
como água do mar em aplicações específicas. 0 flange de vedação 4 oferece uma capacidade de vedação adicional para a junta 1 que previne fluidos externos presentes do lado de fora de serem introduzidos nos interstícios das roscas da junta. 0 método de montar a junta com a flange de vedação 4 é pré montado no pino 3 além da parte rosqueada 8 e colocado na superfície sem rosca 12. A seguinte etapa fornece para a composição do pino e caixa, durante a qual pode ocorrer um giro em volta do eixo geométrico A do flange de vedação 4, já no local antes de inserir o pino na caixa, causado por contato de fricção do flange com a superfície interna 11 do alojamento 10. O fato do flange 4 estar já no local em toma parte sem rosca do pino 3 evita dano do flange de vedação 4, que é uma vantagem no que diz respeito ao caso quando um anel de vedação possui um contato de sua superfície interna com a parte de rosca do pino. Além disso, quando a operação de composição da junta se aproxima do fim, a flange de vedação 4 é também ligeiramente empurrada pelo pilar 17 da ponta da caixa 9 na superfície 13 para sua posição final. Nesta última parte da composição, a flange de vedação 4 é empurrada contra a superfície de repouso final, deste modo ainda gradualmente aumentando a aderência do flange de vedação 4 no pino 3 no alojamento 10. Após o flange de vedação 4 entrar no alojamento na caixa 2, a flange 4 não desliza mais em uma direção axial, embora em alguns casos quando a junta alcança o nível final da composição a flange 4 desliza ligeiramente somente em uma direção em volta do eixo geométrico A da junta, tanto sob pressão interna quanto externa, mas permanece contido pelas paredes do alojamento 10 e substancialmente imóvel.
25
Quando a junta 1 alcança sua posição de composição final, ex. porque os ombros de pilares do pino e caixa atingiram seu contato mútuo, a flange de vedação 4 assume sua geometria final e alcança seus estresses e deformações de projeto final.
0 flange de vedação 4 propicia a junta rosqueada também a vantagem de uma capacidade de oferecer sucessivas barreiras para vazamentos.
A junta da invenção pode também ter um vedante metal a metal interno perto da ponta do pino. Esta modalidade não é mostrada nas figuras já que esta parte da junta não está ilustrada.
Os tamanhos ideais do flange 4 são:
Diâmetro interno (ID) de acordo com o diâmetro do
pino D4.
15
Espessura da parede da parte 5 (Wt) sob acoplamento: de 2 a 8 mm
Diâmetro externo da parte 6 (OD) preferencialmente possui o mesmo diâmetro da conexão OD.
A junta da invenção deve ser usada preferencialmente no campo de OCTG (produtos tubulares empregados em campos petrolíferos ou tubos para cavidades de petróleo) e conexões de oleoduto para a indústria de petróleo, especialmente em aplicações marinhas.

Claims (6)

1. Junta rosqueada, que define um eixo geométrico (A) , caracterizada por compreender um tubo macho com roscas macho externas (8), definida de acordo com o pino (3), e um tubo fêmea com roscas fêmeas internas (7) , definidas de acordo com a caixa (2), e uma flange de vedação (4), o pino 3 sendo adaptado para ser feito na caixa (2) onde um alojamento (10) é fornecido entre uma superfície externa (12) do pino (3) e uma superfície interna (11) de uma ponta de caixa (9), sendo que a flange de vedação (4) compreende uma primeira parte anular (5) proximal as roscas da caixa (7) e uma segunda parte anular (6) distai as roscas da caixa (7), sendo que o alojamento (10) acomoda a primeira parte proximal (5) da flange de vedação (4) e a segunda parte anular distai (6) é acomodada em um pilar para uma superfície de extremidade da ponta da caixa (9).
2. Junta rosqueada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a flange de vedação (4) possuir um corte em forma de L em um plano deitado no eixo geométrico (A) da junta 1.
3. Junta rosqueada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a flange de vedação (4) possuir ao menos uma protusão anular (18 19) na superfície externa (15) da parte anular proximal (5).
4. Junta rosqueada, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por a flange de vedação (4) possuir ao menos uma protusão anular (20) na superfície interna (16) da parte anular proximal (5).
5.
Junta rosqueada, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada por a primeira parte anular (5) do flange de vedação (4) compreender uma superfície interna ao menos parcialmente afilada com respeito à superfície externa (15) com um ângulo de redução de espessura (δ) compreendido entre 2 e 6%.
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