BRPI0710261B1

BRPI0710261B1 - junta rosqueada tubular

Info

Publication number: BRPI0710261B1
Application number: BRPI0710261A
Authority: BR
Inventors: Le Chevalier Benoit; Verger Eric; Charvet-Quemin Jean-François; Sumitani Katsutoshi; Yamamoto Miyuki; Sugino Masaaki; Iwamoto Michihiko; Hamamoto Takahiro
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Sumitomo Metal Ind; Vallourec Mannesmann Oil & Gas France
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2018-09-25
Also published as: EA014091B1; AU2007232748B2; CN101438089B; EP2002165A4; WO2007114460A1; AR060258A1; JP2009531603A; CA2647447C; JP4924614B2; EP2002165A1; CA2647447A1; PL2002165T3; EA200870394A1; BRPI0710261A2; UA91751C2; US7823931B2; EG25061A; EP2002165B1; CN101438089A; NO20084052L

Abstract

<b>junta rosqueada tubular.<d> trata-se de uma junta rosqueada tubular que é dotada de excelente resistência à compressão e que permite fácil operação de aperto no campo em um estado vertical compreendendo um pino sendo dotado de uma zona rosqueada macho e uma caixa sendo dotada de uma zona rosqueada fêmea, o pino ou a caixa é dotado de uma superfície de ombro de extremidade em sua extremidade, e o outro membro é dotado de uma superfície de ombro que encosta-se na superfície de ombro de extremidade. as roscas de parafuso da zona rosqueada macho e da zona rosqueada fêmea são roscas trapezóides sendo dotadas de um topo, um lado de carga e um lado de perfuração. a extensão de rebordo, que é a distância na direção axial de um membro sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade entre a superfície de ombro de extremidade e a rosca engatada mais próxima daquela superfície, é pelo menos 140 vezes a abertura de lado de perfuração, que é a distância na direção axial entre os lados de perfuração da rosca macho e da rosca fêmea quando o lados de carga das roscas macho e fêmea se contatam, o lado de perfuração da rosca macho é preferivelmente chanfrado.

Description

(54) Título: JUNTA ROSQUEADA TUBULAR (51) Int.CI.: F16L 15/04; E21B 17/042 (30) Prioridade Unionista: 31/03/2006 JP 2006-099296 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION. VALLOUREC MANNESMANN OIL & GAS FRANCE (72) Inventor(es): TAKAHIRO HAMAMOTO; KATSUTOSHI SUMITANI; MASAAKI SUGINO; MICHIHIKO IWAMOTO; JEAN-FRANÇOIS CHARVET-QUEMIN; BENOIT LE CHEVALIER; ERIC VERGER; MIYUKI YAMAMOTO (85) Data do Início da Fase Nacional: 15/10/2008

1/27 “JUNTA ROSQUEADA TUBULAR”.

Campo da Técnica

A presente invenção refere-se à junta rosqueada tubular adequada para uso na conexão de canos de aço, como, por exemplo, objetos tubulares de campo de petróleo (OCTG) canos de elevação, e canos de tubulação. Especificamente, a presente invenção se refere a uma junta rosqueada tubular dotada de excelente resistência à compressão e que facilita a conexão de tubos de aço em um estado vertical no campo.

Antecedentes da Técnica

Os canos de aço como, por exemplo, OCTG (objetos tubulares de campo de petróleo incluindo tubulação de poço de petróleo, invólucrcs, e canos de perfuração) usados para a exploração e produção de poços de petróleo e poços de gás, bem como canos de elevação, canos de tubulação, e similares, são usualmente conectados por uma junta rosqueada tubular.

Uma junta rosqueada tubular é constituída de um pino que é feito de um elemento rosqueado macho proporcionado em uma parte de extremidade de um primeiro membro tubular, e uma caixa, que é um elemento tubular fêmea proporcionado em uma parte de extremidade de um segundo membro tubular. A conexão é realizada por ajuste da rosca de parafuso macho e da rosca de parafuso fêmea, que são roscas de parafuso cônicas. Tipicamente, o primeiro membro tubular é um cano como, por exemplo, um objeto tubular de campo de petróleoe o segundo membro tubular é um membro separado na forma de um acoplamento (esse tipo de junta rosqueada tubular é referida como um tipo acoplamento). Com esse tipo, é formado um pino em ambas as extremidades do cano, e é formada uma caixa em ambos os lados do acoplamento.

Há também juntas rosqueadas tubulares do tipo integral que não usam um acoplamento e nas quais é formado um pino na superfície externa de uma extremidade de um cano e é formada uma caixa na superfície interna da outra extremidade do cano. Com esse tipo, o primeiro membro tubular é um primeiro cano e o segundo membro tubular é um segundo cano. Teoricamente, também é possível

2/27 uma junta rosqueada tubular to tipo acoplamento na qual é formado um pino em um acoplamento e é formada uma caixa em um cano. Será fornecida abaixo primeiramente uma explicação de um exemplo de uma junta rosqueada tubular do primeiro tipo acima descrito no qual é formado um pino em ambas as extremidades de um cano e é formada uma caixa em um acoplamento.

Antigamente, os objetos tubulares de campo de petróleo eram conectados usando principalmente juntas de roscas padrões especificadas pelos padrões do API (Instituto de Petróleo Americano). Contudo, nos últimos anos, à medida que os ambientes para escavação e produção de petróleo cru e gás natural se tornaram fortes, as juntas rosqueadas especiais de alto desempenho referidas como juntas prêmio (de primeira qualidade) estão sendo cada vez mais usadas.

Em uma junta prêmio, tanto o pino quanto a caixa são dotados, além de uma rosca de parafuso cônica, de uma superfície de vedação de metal para metal, que realiza contato metálico direto na direção radial entre os membros de junção da junta possivelmente formando por meio disso uma vedação, e um superfície de ombro de torque que serve como uma bucha limítrofe durante a aperto da junta.

As Figuras 1(A) e 1(B) são vistas explicativas esquemáticas de uma junta prêmio típica para objetos tubulares de campo de petróleo do tipo acoplamento. A Figura 1(A) é uma vista geral, e a Figura 1(B) é uma vista ampliada de uma parte da mesma. Conforme ilustrado na Figura 1(B), essa junta rosqueada tubular é dotada e um pino 1 que é um elemento rosqueado macho proporcionado em cada parte de extremidade de um cano e uma caixa 2 que é um elemento rosqueado fêmea proporcionado em ambos os lados de um acoplamento. Em sua superfí cie externa, o pino 1 é dotado de uma zona rosqueada macho cônica 11 e uma parte geralmente cilíndrica não rosqueada 12 chamada um rebordo (referida abaixo como uma zona de rebordo) adjacente à zona rosqueada macho 11 no lado mais próximoà extremidade. A zona de rebordo 12 é dotada de uma superfície de vedação de metal para metal (também referida abaixo simplesmente como uma superfície de vedação) em sua superfície periférica externa e uma superfície de ombro de troque 14 (também

3/27 referida simplesmente como uma superfície de ombro) em sua superfície de extremidade.

A caixa correspondente 2 é dotada em sua superfície interna de uma zona rosqueada fêmea cônica 21, uma superfície de vedação de metal para metal 23, e uma superfície de ombro 24 que podem ajustar-se, contatar ou encostar-se na zona rosqueada macho cônica 11, a superfície de vedação de metal para metal 13, e a superfície de ombro 14, respectivamente, do pino 1.

A Figura 2 é uma vista esquemática para explicar a forma e as dimensões de uma rosca trapezóide tipificada por uma rosca trapezoidal especificada pelo API. Como nas figuras 1(A) e 1(B), 11 é uma zona rosqueada macho e 21 é uma zona rosqueada fêmea. Uma rosca de parafuso usada em uma junta prêmio é usualmente uma rosca de parafuso trapezoidal modelada nessa rosca trapezoidal API. A maioria das rosca prêmio emprega as dimensões de uma rosca de parafuso trapezoidal com quase nenhuma alteração com referência à relação de aspecto (relação altura para largura), os ângulos do lado (o ângulo do declive dos lados), e outros mais da rosca de parafuso.

Àguisa de exemplo, no caso de uma rosca de parafuso trapezoidal API sendo dotada de uma densidade de rosca de 5 TPI (5 roscas por polegada), e a altura de rosca 74, que é a altura para o topo de uma rosca macho, é 1,575 mm, o ângulo do declive 71 do lado de carga é 3°, o ângulo do declive 72 do lado de perfuração é 10°, e a abertura 73 na direção axial do cano entre os lados de perfuração da rosca de parafuso macho e da rosca de parafuso fêmea quando os lados de carga contatam um no outro (abertura de lado de perfuração) é uma media de aproximadamente 100 μνη (30 - 80 μτη).

Com relação à forma das roscas de uma junta rosqueada tubular, o Documento WO 92/15815 descreve uma junta rosqueada tubular na qual a parte de conexão do topo da rosca e o lado de perfuração de cada rosca tanto do pino quanto de uma caixa é cortada ao longo de uma linha reta ou uma curva (a saber, é chanfrada) de maneira que possa funcionar como uma superfície de contato que é a primeira a contatar quando o pino é inserido na caixa. As superfícies de contato do

4/27 pino e da caixa são intencionadas a contatar uma a outra para facilitar a inserção quando o corre um desalinhamento axial durante a inserção do pino na caixa.

A Patente No. U.S. 6.322.110 descreve uma junta rosqueada tubular baseada no mesmo conceito. A saber, um chanfro de canto (chanfro de uma parte de canto) é proporcionado nos lados de perfuração das roscas tanto de um pino quanto de uma caixa. Quando o pino é inserido na caixa, os chanfros de canto engatam uns com outro e facilitam a inserção do pino.

O Documento WO 92/15815 e a Patente No. U.S. 6.322.110 acima descritos facilitam a inserção de um pino impedindo o desalinhamento do ângulo de inserção pela produção de contato entre o pino e a caixa nas partes chanfradas dos lados de perfuração e os topos. Desta maneira, são necessárias as partes chanfradas tanto no pino quanto na caixa, e o efeito pretendido não é exibido se os mesmo forem providos em apenas um dos dois membros. Não há nenhuma descrição nesses documentos de patente referente ao efeito do chanfro na resistência à co mpressão.

Em uma junta prêmio, é proporcionada uma determinada quantidade de interferência na direção radial entre as superfíci es de vedação de metal para metal de um pino e uma caixa. Quando uma junta é apertada até que as superfícies de ombro do pino e da caixa se encostem uma na outra, as superfícies de vedação desses membros estão em contato íntimo ao redor de toda circunferência da junta, formando, por meio disso, uma vedação.

As superfícies e ombro do pino e a função da caixa como buchas que entram em contato no momento do aperto, e os mesmos funcionam como sustentação de uma proporção considerável de carga compressiva que age na junta.

Assim, se a espessura das superfícies de ombro não for grande (ou se a firmeza das superfícies de ombro não for alta), as mesmas não podem sustentar uma grande carga compressiva.

Antigamente, os poços verticais eram predominantes, e as juntas rosqueadas para objetos tubulares de campo de petróleo eram dotadas de desempenho suficiente se as mesmas pudessem sustentar a carga de tensão devido ao peso dos canos conectados às mesmas e pudessem impedir vazamento de fluido de pressão alta

5/27 passando através de sua parte interna. Contudo, nos últimos anos, a profundidade dos poços aumentou, os poços em declive e horizontais nos quais o furo do poço se inclina no subsolo estão aumentando, e o desenvolvimento dos poços em ambientes desfavoráveis como, por exemplo, no mar ou em regiões polares está aumentando. Como resultado, há uma demanda de maior variedade de desempenho das juntas rosqueadas, como, por exemplo, resistência à compressão, resistência à inclinação, habilidade de vedação contra pressão externa, e facilidade do uso ou inserção de pino no campo.

Quando a pressão externa age na junta prêmio convencional acima descrita, a pressão externa aplicada é transmitida através de intervalos entre as roscas de parafuso e penetra na parte exatamente adiante das superfícies de vedação ilustradas por 31 na Figura 1(B). Uma vez que a zona de rebordo é dotada de uma espessura de parede muito menor do que o corpo dos canos sendo conectados, algumas vezes se submete à deformação na forma de uma redução no diâmetro devido à pressão externa penetrada. Se a pressão externa se tornar alta, pode ser desenvolvido um intervalo entre as superfícies de vedação, levando à ocorrência de vazamento, por exemplo, uma situação na qual o fluido externo penetra dentro do corpo do cano através do intervalo.

Quando uma carga compressiva age em uma junta prêmio, por exemplo, durante a instalação de um objeto tubular de campo de petróleo, em um poço horizontal ou em um poço em declive, uma vez que a junta prêmio é usualmente dotada de um intervalo relativamente grande entre os lados de perfuração como nesse caso com a rosca de parafuso trapezoidal API acima descrita, a habilidade das roscas de parafuso da junta para sustentar uma carga compressiva é baixa, e a maioria da carga compressiva nasce pelos ombros adjacentes às mesm as.

Contudo, a espessura da parede das superfícies de ombro (a área para receber cargas compressivas que corresponde à área da superfície de extremidade de rebordo) é normalmente consideravelmente menor do que aquela do corpo de cano.

Portanto, se for aplicada uma carga compressiva corresponder a 40 - 60% da força de produção, com a maioria das juntas prêmio, a zona de rebordo do pino é submetida a

6/27 uma deformação plásti ca substancial, levando a uma diminuição considerável no desempenho de vedação da superfície de vedação adjacente a essa parte.

A habilidade de vedação de uma junta contra pressão externa (habilidade de vedação de pressão externa) pode ser aumentada pelo aumento da força do pino de maneira a aumentar sua resistência para deformação com respeito à redução no diâmetro. Para esse fim, é frequentemente aplicada uma técnica chamada estampagem para o cano em direção à extremidade a fim de aumentar a espessura da parede da zona de rebordo.

Contudo, se a quantidade de estampagem for muito grande, com invóhcro, há casos nos quais um cano que é inserido em sua parte interna agarra na parte recalcada, e com tubulação, há casos em que se desenvolve turbulência em um fluido como, por exemplo, petróleo cru fluindo dentro da tubulação devidos à parte recalcada e provoca erosão. Portanto, a espessura da parede de uma zona de rebordo pode ser aumentada por estampagem apenas até certo ponto.

O Documento WO 2004/109173 propõe uma junta rosqueada tubular, conforme ilustrado na Figura 3, sendo dotada de uma parte de nariz 15 proporcionada entre a superfície de vedação de metal para metal 13 e uma superfície de ombro de torque 14 na superfície de extremidade de um pino 1. A periferia externa cilíndrica geral da parte de nariz 15 do pino 1 não contata a parte oposta da caixa 2. Por outro lado, as partes de vedação de metal para metal 13 e 23 e as superfícies de ombro 14 e 24 do pino e a caixa contatam uma outra. Estendendo a zona de rebordo do pino de maneira a proporcionar uma parte de nariz de não contato 15 na extremidade da superfície de vedação, a espessura da parede da zona de rebordo incluindo a superfície de ombro e a superfície de vedação pode alcançar um grande valor dentro de uma espessura de parede de cano limitada, e a resistência à compressão e pode ser consideravelmente aumentado o desempenho de vedação contra pressão externa de uma junta rosqueada tubular.

DESCRIÇÃO DA INV ENÇÃO

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É um objetivo da presente invenção proporcionar uma junta rosqueada tubular que seja dotada de excelente resistência à compressão e que facilite a conexão de canos no campo ao mesmo tempo em um estado vertical.

Outros objetivos, vantagens, e características da presente invenção se tornarão claros a partir da descrição que se segue.

Na junta rosqueada tubular proposta no Documento WO 2004/109173 acima descrito, é alcançado um aperfeiçoamento na resistência à compressão pela modificação da parte mais próxima à extremidade do pino do que a superfície de vedação de metal a metal. Nas repetidas investigações com base naquela junta rosqueada tubular, foi descoberto que se a forma de uma rosca, e particularmente a abertura de lado de perfuração, que é a abertura na direção axial do cano entre os lados de perfuração da rosca de parafuso macho do pino e a rosca de parafuso fêmea da caixa, e a extensão da zona de rebordo satisfizer uma determinada relação, é impedida a ocorrência da deformação plástica da zona de rebordo devido à compressão, e é aperfeiçoada a resistência à compressão de uma junta rosqueada tubular.

A presente invenção se refere a uma junta rosqueada tubular compreendendo um pino, que é feito de um elemento rosqueado macho formado em uma parte de extremidade de um primeiro membro tubular, e uma caixa, que é um elemento tubular fêmea formado em uma parte de extremidade de um segundo membro tubular, onde o pino e a caixa são dotados de uma zona rosqueada sendo dotada de uma rosca de parafuso e pelo menos uma superfície de ombro de torque, a rosca macho na zona rosqueada do pino engata com a rosca fêmea na zona rosqueada da caixa, a pelo menos uma superfície de ombro de torque do pino se encosta-se à pelo menos uma superfície de ombro de torque da caixa na direção axial da junta tubular, uma das superfícies de ombro de torque de contato é uma superfície de ombro de extremidade que constitui uma superfície de extremidade na direção transversal do membro tubular, e as roscas da zona rosqueada macho e a zona rosqueada fêmea são geralmente roscas trapezoidais que são dotadas de um topo

8/27 (rosca), um lado de carga, e um lado de perfuração e que é geralmente dotado de uma base separando os lados de rosca.

Uma junta rosqueada tubular de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo fato de que a extensão do rebordo do membro sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade, que é a distância axial entre a superfície de ombro de extremidade e o lado de carga da rosca engatada mais próxima à superfície de ombro de extremidade, é pelo menos 140 vezes e, preferivelmente, pelo menos 160 vezes a abertura de lado de perfuração, que é a abertura axial entre o lado de perfuração e a rosca macho e o lado de perfuração da rosca fêmea quando o lado de carga da rosca macho e o lado de carga da rosca fêmea contatam uma outra nas roscas macho e fêmea engatadas.

Algumas modalidades preferidas de uma junta rosqueada tubular de acordo com a presente invenção incluem o seguinte:

- A abertura de lado de perfuração é pelo menos de 0,01 mm.

- A abertura de lado de perfuração é no máxim o de 0,3 mm.

- Para a rosca de pelo menos uma das zonas rosqueadas macho e fêmea, o lado de perfuração compreende uma primeira parte no lado da base e uma segunda parte no lado do topo e a segunda parte é dotada de um ângulo médio maior de declive com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta do que a primeira parte.

- A primeira parte do lado de perfuração é uma superfície substancialmente limitada na seção longitudinal por uma linha reta (como uma superfície geralmente cônica), e a segunda parte do mesmo é uma superfície substancialmente limitada na seção longitudinal por uma linha reta, uma superfície abaulada, ou uma superfície cônica.

- O ângulo do declive da primeira parte com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta varia de 5 a 25°.

- O ângu lo médio do declive da segunda parte com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta varia de 20 a 70°.

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- A rosca de apenas uma das zonas rosqueadas macho e fêmea é dotada de um lado de perfuração sendo dotado de primeira e segunda partes, e o ângulo do declive com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da primeira parte da rosca é a mesma do ângulo do lado de perfuração da rosca da outra zona rosqueada.

- O produto da altura na direção radial da primeira parte do lado de perfuração e a extensão da rosca desenvolvida das roscas engatadas nas zonas engatadas é maior do que a diferença entre a área em corte transversal nominal dos corpos dos canos sendo contatados e a área das superfícies de ombro de extremidade adjacente da junta.

- O topo e a base de cada rosca são paralelos ao eixo geométrico longitudinal da junta rosqueada tubular (e, portanto, ao eixo geométrico do cano).

- O ângulo do declive dos lados de carga das roscas engatadas com relação à linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta varia de -5° a + 5°.

- Para a rosca da pelo menos uma das zonas macho e fêmea rosqueadas, o lado de carga da rosca compreende duas partes na forma de uma terceira parte η o lado da base e uma quarta parte no lado do topo da rosca, e a quarta parte é dotada de um ângulo médio maior de declive com relação à linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta do que a terceira parte.

- A quarta parte é dotada ou e uma superfície substancialmente limitada na seção longitudinal por uma linha reta ou uma superfície abaulada.

- Cada pino e cada caixa é dotado de uma superfície de vedação de metal para metal entre a superfície de o mbro e a zona rosqueada.

- A superfície de vedação de metal para metal é proporcionada nos arredores da zona rosqueada.

- Cada pino e cada caixa é dotado de uma região de não contato na qual o pino e a caixa não contatam um no outro entre a superfície de vedação de metal para metal e a superfície de ombro.

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De acordo com a presente invenção, estendendo a extensão da zona de rebordo, que é a distancia no membro sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade de contato de uma junta rosqueada tubular entre a zona rosqueada tubular e a superfície de ombro de extremidade, 140 vezes e, preferivelmente, 160 vezes a abertura do lado de perfuração das roscas macho e fêmea, é efetivamente conferida resistência à compressão pelos lados de perfuração das roscas (ou pelas partes remanescentes eficazes ou engatadas dos lados de perfuração quando a parte superior do lado de perfuração do pino ou da caixa tenha sido removida por chanfro ou chanfradura), e é aumentada a resistência à compressão de uma junta rosqueada tubular.

Controlando a abertura de lado de perfuração dentro de uma determinada variação, podem ser diminuídas as variações na força de aperto no momento de aperto da junta rosqueada. Além disso, pelo projeto adequado da forma das roscas e, particularmente, a direção do topo e da base, a forma de um lado de perfuração, e a forma do chanfro no lado de perfuração, problemas e desengates das roscas devido ao desvio do ângu lo de inserção no momento da operação de aperto restrito como, por exemplo, operação de aperto no campo em um estado vertical que está sendo cada vez mais automático pode ser diminuída, tornando, por meio disso, fácil tal operação de aperto.

BREVE EXPLICAÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1(A) é uma vista explicativa esquemática de uma junta rosqueada tubular convencional típica do tipo acoplamento referida como uma junta prêmio, e a Figura 1(B) é uma vista ampliada de uma parte da mesma.

A Figura 2 é uma vista esquemática para explicar a forma e as dimensões de uma rosca trapezoidal tipificada por uma rosca trapezoidal API.

A Figura 3 é uma vista explicativa esquemática de uma junta rosqueada tubular adequada para aplicação da presente invenção na qual uma zona de rebordo é estendida e uma região não de contado é proporcionada na extremidade da superfície de vedação de metal para metal.

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A Figura 4 é uma vista explicativa geral ilustrando cada parte de uma junta rosqueada tubular.

A Figura 5 é uma vista explicativa ilustrando a forma em corte longitudinal (axial) das zonas rosqueadas de um pino e de uma caixa de uma junta rosqueada tubular.

A Figura 6 é uma vista explicativa ilustrando uma modalidade na qual o lado de perfuração de uma rosca macho de um pino é dotado de duas partes com ângulos diferentes de declive.

A Figura 7 é uma vista explicativa ilustrando uma variação da modalidade ilustrada na Figura 6.

A Figura 8 é uma vista explicativa de uma modalidade similar à Figura

6.

A Figura 9 é uma vista explicativa de cada parte de um lado de perfuração e de um lado de carga de uma rosca (macho) de pino de uma modalidade similar à Figura 6.

A Figura 10 é uma vista em corte longitudinal esquemático de uma modalidade na qual é proporcionada uma segunda superfície de ombro na superfície de extremidade de uma caixa.

A Figura 11 é uma vista em corte longitudinal esquemático de outra modalidade na qual é proporcionada uma segunda superfície de vedação de metal para metal na parte de extremidade de uma caixa.

A Figura 12 é uma vista esquemática ilustrando uma modalidade na qual um membro de pino é fornecido uma espessura de parede aumentada em direção a sua extremidade por estampagem.

A Figura 13 é um gráfico ilustrando os resul tados de um exemplo.

A Figura 14 é um gráfico ilustrando os resul tados de outro exemplo.

Lista de Referências Numéricas.

1: pino, 2: caixa, 11: zona rosqueada macho, 12: zona de rebordo, 13:

superfície de vedação de metal para metal de pino, 14: superfície de ombro de extremidade, 21: zona rosqueada fêmea, 23: superfície de vedação de metal para

12/27 metal de caixa, 24: superfície de ombro de caixa, 71: ângulo de lado de carga de rosca, 72: ângulo de lado de perfuração de rosca, 73: abertura de lado de perfuração de rosca.

MELHORES MODOS PARA REALIZAR A INVENÇÃO

Uma junta rosqueada tubular de acordo com a presente invenção pode ser aplicada em um junta rosqueada tubular tipo acoplamento ou tipo integral. No caso do tipo acoplamento, tipicamente é formado um pino em ambas as extremidades de um cano e uma caixa é formada em ambos os lados de um acoplamento, mas é possível usar a combinação oposta.

O conceito bás ico de uma junta rosqueada tubular de acordo com a presente invenção será explicado enquanto se refere às Figuras 4 e 5. Conforme ilustrado pela vista esquemática na Figura 4, em uma junta rosqueada tubular usual, um pino é dotado de uma zona rosqueada sendo dotada de uma rosca de parafuso macho que engata com uma rosca de parafuso fêmea oposta (uma zona rosqueada engatada na figura), e uma zona de rebordo no lado da extremidade da mesma que não é dotada de roscas engatadas. A superfície de extremidade na direção transversal na ponta do pino é uma superfície de ombro de extremidade funcionado como uma superfície de ombro de troque. Correspondentemente, uma caixa é dotada em sua extremidade externa de uma zona rosqueada sendo dotada de uma rosca de parafuso fêmea que engata com a rosca de parafuso macho oposta e, na parte interna da mesma, uma superfície geralmente cilíndrica que não é dotada de roscas engatadas. A superfície na direção transversal da parte mais interna da caixa é uma superfície de ombro de torque que se encosta-se à superfície de ombro de extremidade do pino.

Conforme ilustrado na figura, as superfícies de ombro do pino e da caixa que se encostam uma na outra são em muitos casos uma superfície de ombro de extremidade do pino e uma superfície de ombro mais interna correspondente da caixa. Contudo, no caso de uma junta do tipo integral, a área de superfície da superfície de extremidade de um pino sendo dotado de uma rosca de parafuso macho formada na superfície externa de uma extremidade de um cano é algumas vezes menor do que a área de superfície da superfície de extremidade de uma caixa sendo dotada de uma

13/27 rosca de parafuso fêmea formada na outra extremidade do cano. Em tal caso, é vantajoso usar a superfície de extremidade de uma caixa como uma superfície de ombro de torque porque pode ser aumentada a resistência à compressão.

Portanto, na presente invenção, a zona de rebordo significa a parte de um membro de junta rosqueado (um pino ou uma caixa) sendo dotada de uma superfície de ombro de extremidade (que funciona como uma superfície de ombro de torque no momento do aperto da junta rosqueada) que está situada mais próxima à extremidade do membro de junta do que a parte rosqueada do mesmo.

As roscas de parafuso das zonas rosqueadas do pino e da caixa engatam uma na outra. Contudo, não é necessár io que as roscas se engatem ao longo de toda a extensão. Conforme ilustrado na Figura 1(B), as partes de extremidade da rosca de parafuso de um ou mais membros e particularmente a rosca de parafuso adjacente ao rebordo da caixa não precisa engatar com a rosca de parafuso do outro membro. Além disso, conforme ilustrado na Figura 3, pode ser adicionada uma rosca macho não engatada em uma parte da superfície externa do pino entre a zona rosqueada engatada e a zona de rebordo. Procedendo dessa maneira, pode ser aumentada a firmeza do pino contra pressão externa. Na presente invenção, a rosca não engatada formada na extremidade externa (mais próxima à ponta) da zona rosqueada de um membro (pino ou caixa) sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade estão incluídas na zona de rebordo do membro.

Apesar de não ser essencial na presente invenção, tipicamente, uma junta rosqueada tubular é dotada de uma parte de vedação de metal para metal. Por exemplo, a superfície externa da zona de rebordo de um pino e a superfície interna geralmente cilíndrica não rosqueada de uma caixa são dotadas de uma parte na qual as mesmas se contatam para formar as superfícies de vedação de metal para metal 13 e 23, conforme ilustrado na Figura 3. Do ponto de vista do aperfeiçoamento da resistência à compressão da zona de rebordo, as superfícies de vedação de metal para metal são preferivelmente proporcionadas em uma região da zona de rebordo que está próxima à zona rosqueada, conforme ilustrado. Novamente, apesar de não ser essencial na presente invenção, conforme ilustrado na Figura 3, uma região de

14/27 não contato onde as superfícies geralmente cilíndricas do pino e da caixa não contatam uma outra é preferivelmente proporcionada na zona de rebordo em um local entre as superfícies de vedação de metal para metal 13, 23 e as superfícies de ombro 14, 24. Conforme descrito no Documento WO 2004/109173, a região de não contato na zona de rebordo pode também aumentar a resistência à compressão daquela parte. Além disso, conforme ilustrado na Figura 3, as superfícies internas do pino e da caixa em ambos os lados das superfícies de ombro podem ser removidas para formar as partes chanfradas 16 e 26. Como resultado, a circularidade da parte interna do cano ao redor das superfícies de ombro adjacentes pode ser alcançada de maneira que possa ser impedida a ocorrência de turbulência de fluido fluindo através da junta.

A Figura 5 ilustra esquematicamente roscas de um junta rosqueada tubular na seção longitudinal da junta. Para fácil explicação, todos os cantos das roscas ilustrados nas mesmas não são chanfrados. Conforme já explicado com relação à Figura 2, cada uma das roscas engatadas do pino e da caixa é dotada de um topo, um lado de carga que é o lado de rosca na face posterior na direção da inserção do pino, e um lado de perfuração no lado de rosca na face anterior na direção da inserção do pino, e lados de rosca adjacentes são separados por uma base. Conforme ilustrado na Figura 5, em um estado no qual os lados de carga da rosca de parafuso macho do pino e a rosca de parafuso fêmea da caixa contatam (se sustentam contra) uma outra, a abertura na direção longitudinal (axial) entre os lados de perfuração da rosca de parafuso macho e da rosca de parafuso fêmea é a abertura de lado de perfuração (rosca). Conforme ilustrado na figura, há também uma abertura entre o topo da rosca de parafuso macho e a base da rosca de parafuso fêmea. Essas aberturas são necessári as de maneira que o ajuste rosqueado possa ser realizado sem produzir atrito.

A Figura 5 ilustra um exemplo no qual os lados de perfuração da rosca de parafuso macho e da rosca de parafuso fêmea estão paralelos de maneira que a abertura do lado de perfuração esteja uniforme sobre tos os lados de perfuração das roscas engatadas.

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Na presente invenção, em um membro (pino ou caixa) que seja dotado de uma superfície de ombro de extremidade, a distância na direção axial (longitudinal) do membro entre a superfície de ombro de extremidade de o lado de carga da rosca engatada situada mais próxima da superfície de ombro de extremidade (essa distância corresponde substancialmente à extensão da zona de rebordo, assim, será referida abaixo como a extensão de rebordo) é pelo menos 140 vezes e preferivelmente pelo menos 160 vezes a abertura do lado de perfuração. Conforme ilustrado na Figura 3, quando a zona rosqueada (a zona rosqueada do pino no exemplo ilustrado) é dotada de roscas não engatadas em sua parte de extremidade mais próxima à superfície de ombro 14, a extensão axial dessa parte de rosca não engatada, a saber, a extensão axial de uma ranhura cilíndrica 32 proporcionada em uma caixa 2 na Figura 3, é incluída na extensão de rebordo.

Conforme declarado acima, um membro sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade que encosta-se à uma superfície de ombro mais interna oposta do outro membro de uma junta rosqueada tubular é tipicamente um pino. Nesse caso, a extensão de rebordo do pino satisfaz as exigências acima descritas com relação à abertura de lado de perfuração. Contudo, conforme declarado acima, com uma junta rosqueada tubular do tipo integral, essa superfície de ombro de extremidade é algumas vezes proporcionadas na caixa. Nesse caso, a extensão de rebordo da caixa é feita para atender as exigências acima descritas. Quando tanto o pino quanto a caixa de uma junta rosqueada são dotados de uma superfície de ombro de extremidade e, portanto, uma zona de rebordo, pelo menos uma das extensões de rebordo do pino e da caixa é feita para atender às exigências.

Sob uma carga compressiva, é necessário em uma junta rosqueada tubular que as roscas ajam em compressão ao mesmo tempo em que a tensão da zona de rebordo permanece na região elástica. Se a extensão do rebordo for pelo menos 140 vezes e preferivelmente pelo menos 160 vezes a abertura do lado de perfuração, mesmo se a junta rosqueada for submetida à compressão na direção axial do cano devido à pressão externa, a zona de rebordo não começa a ser submetida à deformação elástica, e os lados de perfuração das roscas podem contribuir para a

16/27 resistência à compressão ao mesmo tempo em que a tensão da zona de rebordo permanece no estado de deformação elástica. Como resultado, a resistência à compressão da junta rosqueada tubular é notadamente aumentada.

A abertura de lado de perfuração é preferivelmente pelo menos de 0,01 mm (10 μτη) e no máximo de 0,3 mm (300 μτή). Se a abertura de lado de perfuração for menor do que 0,01 mm, a abertura é tão pequena que o aperto da unta rosqueada se torna instá vel, e facilita a ocorrência de atrito. Por outro lado, se a abertura de lado de perfuração for maior do que 0,3 mm. A abertura é tão grande que permite facilmente a penetração de pressão externa, por meio disso, aumentando indevidamente a pressão externa a ser aplicada na zona de rebordo durante o aperto. Conforme ilustrado na Figura 5, há também uma abertura na direção radial da junta entre o topo e uma rosca macho e a base de uma rosca fêmea engatada na mesma. Não há nenhuma limitação particular na dimensão dessa abertura na direção radial, mas normalmente a mesma é projetada de maneira que possa ser alcançada uma abertura suficiente considerando as tolerâncias da altura da rosca .

Para a rosca de pelo menos de um pino e da caixa (preferivelmente a rosca macho do pino, conforme ilustrado nas Figuras de 6 a 9), o lado de perfuração de cada rosca compreende duas partes na forma de uma primeira parte do lado da base e uma segunda parte no lado do topo. A segunda parte é preferivelmente dotada de um ângulo médio maior de declive com relação a uma linha perpendicular para o eixo geométrico longitudinal do que a primeira parte (a saber, a segunda parte é dotada de um declive mais íngreme do que a primeira parte). Como resultado, como explicado a seguir, o aperto da junta rosqueada no campo pode ser facilitado ao mesmo tempo em que mantém suficiente resistência à compressão.

Em geral, a altura de rosca total na zona rosqueada engatada de uma junta rosqueada tubular (a altura na direção radial a partir da base para o topo de uma rosca) é projetada de maneira que a força da junta seja pelo menos a força do corpo de cano sob uma carga de tensão. Sob uma carga compressiva, as superfícies de ombro adjacentes também recebem a carga aplicada. Assim, a carga compressiva nascida pelas roscas é reduzida pela quantidade recebida pela área em corte transversal das

17/27 superfícies de ombro adjacentes. A saber, a altura de rosca necessária para sustentar uma carga é menor sob uma carga compressiva do que sob uma carga de tensão. Uma carga de tensão nasce pelos lados de carga das roscas engatadas de uma junta no estado ilustrado a Figura 5 no qual os lados de carga se contatam, ao mesmo tempo em que nasce uma carga compressiva pelos lados de perfuração das roscas engatadas em um estado não ilustrado no qual os lados de perfuração entram em contato. Portanto, a altura da rosca na face do lado de perfuração das roscas inclui uma margem.

Em uma junta rosqueada tubular sendo dotada de superfícies de ombro adjacentes e de roscas engatadas onde ambas contribuem para a resistência à compressão ou recebem uma carga compressiva, a razão de compressão da junta pode ser expressa pela proporção da área em corte transversal total na direção transversal ou radial das superfícies de recebimento de compressão da junta para a área em corte transversal radial do corpo de cano, que é fornecida pela equação que se segue.

Razão de compressão (%) ={[(área em corte transversal projetada cumulativa das roscas engatadas)+( área em corte transversal das superfícies de ombro adjacentes)] / áre a em corte transversal do corpo de cano)} X 100.

A área de corte transversal das superfícies de ombro adjacentes é tipicamente em trono de 40 a 50% daquela do corpo de cano. Portanto, mesmo com uma razão de compressão de 100% na qual a carga compressiva correspondente para a força de produção do corpo de cano é aplicada a uma junta rosqueada tubular, a junta pode suportar a carga compressiva se a altura da rosca dos lados de perfuração for pelo menos de 50 a 60% da altura total da rosca. Assim, se a primeira parte da face de base dos lados de perfuração for dotada pelo menos da altura necessária para suportar uma carga compressiva (como, por exemplo, de 50 a 60% da altura total da rosca), a segunda parte remanescente da face de topo dos lados de perfuração pode ser dotada de um ângu lo maior de declive, o que torna a parte incapaz de receber uma carga compressiva, e mesmo nesse caso, pode ser alcançada uma resistência suficiente à compressão.

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Com relação à resistência à compressão de uma junta rosqueada tubular, desde o passado, a deformação plástica da superfície de ombro de extremidade disposta na extremidade da zona de rebordo era considerada a causa principal da perda de resistência à compressão, de maneira que a proporção da área de corte transversal da área de ombro para a área de corte transversal do corpo de cano é um fator importante. Na presente invenção, o contato inicial dos furos de perfuração de rosca ocorre quando a deformação da zona de rebordo permanece na região elás tica, de maneira que a resistência à compressão de uma junta rosqueada tubular seja controlada pela soma da área em corte transversal das partes de ombro adjacentes e a área em corte transversal projetada cumulativa dos lados de perfuração de rosca engatados (efetivos), que correspondem à primeira parte acima descrita do lado de perfuração. A altura da primeira parte que contribui para a razão da compressão nos lados de perfuração d e rosca pode ser determinada dessa maneira.

A altura na direção radial da primeira parte do lado de perfuração chanfrado da rosca macho do pino, por exemplo, é preferivelmente ajustado de maneira que o produto da altura na direção radial dessa primeira parte e a extensão da rosca desenvolvida das roscas engatadas (as roscas de parafuso do pino e da caixa engatadas umas com as outras) é maior do que a diferença entre a á rea em corte transversal radial nominal do corpo dos canos sendo conectados e a área em corte transversal radial das superfícies de ombro adjacentes. Procedendo dessa maneira, a junta pode ser dotada de resistência para compressão que pode suportar uma carga compressiva correspondente à razão de compressão de 100% acima mencionada. A área em corte transversal do corpo de cano do curso significa a á rea em corte transversal na direção radial da parede do cano. Quando uma junta rosqueada é dotada de superfícies de ombro adjacentes em dois ou mais locais, a área em corte transversal das superfí cies de ombro adjacentes é a soma das áre as em corte transversal em dois ou mais locais.

Proporcionado forma chanfrada para a segunda parte do lado de perfuração que é ótima do ponto de vista de operação de aperto no campo, é possível

19/27 realizar uma operação de aperto fácil no campo ao mesmo tempo em que mantém excelente resistência à c ompressão alcançada pela primeira parte.

A primeira parte do lado de perfuração da rosca de parafuso de um membro (por exemplo, um pino) deve ser paralela ao lado de perfuração da rosca de parafuso do outro membro de maneira a construir uma abertura de lado de perfuração uniforme na primeira parte e permitir que a primeira parte do lado de perfuração contate uniformemente o lado de perfuração da outra rosca de parafuso no momento do aperto da junta. Assim, a primeira parte do lado de perfuração da rosca de parafuso e o lado de perfuração da outra rosca de parafuso são preferivelmente geralrnente superfícies cônicas.

Aqui, superfície geralrnente cônica significa um superfície substancialmente limitada na seção longitudinal (ao longo do eixo geométrico do cano) por uma linha reta. Especificamente, significa que pelo menos 50% e preferivelmente pelo menos 80% da altura é cônica ou é limitada em seção longitudinal por uma linha reta. Portanto, uma superfície geralrnente côtica inclui o caso no qual a extremidade superior e/ou a extremidade inferior é ligeiramente arredondada.

A segunda parte de um lado de perfuração sendo dotado de um âng ulo maior de declive é uma parte chanfrada. Esse chanfreamento facilita a inserção de pino em uma caixa no momento do aperto no campo. Conforme ilustrado na Figura 6, um chanfro da segunda parte pode ser um chanfro de maneira que a seção transversal na direção axial do cano seja linear (um chanfro com uma superfície geralrnente cônica), ou conforme ilustrado na Figura 7, pode ser um chanfro de maneira que a seção transversal axial seja arqueada (uma superfí cie abaulada convexa ou uma superfície côncava). A Figura 7 ilustra um exemplo de uma superfície abaulada. É também possível que um chanfro combine essas formas.

Quando a primeira parte de um lado de perfuração é geralrnente dotado de uma forma cônica, o ângulo do declive da superfície com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico do cano (o eixo geométrico longitudinal do cano e da junta) é preferivelmente na variação de 5 a 25%. Independente da forma

20/27 chanfrada da segunda parte que é uma parte chanfrada, o ângulo médio do declive da segunda parte com relação a uma linha perpendicular para o eixo geométrico do cano é preferivelmente na variação de 10 a 70%, conforme ilustrado na Figura 8.

Nas juntas rosqueadas tubulares descritas no Documento WO 92/15815 acima mencionado e na Patente No. U.S. 6.322.110, o lado de perfuração é não apenas de uma rosca macho chanfrada na adjacência do topo, mas é conferida uma forma correspondente à parte oposta de uma rosca de parafuso macho. Assim, cada rosca de parafuso fêmea é também dotada de duas partes com ângulos diferentes de declive. Na presente invenção, conforme ilustrado nas Figuras de 6 a 8, não é necessário conferir uma forma correspondente ao chanffo da rosca de parafuso macho do lado de perfuração da rosca de parafuso fêmea.

Os topos e as bases das roscas de parafuso são preferivelmente paralelas à direção axial do cano para todas as roscas macho e fêmea. A saber, apesar das zonas rosqueadas do pino e da caixa de uma junta rosqueada tubular terem a forma de roscas de parafuso cônicas, é preferível que o topo e a base de cada rosca não seja paralela ao declive cônico, mas paralela ao eixo geométrico do cano. Dessa maneira, são reduzidos os problemas devido ao desvio do â ngulo de inserção de um pino no momento da operação de aperto no campo.

O ângulo com relação à linha perpendicular ao eixo geométrico do cano dos lados de carga das roscas do pino e da caixa é preferivelmente na variação de -5° a +5°. Aqui, quando o ângulo de um declive de um lado de carga for negativo, significa, conforme ilustrado nas Figuras de 5 a 9, por exemplo, que o lado de carga está inclinando para o lado esquerdo nas figuras com relação à linha perpendicular ao eixo geométrico do cano.

O lado de carga da rosca de um pino e de uma caixa e preferivelmente da rosca macho do pino pode também compreender duas partes na forma de uma terceira parte na face do topo e uma quarta parte na face de base, conforme ilustrado nas Figuras de 6 a 9 e particularmente na Figura 9. A quarta parte deveria ser dotada de um ângulo médio maior de declive (na face adicional) com relação à linha perpendicular ao eixo geométrico do cano do que a terceira parte. Nesse caso, a

21/27 terceira parte do lado de carga é preferivelmente uma superfície geralmente cônica, e seu ângulo de declive está preferivelmente na variação de -5° a +5°. A quarta parte pode ser uma superfície geralmente cônica conforme ilustrado na figura, ou pode ser uma superfície abaulada.

A quarta parte de um lado de carga é também um tipo de chanfro que facilita a inserção de pino em uma caixa no momento do aperto no campo. Uma carga de tensão nasce apenas pelos lados de carga, e não há nenhuma contribuição das superfícies de ombro para resistir à força de tensão. Portanto, é necessário construir a área das partes de contato da rosca macho e da rosca fêmea maior para os lados de carga (a terceira parte da mesma). Portanto, é preferível que a quarta parte de um lado de carga seja dotada de uma altura menor do que a segunda parte de um lado de perfuração de maneira que uma área adequada para contato seja deixada na terceira parte do lado de carga que contribui para desempenhos de tensão. Por essa razão, a altura da quarta parte é preferivelmente no máximo 20% da altura da rosca.

Tanto o pino quanto a caixa são preferivelmente dotados de uma superfície de vedação de metal para metal entre a superfície de ombro a parte de rosca engatada, isto é, na zona de rebordo. Na presente invenção, a extensão do rebordo é pelo menos 140 vezes a abertura de lado de perfuração da rosca, que é consideravelmente mais longa comparada a uma extensão normal. Nesse caso, se for proporcionada uma superfície de vedação de metal para metal sobre toda extensão da zona de rebordo, facilmente ocorre atrito durante a operação de aperto. Portanto, a superfície de vedação de metal para metal é proporcionada sobre uma parte da zona de rebordo e preferivelmente em uma região da mesma próximaà zona rosqueada. A extensão da parte de vedação de metal para metal é preferivelmente o máximo 25 % da extensão do rebordo.

Cada pino e cada caixa são preferivelmente dotados de uma região de não contato (onde os mesmos não se contatam) entre a superfície de vedação de metal para metal e a superfície de ombro. Proporcionando tal região de não contato entre a superfície de vedação de metal para metal e a superfície de ombro, a extensão da zona de rebordo pode ser aumentada e, no momento da aplicação de uma

22/27 carga compressiva, é possível que a carga a ser sustentada pelos lados de perfuração de contato das zonas rosqueadas do pino e da caixa e as superfícies de ombro adjacentes ao mesmo tempo em que a tensão da zona de rebordo permanece na região elástica, e a zona de rebordo incluído a superfície de vedação de metal para metal é projetada de maneira a resistir à deformação el ástica devido à compressão.

Essa região de não contato pode ser uma parte na qual nem o pino nem a caixa não é dotado de roscas, conforme ilustrado na Figura 3, ou pode ser uma parte de rosca não engatada na qual apenas um membro do pino e da caixa é dotado de roscas, ou pode incluir ambas as partes. A extensão dessa região de não contato é preferivelmente pelo menos 15% da extensão do rebordo. A extensão de uma parte de uma região de não contato que não é dotada de roscas em qualquer membro é preferivelmente no máx imo 33% da extensão do rebordo.

De outra maneira a relação acima descrita entre a abertura do lado de perfuração e a extensão do rebordo e a forma preferida do lado de perfuração e o lado de carga da rosca engatada de pelo menos um membro e preferivelmente do pino, não há restrições particulares na forma ou na estrutura de uma junta rosqueada tubular. Por exemplo, uma superfície de ombro de extremidade e uma superfície de vedação de metal para metal não estão limitadas a um local, conforme ilustrado na Figura 10, uma segunda superfície de ombro de extremidade 33 pode ser proporcionada na ponta da caixa 2, ou conforme ilustrado na Figura 11, uma segunda superfície de vedação de metal para metal 34 pode ser proporcionada em ambos os membros próximos à extremidade de ponta da caixa 2. Além disso, conforme ilustrado na Figura 12, a espessura de um cano e/ou de um acoplamento pode ser aumentada na adjacência da parte de junta por estampagem (sweaging) ou sobreposição.

Especificamente, conforme ilustrado na Figura 10, quando uma zona de rebordo sendo dotada de uma superfície de ombro de extremidade é proporcionada na extremidade da ponta de cada caixa e pino, ou, em outras palavras, quando uma junta rosqueada tubular é dotada de duas zonas de rebordo sendo dotadas de uma superfí cie de ombro de extremidade que funciona como uma superfície de ombro de troque no

23/27 momento do aperto da junta, a relação entre a extensão de rebordo e a abertura do lado de perfuração especificada pela presente invenção deve ser satisfeita para pelo menos uma zona de rebordo.

Os exemplos que se seguem são apresentados para ilustrar adicionalmente a presente invenção. Esses exemplos devem ser considerados em todos os aspectos como ilustrativos e não restritivos.

Exemplo 1

A fim de demonstrar claramente os efeitos da presente invenção, foi aplicada uma carga compressiva aos membros de teste ilustrados na Tabela 1 por aperto, e foi observada a deformação da zona de rebordo.

Cada membro ilustrado na Tabela 1 era uma junta rosqueada para objetos tubulares de campo de petróleo do tipo acoplamento conforme ilustrado na Figura 3. Os mesmos eram para uso com relação a um cano de aço de 9,625” x 53,5 (lb/ft) (diâmetro externo de 244,5 mm e espessura de parede de 13,84 mm). O aço usado para todos os membros de teste foi aquele especificado pela especificação P110 API. As superfícies de ombro eram uma superfície de ombro de extremidade situada na extremidade do pino e uma superfície de ombro correspondente da caixa. A zona de rebordo era dotada em sua periferia externa de uma superfície de vedação de metal para metal (extensão de 5,5 mm) na adjacência da zona rosqueada e uma região de não contato na face de extremidade externa da mesma. Ao contrário na Figura 3, não havia nenhuma rosca não engatada na parte de extremidade da zona rosqueada.

I

A forma da rosca de parafuso era a mesma para todos os membros de teste, com um cone de 1/18, uma altura de rosca macho 74 de 1,3 mm, uma densidade de rosca de 5,08 mm, um ângulo de lado de perfuração 72 de 10°, e um ângulo de lado de carga 71 de -3°. Um chanfro dos lados de perfuração e os flancos de carga tanto para a rosca de parafuso macho quanto para a rosca de parafuso fêmea era apenas um arredondamento mínimo conforme ilustrado na Figura 2, e os lados de perfuração consistiam essencialmente de apenas uma parte. A abertura de lado de perfuração 73 e a extensão da zona de rebordo da junta foram variadas, conforme ilustrado na Tabela 1.

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Para cada membro de teste, o aperto da junta foi determinado imediatamente após as superfícies de ombro do pino e da caixa se encostarem uma na outra. Os resultados estão ilustrados na Tabela 1 e na Figura 13.

Tabela 1

Extensão de rebordo (A) (mm)	Abertura de lado de perfuração (B) (mm)	A/B	Nível de carga compressiva aplicada
(% com relação à	força de produção do corpo de cano
40 %	50%	60%	70%	80%	90%	100%
15	0,10	150	O	O	O	O	O	O	0
15	0,15	100	O	0	0	X	X	X	X
15	0,20	75	O	X	X	X	X	X	X
20	0,10	200	0	0	0	0	o	0	0
20	0,15	133	0	0	0	0	0	o	X
20	0,20	100	0	0	0	X	X	X	X
25	0,10	250	0	0	0	0	0	0	0
25	0,15	167	0	0	o	0	0	0	0
25	0,20	125	0	0	0	0	0	X	X

*O: nenhuma deformação plást ica do rebordo após aplicação de carga compressiva;

X: ocorrência de deformação plástica

Conforme pode ser visto dos resultados na Tabela 1 e na Figura 13, se a exigência da presente invenção de que a extensão de rebordo seja pelo menos 140 vezes a abertura de lado de perfuração for atendida, mesmo quando for aplicada uma força compressiva correspondente a 100% da força de produção do corpo de cano, não ocorre a deformação piá stica da zona de reborda e ocorre apenas a deformação plást ica, de maneira que a resistência à co mpressão é excelente.

Exemplo 2

Foi realizado um teste de avaliação da mesma maneira como no

Exemplo 1, mas nesse exemplo, o lado de perfuração da rosca macho do pino foi

25/27 dividido em uma primeira parte da faze de base e uma segunda parte da face de topo sendo dotadas de ângulo de declive diferente. Nesse exemplo, a fim de simplificar a análise, conforme ilustrado nas Figuras 6 e 8, a primeira parte e a segunda parte dos lados de perfuração eram superfícies cônicas (a saber, sendo dotadas de seção longitudinal ao longo do eixo geométrico do cano substancialmente formada por uma linha reta). O â ngulo do declive do lado de perfuração era de 10° para a primeira parte e de 45° para a segunda parte. A proporção da extensão do rebordo para a abertura de lado de perfuração era 200 (a abertura de lado de perfuração era de 0,1 mm e a extensão do rebordo era de 20 mm). Variando a altura da primeira parte do lado de perfuração, a proporção da altura da primeira parte com relação a altura de rosca total (a proporção da altura do lado de perfuração de rosca na Tabela 2) foi variada conforme ilustrado na Tabela 2. Além disso, pela variação do diâmetro da parte de extremidade da zona de rebordo, isto é, a área da superfície de ombro de extremidade do pino, a proporção da área em corte transversal das superfícies de ombro adjacentes e aquela da área em corte transversal cumulativa dos lados de perfuração engatados (efetivos) (= o produto da altura de rosca da primeira parte do lado de perfuração da rosca macho e a extensão de rosca desenvolvida da rosca engatada) com relação à área em corte transversal do corpo do cano foi variada conforme ilustrado na coluna da proporção de área em corte transversal na Tabela 2. Nessa tabela, para as condições 7, 8 e 9, a extremidade do pino foi sujeitada a estampagem de maneira a ser dotada de uma espessura de parede aumentada e, portanto, uma área em corte transversal aumentada da parte de ombro de extremidade em sua extremidade.

A análise foi realizada pela avaliação da condição da zona de rebordo (se havia deformação ou rompimento) após a aplicação de uma carga compressiva correspondendo a 100% da força de produção do corpo de cano (a saber, uma razão de compressão elást ica calculada pela fórmula acima descrita) e uma pressão externa especificada pelo API. Os resultados estão ilustrados na Tabela 2 e na Figura 14. Na Tabela 2, a área em corte transversal das superfícies de ombro adjacentes e a área em corte transversal cumulativa dos lados de perfuração engatados estão ilustrados

26/27 como a proporção (%) com relação à área em corte transversal nominal dos corpos dos canos sendo conectados pela junta rosqueada, que é calculada como 100%.

Conforme pode ser visto na Tabela 2 e na Figura 14, quando a área em corte transversal cumulativa dos lados de perfuração engatados das roscas eram maiores do que a diferença entre a área em corte transversal nominal do corpo de cano (100%) e a área em corte transversal da superfície de ombro de extremidade, isto é, quando a relação seguinte era satisfeita, a resistência à compressão da junta rosqueada excedia a resistência à compressão dos corpos de junta, e, como resultado, a zona de rebordo não deformava.

[área em corte transversal cumulativa dos lados de perfuração engatados] > [ área em corte transversal nominal de corpo de cano] - [área em corte transversal de superfícies de ombro adjac entes]

Apesar de a presente invenção ter sido explicada com relação às modalidades preferidas, essas modalidades são meramente exemplificativas e não restringem a presente invenção. Será claro para aqueles versados na técnica que as modalidades acima podem ser modificadas de várias maneiras sem se afastar do escopo da presente invenção conforme descrito nas reivindicações.

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Tabela 2

Condição	Proporção de área de corte transversal (versus área em corte transversal de corpo de cano)	Proporção da altura de lado de perfuração (versus altura de rosca total)	Nível de carga de compressão aplicada (versus força de produção de corpo de cano)	Pressão externa aplicada	(Extensão de rebordo) / (abertura de lado de perfuração das roscas)	Ocorrência de rompimento
Superfícies de ombro adjacentes	Lados de perfuração engatados cumulativos
1	30%	91%	76%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
2	30%	80%	57%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
3	30%	48%	35%	100%	API 5C3	200	deformação de rebordo
4	40%	76%	76%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
5	40%	70%	57%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
6	40%	48%	35%	100%	API 5C3	200	deformação de rebordo
7	50%	76%	76%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
8	50%	70%	57%	100%	API 5C3	200	sem rompimento
9	50%	48%	35%	100%	API 5C3	200	deformação de rebordo

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Junta rosqueada tubular compreendendo um pino (1) que é um elemento rosqueado macho formado em uma parte de extremidade de um primeiro membro tubular e uma caixa (2) que é um elemento tubular rosqueado fêmea formado em uma parte de extremidade de um segundo membro tubular, o pino (1) e a caixa (2) sendo dotados de uma zona rosqueada (11,21) e de pelo menos uma superfície de ombro de torque (14,24), a zona rosqueada macho (11) do pino (1) engatando na zona rosqueada fêmea (21) da caixa (2), a pelo menos uma superfície de ombro de torque (14) do pino (1) encostando em pelo menos uma superfície de ombro de torque (24) da caixa (2) na direção axial do cano, uma das superfícies de ombro de torque (14, 24) sendo uma superfície de ombro constituindo uma superfície de extremidade na direção transversal do membro, as roscas da zona rosqueada macho (11) e da zona rosqueada fêmea (21) sendo geralmente roscas trapezoidais que são dotadas de um topo, um lado de carga, e de um lado de perfuração e que são dotadas de uma base separando as roscas, CARACTERIZADA pelo fato de que a extensão do rebordo do membro sendo dotado de uma superfície de ombro de extremidade, que é a distância axial entre a superfície de ombro de extremidade e o lado de carga da rosca engatada mais próxima à superfície de ombro de extremidade, é pelo menos 140 vezes a abertura de lado de perfuração (73), que é a distância axial da abertura entre os lados de perfuração da rosca macho e a rosca fêmea quando o lado de carga das roscas macho e aquele da rosca fêmea contatam um no outro nas roscas engatadas do pino (1) e da caixa (2), em que a rosca de pelo menos um pino (1) e da caixa (2) é dotada de um lado de perfuração que compreende uma primeira parte na face de base e uma segunda parte na face de topo da rosca, e a segunda parte é dotada de um ângulo médio maior de declive com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta do que a primeira parte; a primeira parte é paralela ao lado de perfuração da rosca do outro membro, e a primeira parte tem uma superfície com uma primeira altura e pelo menos 50% da primeira altura sendo cônica e a segunda parte sendo uma parte chanfrada e um chanfro da parte chanfrada é um chanfro com uma segunda altura e pelo menos 50% da segunda altura sendo cônica, e em que os topos e as bases da rosca das roscas macho e fêmea são paralelos à direção axial da junta rosqueada tubular.

Petição 870180057674, de 03/07/2018, pág. 12/18
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2. Junta rosqueada tubular, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a extensão do rebordo é pelo menos 160 vezes a abertura de lado de perfuração (73).
3. Junta rosqueada tubular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a abertura de lado de perfuração (73) é de pelo menos 0,01 mm.
4. Junta rosqueada tubular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a abertura de lado de perfuração (73) é no máximo de 0,3 mm.
5. Junta rosqueada tubular, de acordo com as reivindicações 3 ou 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o ângulo do declive da primeira parte com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta varia de 5 a 25° e em que o ângulo médio de declive da segunda parte com relação a uma linha perpendicular ao eixo longitudinal da junta está na faixa de 20 a 70°.
6. Junta rosqueada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a rosca de um pino (1) ou da caixa (2) é dotada de um lado de perfuração compreendendo a primeira e a segunda partes, o ângulo do declive da primeira parte com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal é o mesmo ângulo do lado de perfuração da rosca do outro pino (1) e da caixa (2).
7. Junta rosqueada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o produto da altura na direção radial da primeira parte dos lados de perfuração e a extensão da rosca desenvolvida das roscas engatadas na zona rosqueada é maior do que a diferença entre a área de seção transversal nominal dos corpos de canos sendo conectados e a área de seção transversal radial das superfícies de ombro adjacentes (14, 24) da junta.
8. Junta rosqueada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que o ângulo do declive dos lados de carga das roscas macho e fêmea com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da junta está na variação de -5° a +5°.

Petição 870180057674, de 03/07/2018, pág. 13/18

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9. Junta rosqueada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que para a rosca do pelo menos um pino e da rosca, o lado de carga compreende duas partes na forma de uma terceira parte na face de base e uma quarta parte na face de topo de rosca, e a quarta parte é dotada de um ângulo médio maior de declive com relação a uma linha perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do que a terceira parte.
10. Junta rosqueada tubular, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a quarta parte é dotada ou de uma superfície substancialmente limitada na seção longitudinal por uma linha reta ou uma superfície abaulada.
11. Junta rosqueada tubular, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o pino (1) e a caixa (2) são dotados de uma superfície de vedação de metal para metal (13, 23) entre sua superfície de ombro (14, 24) e sua zona rosqueada (11, 21).
12. Junta rosqueada tubular, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que a superfície de vedação de metal para metal (14, 24) está disposta adjacente à zona rosqueada (11, 21).
13. Junta rosqueada tubular, de acordo com as reivindicações 11 ou 12, CARACTERIZADA pelo fato de que cada pino (1) e caixa (2) é dotado de uma região de não contato onde o pino e a caixa não contatam ou no outro entre a superfície de vedação de metal para metal (13, 23) e a superfície de ombro (14, 24).

Petição 870180057674, de 03/07/2018, pág. 14/18

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