BRPI0721621B1

BRPI0721621B1 - elemento filetado para uma junta filetada tubular resistente ao gripagem

Info

Publication number: BRPI0721621B1
Application number: BRPI0721621A
Authority: BR
Inventors: Bordet Laurent; Gillot Laurent; Pinel Éliette; Gard Éric
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp; Sumitomo Metal Ind; Vallourec Mannesmann Oil & Gas France; Vallourec Oil & Gas France
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2019-01-02
Also published as: NO342550B1; BRPI0721621A2; ES2389808T3; EP2150740B1; JP2010523920A; PL2150740T3; EP2150740A1; EP2150740B2; MX2009011010A; US20100201119A1; CA2683323A1; WO2008125740A1; CN101715524B; US20140308455A1; CN101715524A; US9395028B2; CA2683323C; NO20093128L; JP5295219B2

Abstract

elemento filetado tubular munido de um revestimento protetor seco. a presente invenção refere-se a um revestimento que compreende uma matriz sólida aderente ao substrato na qual são dispersadas partículas (11) de pelo menos um lubrificante sólido pertencente a uma única e mesma classe. a matriz sólida é lubrificante e apresenta um comportamento reológico do tipo plástico ou viscoplástico. a presente invenção pode ser usada para proteger as filetagens dos elementos filetados utilizados nos poços de hidrocarbonetos contra a corrosão e contra o gripagem.

Description

[001] A presente invenção se refere a um elemento filetado para uma junta filetada tubular.

Estado da Técnica [002] Os elementos filetados fabricados na extremidade de um componente tubular (tubo ou luva) e utilizados nos poços de hidrocarbonetos devem inicialmente ser protegidos contra a corrosão durante o transporte e a estocagem sobre o local de perfuração e para isto são tradicionalmente revestidos de graxas ou de óleos de proteção na saída do local de fabricação.

[003] Sobre poços, eles podem ter de sofrer vários ciclos de parafusação e de desaparafusamento. As operações de parafusação são feitas verticalmente sob uma forte carga axial, por exemplo, sob o peso de uma tubulação de vários metros de comprimento (tipicamente 10 a 13 metros de comprimento) a ligar pela junta filetada verticalmente, o que induz riscos de gripagem, notadamente das filetagens. Essa carga pode, além disso, ser localizada por um ligeiro desalinhamento do eixo dos elementos filetados a ligar devido ao fato de a tubulação a ligar ficar suspensa verticalmente, o que aumenta os riscos de gripagem. Assim, a figura 1 representa a ligação por uma junta filetada de duas tubulações 1 e 2 de 10 a 13 metros sobre canteiro com um desalinhamento, uma chave de parafusação 3 sendo utilizada para parafusar a parte filetada macho 4 da tubulação 1 na parte filetada fêmea 5 da tubulação 2.

[004] Para proteger as partes sensíveis, tais como as filetagens contra o gripagem, quando das operações de parafusação e de desaparafusamento, as filetagens ficam tradicionalmente livres da graxa de proteção e revestidas de graxas especiais de parafusação, tais como a graxa, segundo API Boi. 5A2 ou RP5A3. A utilização dessas graxas

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2/26 carregadas em metais pesados e/ou tóxicos, tais como o chumbo, tem, além disso, o inconveniente de dever fazer um segundo revestimento sobre poço, aquele de provocar uma poluição dos poços e do meio ambiente, o excesso de graxa sendo ejetado das filetagens, quando da parafusação.

[005] US 6 933 264 propõe substituir o duplo revestimento por um simples revestimento, realizado no local de fabricação dos elementos filetados, de uma camada fina de um lubrificante de consistência de cera (dita semisseca), compreendendo pelo menos um aditivo extrema pressão de ação química. Esse revestimento semisseco tem, todavia, o inconveniente de necessitar uma proteção mecânica contra uma poluição por partículas de poeiras ou de areia durante o transporte e a estocagem.

[006] US 4 414 247, US 4 630 849, US 6 027 145, US 6 679 526 B2, US 2004/0166341 A1 e WO 2004/033951 propõem substituir as graxas por diversos revestimentos protetores no estado sólido aplicados no local de fabricação dos elementos filetados, compreendendo uma matriz sólida aderente ao substrato, na qual são dispersadas partículas de lubrificantes sólidos, dentre os quais é mais particularmente citado o di-sulfeto de molibdênio M0S2.

[007] Esses revestimentos, embora fornecendo uma melhoria em relação às graxas, não são ainda inteiramente satisfatórios. Em particular, assiste-se frequentemente nas condições de canteiros de perfuração a uma descamação do revestimento e/ou a um arrancamento de partículas provenientes da superfície atritante deste e que são dispersadas no meio ambiente, esses incidentes acarretando o retorno do componente tubular em usina.

[008] Além disso, esses revestimentos necessitam geralmente de um endurecimento induzido por um cozimento em um forno a aproximadamente 200°C durante várias dezenas de minutos até mesmo

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3/26 mais de uma hora, o que sobrecarrega consideravelmente o ciclo de realização do revestimento, o qual não pode se encadear com a usinagem das filetagens.

[009] Além disso, eles não protegem geralmente ou suficientemente os elementos filetados da corrosão, de modo que US 6 679 526 B2 e WO 2004/033951 prevêem a aplicação de uma camada separada de um material inibidor de corrosão (sal metálico de ácido carboxílico para o primeiro documento, resina epóxi contendo partículas de zinco para o segundo).

[0010] Esse revestimento bicamada necessita dos ciclos de realização ainda mais pesados e não resolve mais os problemas de arrancamento de partículas.

[0011] A finalidade da invenção é de prevenir os inconvenientes das graxas e dos revestimentos secos ou semissecos conhecidos, e assim melhorar a situação da tribologia e da produtividade da aplicação do revestimento.

[0012] Opcionalmente, a invenção vem a melhorar a situação no que refere-se à corrosão dos elementos filetados.

[0013] Uma parafusação nas condições de trabalho, notadamente nas condições de canteiro, é uma parafusação que é feita geralmente em posição vertical na qual (I) um primeiro elemento filetado é mantido vertical e fixo, e (II) um segundo elemento filetado a parafusar sobre o primeiro elemento filetado, disposto ou solidarizado à extremidade baixa de uma tubulação, cujo comprimento pode atingir 13 metros, é mantida sensivelmente de modo vertical acima do primeiro elemento filetado por uma máquina de lavagem, o segundo elemento filetado sendo em seguida parafusado no primeiro por um dispositivo adequado, tal como uma chave de parafusação motorizada. Entende-se da mesma forma por desaparafusamento nas condições de canteiro um desaparafusamento do primeiro e do segundo elementos filetados dis

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4/26 postos verticalmente, portanto, suportando o peso de uma tubulação e sujeitos a um eventual desalinhamento, a tubulação a desparafusar ficando suspensa em uma máquina de levantamento.

[0014] A invenção visa notadamente um elemento filetado para uma junta filetada tubular resistente ao gripagem, comportando uma filetagem recoberta de um revestimento pouco espesso no estado sólido não-colante ao toque e aderente ao substrato que compreende uma matriz sólida e, nessa matriz, uma dispersão de partículas de pelo menos um lubrificante sólido.

[0015] De acordo com a invenção, a matriz sólida é lubrificante e apresenta um comportamento reológico do tipo plástico ou viscoplástico.

[0016] De acordo com um modo de realização, a dispersão de partículas de pelo menos um lubrificante sólido comporta partículas de lubrificante de uma única das classes 1, 2, 3 ou 4.

[0017] De acordo com um outro modo de realização da invenção, a matriz sólida comporta pelo menos um polímero termoplástico e meios de reaglomeração de fragmentos aptos a reaglomerar os fragmentos formados nas proximidades da superfície desse elemento filetado por atritos.

[0018] Características opcionais da invenção, complementares ou de substituição, são enunciadas a seguir:

- a matriz apresenta um ponto de fusão compreendido entre 80 e 320°C;

- o polímero termoplástico é o polietileno;

- a matriz compreende pelo menos um sabão metálico;

- o sabão é estearato de zinco;

- a matriz compreende pelo menos uma cera de origem vegetal, animal, mineral ou de síntese;

- a cera é a cera de carnaúba;

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- a matriz compreende pelo menos um inibidor de corrosão;

- o inibidor de corrosão é um derivado de sulfonato de cálcio;

- o sabão é escolhido para melhorar o tempo de aparecimento da corrosão ao teste de nevoeiro salino, segundo a norma ISO 9227;

- a matriz compreende pelo menos um polímero líquido de uma viscosidade cinemática a 100°C pelo menos igual a 850 mm²/s;

- o polímero líquido é insolúvel na água;

- o polímero líquido é escolhido dentre um polimetacrilato de alquila, um polibuteno, um poli-isobuteno e um polidialquilsiloxano;

- a matriz compreende pelo menos um agente tensoativo;

- a matriz compreende pelo menos um corante;

- a matriz compreende pelo menos um antioxidante;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 1;

- as partículas de lubrificantes sólidos são escolhidas dentre partículas de lubrificante da classe 1, com exclusão de partículas de grafite;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 1 escolhido dentre o nitreto de boro e o óxido de zinco;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 2;

- as partículas de lubrificantes sólidos são escolhidas dentre partículas de lubrificante da classe 2, com exclusão de partículas de bissulfeto de molibdênio;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 2 escolhido dentre o fluoreto de grafite, os sulfetos de estanho e os sulfetos de bismuPetição 870180136258, de 01/10/2018, pág. 14/45

6/26 to;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 4;

- as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 4 escolhido dentre o politetrafluoroetileno e a poliamida-11.

[0019] A invenção tem também por objeto uma junta filetada tubular que compreende um elemento filetado macho e um elemento filetado fêmea, caracterizado pelo fato de pelo menos um desses elementos filetados é tal como definido acima, assim como um processo de acabamento de um elemento filetado tubular, no qual se aplica pelo menos sobre a superfície da filetagem um revestimento antiengripante sólido em camada pouco espessa, tal como definido acima, após ter submetido a superfície a revestir a um tratamento de superfície própria para melhorar a adesão do revestimento.

[0020] O processo, de acordo com a invenção, pode comportar pelo menos certas das seguintes particularidades:

- levam-se os constituintes do revestimento a uma temperatura superior àquela de fusão da matriz e aplica-se em seguida o revestimento por pulverização desses constituintes, compreendendo a matriz no estado fundido;

- aplica-se o revestimento por projeção através de uma chama de pó formada pelos constituintes do revestimento;

- aplica-se o revestimento por pulverização de uma emulsão aquosa na qual os constituintes do revestimento são dispersados;

- o elemento filetado está à temperatura ambiente;

- esse tratamento de superfície é escolhido dentre os tratamentos mecânicos, os tratamentos químicos e os depósitos nãoreagentes;

- a superfície a ser revestido é uma superfície metálica e

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7/26 esse tratamento de superfície é um tratamento de conversão química dessa superfície;

- esse tratamento de conversão química é uma fosfatação;

- esse tratamento de superfície é seguido de um tratamento de impregnação da rugosidade ou das porosidades da superfície a revestir (12) por nanomateriais (11) de ação anticorrosão;

- esses nanomateriais são partículas (11) de óxido de zinco;

- esses nanomateriais têm um tamanho mediano de partículas da ordem de 200 nm;

- esses nanomateriais são aplicados sob a forma de dispersão.

[0021] As características e vantagens da invenção são expostas mais detalhadamente na descrição a seguir, com referência aos desenhos anexados.

[0022] A figura 1 representa esquematicamente duas tubulações prontas para serem ligadas por parafusação em um poço de hidrocarbonetos.

[0023] A figura 2 representa em escala ampliada uma parte da superfície da filetagem de um elemento filetado, cuja porosidade é impregnada por nanomateriais no âmbito do processo, de acordo com a invenção.

[0024] As figuras 3 e 4 representam esquematicamente dispositivos utilizáveis para a aplicação do processo, de acordo com a invenção.

[0025] A figura 5 representa esquematicamente um dispositivo para avaliar o revestimento da invenção por um teste de parafusação e desaparafusamento.

[0026] A invenção porta um elemento filetado para uma junta file

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8/26 tada tubular resistente ao gripagem. O elemento filetado é munido de uma filetagem recoberta de um revestimento pouco espesso no estado sólido não-colante ao toque e aderente ao substrato que resiste a numerosas operações de parafusação e de desaparafusamento.

[0027] O revestimento do elemento filetado compreende uma matriz sólida e pelo menos um lubrificante sólido composto de partículas dispersadas na matriz sólida.

[0028] A invenção se baseia em um estudo do comportamento tribológico de certos materiais e recorre a certas noções que são lembradas a seguir.

NOÇÕES DE BASE

Efeito de folha ou de película de transferência dos lubrificantes sólidos. [0029] Os lubrificantes sólidos em regime de lubrificação a seco e hidrodinâmica. Quando são dispersados em um material fluido ou viscoplástico, têm tendência a se fixarem sobre as superfícies de maneira estável, modificando as características de atrito destas. Eles são transferidos e ligados à superfície por ligação química, o que acarreta uma grande resistência ao desgaste e uma melhoria das propriedades de atrito. Segundo a natureza dos sólidos, isto confere às superfícies uma proteção antidesgaste, propriedades de resistência e antidesgaste às pressões extremas geradas por grandes esforços de cargas na superfície denominados esforços de Hertz, e um baixo coeficiente de atrito em um amplo espectro de cargas e de velocidades de atrito. Essas propriedades de geração de película de transferência ou de folha são utilizadas para os tipos de atrito nos quais as superfícies são solicitadas de maneira repetida, assim como ocorre quando parafusações ou desaparafusamentos dos sistemas de juntas filetadas tubulares. Terceiro Corpo de Atrito [0030] O terceiro corpo de atrito é a substância que se interpõe entre duas superfícies em contato durante o atrito.

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9/26 [0031] Na ausência de lubrificante dois corpos em atrito relativo e sob esforço produzem um terceiro corpo formado de fragmentos transformados quimicamente ou não de cada um dos corpos. Esse terceiro corpo define uma parte das propriedades de atrito por seu comportamento sob o esforço aplicado, seu mecanismo de transformação sob esforço, sua capacidade de migrar, de se fixar ou de se eliminar.

[0032] Quando um lubrificante líquido, fluido ou sólido plástico, isto é, deformando-se sob cisalhamento de maneira plástica com escoamento de matéria, é interposto entre os dois corpos, o lubrificante forma uma película que separa as superfícies dos dois corpos e constitui em si um terceiro corpo. Sua composição é modificada em regime limite, isto é, quando os esforços de atrito chegam a um contato dos materiais lubrificados, com produção de sólidos que se misturam ao lubrificante fluido ou plástico.

Propriedades às Pressões Extremas [0033] São as propriedades de certos produtos que permitem às superfícies, que sofrem esforços de Hertz muito elevados, resistir ao desgaste e deslizar com baixos coeficientes de atrito.

Esforço de Hertz ou Pressão de Hertz [0034] As superfícies de contato sob esforço de carga se deformam de maneira elástica, definindo uma zona de contato de uma certa superfície. A carga aplicada dividida por essa superfície define a pressão ou esforço de Hertz. Quando de grandes esforços de Hertz, os materiais sólidos não-plásticos podem sofrer cisalhamentos internos que reduzem sua duração devida por fadiga do material, enquanto que os materiais sólidos plásticos sofrem esse cisalhamento sem degradação estrutural.

Matriz [0035] Designa-se assim um sistema que permite fixar ou portar um princípio ativo em um local determinado. Ela serve também de

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10/26 agente de coesão para um sistema heterogêneo e pode ter funções que completam aquelas dos princípios ativos que ela liga ou porta.

[0036] A matriz sólida da invenção é notadamente lubrificante e apresenta um comportamento reológico do tipo plástico ou viscoplástico.

Sinergia [0037] Corpos que têm propriedades de base podem se combinar em um corpo complexo com características e comportamentos totalmente diferentes. No caso em que esses comportamentos levam a desempenhos superiores no acúmulo daquelas dos constituintes, fala-se de sinergia.

Viscosidade, Plasticidade, Viscoplasticidade, Comportamento Granular [0038] Existem corpos muito deformáveis ou fluidos que sofrem uma deformação finita sob o efeito de uma pressão hidrostática, e um escoamento indefinido sob o efeito de um esforço de cisalhamento mesmo pequeno. São, por exemplo, os óleos e graxas.

[0039] Existem corpos pouco deformáveis ou sólidos que sofrem uma deformação finita independentemente da natureza do esforço, pelo menos até um certo limite de esforço. É o caso dos sistemas termoendurecíveis que têm um limite elástico além do qual há degradação estrutural do material.

[0040] Existem materiais (os mais comuns) que estão compreendidos entre esses dois extremos (os materiais com comportamento elástico, plástico, viscoso, viscoplástico).

[0041] O terceiro corpo gerado ou presente, quando de um atrito, deve suas propriedades lubrificantes ou não-lubrificantes ao seu estado físico, segundo a tabela 1 a seguir.

[0042] Os materiais utilizados na matriz, de acordo com a invenção, pertencem à categoria 1 da tabela 1.

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Categoria	1	2	3
Estado físico do terceiro corpo	Sólido plástico	Sólido granular	Fluido
Descrição do comportamento	Escoamento viscoplástico	Estado de atrito-colisional	Comportamento de atrito - viscoso
Efeito	Lubrificante	Nãolubrifi cante	Lubrificante

Polímeros Termoplásticos e Termoendurecíveis [0043] A matriz sólida da invenção comporta pelo menos um polímero termoplástico.

[0044] O termo termoplástico qualifica um polímero fusível capaz de ser, de maneira reversível, amolecido, depois fundido por aquecimento respectivamente às temperaturas Tg e Tf (ponto de transição vítrea e temperatura de fusão) e solidificado por resfriamento. Os polímeros termoplásticos são transformados sem reação química. Os polímeros termoplásticos são utilizados na invenção, a fim de se conseguir sob esforço de atrito um escoamento viscoso, conservando, de maneira estática uma estrutura sólida seca (não-colante) ao toque e estável. Ao contrário, geralmente os polímeros termoendurecíveis não têm ou têm pouco comportamento viscoso sob esforço.

Sabão Metálico [0045] Esse termo recobre os sabões de metais alcalinos e alcalino-terrosos e outros metais. São compostos fusíveis que têm capacidades de escoamento entre superfícies (categoria 1 da tabela 1).

Cera [0046] Esse termo abrange substâncias fusíveis com propriedades lubrificantes de origens diversas (mineral notadamente oriunda da destilação do petróleo, vegetal, animal ou de síntese), cuja consistência mais ou menos pastosa ou dura e cuja temperatura de fusão e cujo

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12/26 ponto de gota podem variar em importantes proporções segundo sua natureza.

Inibidores de Corrosão.

[0047] São aditivos que conferem a um material líquido ou sólido, aplicado sobre uma superfície, a capacidade de proteger essa superfície de diferentes modos de corrosão. Esses inibidores de corrosão funcionam segundo diversos mecanismos químicos, eletroquímicos ou físico-químicos.

Lubrificantes Sólidos.

[0048] Um lubrificante sólido é um corpo sólido e estável que, intercalando-se entre duas superfícies de atrito, permite reduzir o coeficiente de atrito e reduzir o desgaste e o dano das superfícies.

[0049] Esses corpos podem ser classificados em diferentes categorias definidas por seu mecanismo de funcionamento e sua estrutura. Essas categorias são, por exemplo, descritas nos documentos de curso intitulado “os lubrificantes sólidos” dispensado pelo Sr. Eric Gard à École Nationale Supérieure des Pétroles et Moteurs (France).

Classe 1: corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes à sua estrutura cristalina, por exemplo, grafite, nitreto de boro BN, óxido de zinco ZnO.

Classe 2: corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes, por um lado, à sua estrutura cristalina e, por outro lado, a um elemento químico reagente de sua composição, por exemplo, bissulfeto de molibdênio M0S2, fluoreto de grafite, sulfetos de estanho, sulfetos de bismuto.

Classe 3: corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes à sua reatividade química, por exemplo, certos compostos químicos de tipo tio-sulfatos (por exemplo, Desilube 88 comercializado por Desilube Technology Inc.).

Classe 4: corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes a

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13/26 um comportamento plástico ou viscoplástico sob esforço de atrito, por exemplo, politetrafluoroetileno PRFE, poliamidas.

[0050] De maneira a se conseguirem bons desempenhos em termos de atrito e de constituição de película de transferência lubrificante sólida, a invenção utiliza partículas de lubrificantes sólidos pertencentes a uma das classes precedentes.

[0051] Os inventores têm preferencialmente utilizado como lubrificantes sólidos compostos de classe 2 e notadamente compostos pouco utilizados até aqui, tais como os fluoretos de grafite, os sulfetos complexos de estanho ou de bismuto. Esses compostos diferem, segundo os inventores, dos produtos lubrificantes sólidos tradicionais, tais como grafite, o bissulfeto de molibdênio ou o bissulfeto de tungstênio por sua maior capacidade de ligação com os metais e seus desempenhos às pressões extremas amplamente mais elevados.

[0052] Os inventores pesquisaram notadamente soluções que utilizam grafite, capaz de facilitar o aparecimento de corrosão, nem bissulfeto de molibdênio, esse composto sendo conhecido para ser instável notadamente em presença de umidade e liberar o óxido de enxofre corrosivo pelo aço ou sulfeto de hidrogênio tornando eventualmente o aço sensível à ruptura diferida sob esforço pelo hidrogênio (trincas induzidas por sulfeto ou SSC).

Fulerenos [0053] São materiais moleculares que têm uma estrutura sob a forma de tubos fechados ou abertos ou de esferas fechadas ou abertas, em monocamada ou em multicamadas. Os fulerenos esféricos têm um tamanho de algumas dezenas de nm em multicamada. Eles agem sobre as superfícies, bloqueando, de maneira estável, os locais criados pela rugosidade de superfície e bloqueando as degradações do tipo escama.

Tipos de Esforços

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14/26 [0054] A invenção considera os diferentes esforços aos quais são submetidas as juntas filetadas tubulares, quando de seu funcionamento.

Atritos com Baixas e Elevadas Velocidades, Pequenos e Elevados Esforços de Hertz [0055] O sistema de atrito, quando da parafusação e do desaparafusamento das juntas filetadas é tornado complexo pela grande variedade de velocidades de atrito encontrada. Com efeito, as velocidades podem ser relativamente importantes no decorrer da parafusação e quase nulas em fim de parafusação ou no começo de desaparafusação.

[0056] Por outro lado, os esforços de Hertz são muito importantes nos mesmos períodos de atrito, levando a regimes limites. Os inventores buscaram, portanto, definir um sistema que responde a esses esforços.

[0057] Para resolver os problemas devido aos esforços cinéticos, os inventores desenvolveram uma matriz, cujas propriedades são de característica plástica levando a um escoamento viscoso sob esforços e respondendo a todas as situações de velocidade encontradas. A utilização de vários constituintes é necessária para os sistemas de maiores desempenhos, a fim de adaptá-los a essa grande variedade de cisalhamentos. Essa matriz permite manter os outros elementos ativos no lugar e contribui para a elaboração de folhas ou películas de transferência estáveis.

[0058] As resinas termoplásticas que possuem geralmente características plásticas foram escolhidas e os inventores privilegiaram o polietileno dentre o conjunto dos polímeros viscoplásticos tais como a poliamida 6, a poliamida 11 e o polipropileno, que apresentam problemas de aplicação em razão de sua elevada viscosidade no estado fundido. Dentre as qualidades de polietileno, a escolha se referiu àquePetição 870180136258, de 01/10/2018, pág. 23/45

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Ias que têm pontos de fusão superiores a 105°C.

[0059] Para bloquear os fragmentos oriundos dos atritos sobre a superfície e assim eliminar as possibilidades de poluição do meio ambiente, a invenção prevê, além disso, meios de reaglomeração de fragmentos capazes de reaglomerar os fragmentos oriundos dos atritos no nível da superfície de contato dos elementos filetados. Esses meios de reaglomerações permitem reaglomerar os fragmentos logo que eles são formados.

[0060] Os inventores descobriram notadamente que certos sabões metálicos, certas ceras e certos polímeros podem ser utilizados como meios de reaglomeração.

[0061] Os inventores sobretudo constataram experimentalmente que uma melhoria das propriedades de reaglomeração dos fragmentos e da plasticidade da matriz é obtida pela adjunção de meios de reaglomeração de tipo sabão metálico, dentre os quais os sabões de cálcio, de bismuto e de zinco que deram excelentes resultados em número de parafusação e desaparafusamento nas condições de canteiro descritas mais acima. Dentre esses sabões, o estearato de zinco foi selecionado para sua intervenção em sinergia com os inibidores de corrosão estudados a seguir.

[0062] A incorporação na matriz de corpos graxos naturais, tais como a cera de carnaúba, permite também otimizar as propriedades de reaglomeração dos fragmentos, quando das operações de parafusação-desaparafusamento.

[0063] De maneira a responder nas condições quase estáticas às dificuldades de lubrificação limite com conjunção de cargas de atrito muito elevadas, os inventores elaboraram um sistema de aditivos adequado, compreendendo um lubrificante sólido constituído de partículas dispersadas em uma matriz sólida. Os aditivos EP (extrema pressão) clássicos, por exemplo, à base de compostos sulfurados do gênero

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16/26 descrito no documento EP1313827 funcionam apenas quando as solicitações na superfície lhes permitem reagir, o que só ocorre em certos domínios de carga e de velocidade de atrito. Os inventores preferiram utilizar lubrificantes sólidos, capazes de garantir um regime lubrificado mesmo em condição quase estática.

[0064] Os inventores utilizaram, em particular, um ou vários lubrificantes sólidos em classe 2.

Meio Ambiente Hostil (umidade salina ou não) [0066] Em função das exigências de proteção anticorrosão de superfície, pode ser necessário incorporar na matriz inibidores de corrosão. Dentre estes, os derivados de sulfonatos de cálcio e mais particularmente aqueles provenientes da associação de óxido de cálcio e de sulfonatos de cálcio em um meio constituído de ceras, de resinas petrolíferas ou de parafinas, tais como produto comercializado pela sociedade LUBRIZOL sob a denominação ALOX 606 se mostraram particularmente de bom desempenho, mas outros compostos podem também ser utilizados, tais como aqueles de tipo aminado, amino borato, amina quaternária, sulfonato superalcalinizado sobre polialfaolefina, fosfossilicato de estrôncio, fosfossilicato de zinco, borato carboxilato.

[0067] A resistência à corrosão pode ainda ser melhorada, associando o inibidor de corrosão selecionado a compostos que agem segundo outros mecanismos, bloqueando a corrosão. Conforme indicado mais acima, o estearato de zinco, em particular, mostra propriedades sinérgicas com os inibidores de corrosão, contribuindo amplamente para o comportamento lubrificante da matriz.

[0068] O teste principal da proteção anticorrosão é o teste ao nevoeiro salino realizado segundo a norma ISO 9297 e avaliado pelo índice Re segundo ISO EM 2846-3 sobre placa tratada por fosfatação ao manganês (depósito de 8 a 20 g/m² de fosfato).

Utilização em Meio Ambiente Protegido (dificuldades de compatibilidaPetição 870180136258, de 01/10/2018, pág. 25/45

17/26 de com o meio ambiente).

[0069] A composição da matriz é prevista para bloquear os fragmentos oriundos dos atritos sobre a superfície, a fim de eliminar as possibilidades de poluição do meio ambiente. Graças à composição apropriada da matriz, esses fragmentos se reaglomeram logo que são formados.

[0070] A fim de colocar em evidência essa propriedade os inventores incluíram nos protocolos experimentais procedimentos de medida quantitativa por pesagem dos fragmentos gerados, quando do atrito. Eles puderam assim constatar a eficácia dos meios de reaglomeração de tipo sabões metálicos e ceras.

[0071] Todavia, segundo as composições estudadas, uma insuficiência de desempenho em termos de reaglomeração levou a pesquisar outros tipos de produto com função reaglomerante. Assim é que consideraram a influência de polímeros muito viscosos, tais como polimetacrilatos de alquila (PAMA), polibutenos, poli-isobutenos e polisiloxanos, excelentes resultados ao teste de reaglomeração dos fragmentos sendo obtidos com um PAMA de uma viscosidade cinemática de 850 mm²/s a 100°C comercializado pela sociedade ROHMAX sob a denominação VISCOPLEX 6-950.

[0072] O exame, após ciclos de parafusação e de desaparafusamento, de duas filetagens munidas de um revestimento, de acordo com a invenção, do qual um somente contém um PAMA mostra que com esse revestimento os fragmentos produzidos pelo atrito se aglomeraram e incorporaram sobre a superfície de atrito, sem provocar poluição externa, enquanto que com o outro revestimento os fragmentos permanecem dispersados.

Aplicabilidade do Revestimento [0073] Para melhorar o encaixe e o aspecto do revestimento à temperatura ambiente, pode ser necessário acrescentar pelo menos

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18/26 um agente tensoativo à matriz.

[0074] Assim, os inventores consideraram mais especialmente a adição de 2% ou menos de silicone tensoativo, de preferência o polidimetilsiloxano, ou o DC56 (comercializado pela sociedade DOW CORNING).

[0075] Outros compostos, polímeros ou não, tendo propriedades similares de tensoatividade podem também ser considerados.

[0076] A invenção associa assim dois grupos de produtos, com utilização sistemática das interações sinérgicas entre estes:

- os constituintes da matriz;

- um ou uns lubrificantes sólidos de uma mesma classe.

[0077] O processo, de acordo com a invenção, comporta um preparo de superfície dos elementos a lubrificar.

[0078] Testes de parafusação e de desaparafusamento mostraram que, para se conseguir o estabelecimento de uma película de transferência correta, era necessário modificar a superfície a revestir seja por um tratamento mecânico, tal como uma areação ou granulação, seja por uma modificação física ou química das superfícies por meio de um tratamento reagente à base de depósitos minerais cristalizados na superfície, de um ataque químico, por exemplo, por um ácido, de um tratamento de fosfatação ao zinco ou ao manganês ou de uma oxalatação, levando a uma camada de conversão química da superfície. Dentre esses tratamentos de superfície, a fosfatação é preferida, pois ela permite obter uma superfície de encaixe correta, levando ao estabelecimento de uma película de transferência resistente, quando do atrito e muito estável, assim como uma proteção anticorrosão de base.

[0079] É possível, por outro lado, ser desejável proceder a um preparo de superfície complementar que consiste notadamente em impregnar a porosidade da superfície por nanomateriais, cujo tamanho lhe permite se inserir nas porosidades. O objetivo dessa impregnação

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19/26 é de bloquear e de saturar os locais criados pela porosidade por um material de ação passiva, protegendo a superfície contra a corrosão, conservando uma boa aderência do revestimento.

[0080] A figura 2 mostra esquematicamente a impregnação de partículas 11 em locais de porosidade 12 de um substrato metálico 13.

[0081] Os inventores constataram melhorias de desempenho no teste ao nevoeiro salino, segundo as normas pré-citadas (aumento de 20% do tempo de aparecimento da corrosão), inserindo partículas de óxido de zinco de tamanho nanométrico (200 nm em média), aplicadas em dispersão simples na água.

[0082] De maneira a permitir uma identificação visual das superfícies tratadas, podem-se utilizar quaisquer corantes orgânicos conhecidos com teores tais (1%, por exemplo), que não degradem os desempenhos de atrito.

[0083] Para preservar o revestimento da degradação por oxidação devido, por exemplo, ao calor, pode-se acrescentar um ou vários antioxidante(s). Os compostos polifenólicos, os derivados de naftilamina e as fosfitas orgânicas constituem as principais famílias de antioxidantes. Os inventores escolheram mais particularmente uma combinação dos produtos IRGANOX® L150 (sistema de antioxidantes polifenólicos e aminados) e IRGAFOS® 168 (fosfita de tris (2,4-di-terc-butilfenila) da sociedade Ciba-Geigy.

[0084] A invenção refere-se também aos modos de aplicação do revestimento, permitindo uma facilidade de utilização industrial. Diferentes técnicas são utilizáveis para isso, aquelas que aparecem como as mais apropriadas sendo descritas a seguir.

[0085] A técnica de pulverização no estado fundido consiste em manter o produto à elevada temperatura em fase líquida e em pulverizá-lo por meio de uma pistola de pulverização termostatada. O produto é aquecido entre 10 e 50°C acima de sua temperatura de fusão e pul

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20/26 verizado sobre uma superfície preaquecida a uma temperatura superior à temperatura de fusão, a fim de se conseguir um bom recobrimento da superfície.

[0086] Como variante, a pulverização é feita sobre um elemento filetado não preaquecido (isto é, mantido à temperatura ambiente). A composição do revestimento é, então, adaptada por adição de uma pequena quantidade de agente tensoativo, por exemplo 2% no máximo e preferencialmente 0,6 a 10% de silicone tensoativo, de preferência, o polidimetilsiloxano ou o DC56 (comercializado pela sociedade DOW CORNING).

[0087] A figura 3 representa um exemplo de instalação para a aplicação do processo. O produto 20 é fundido em uma cuba 21, com agitação por um agitador com hélice 22, depois enviado por uma bomba com vazão regulável 24, através de uma tubulação 25, a uma cabeça de pulverização 23 também alimentada com ar por um compressor 26. Os compostos 21 e 23 a 26 são regulados em temperatura.

[0088] Uma outra técnica é aquela da aplicação em emulsão, na qual o produto é pulverizado sob a forma de emulsão aquosa. A emulsão e o substrato podem estar à temperatura ambiente, um tempo de secagem sendo então necessário. Esse tempo de secagem pode ser consideravelmente reduzido, preaquecendo o produto entre 60 e 80°C e/ou a superfície entre 50 e 150°C.

[0089] A figura 4 ilustra a técnica de pulverização térmica ou pulverização através de uma chama. Nesse caso, o produto 30 sob a forma pulverulenta é projetado sobre a superfície a ser revestida por meio de uma pistola 31 alimentada com ar 32 e com gás combustível

33. O pó se funde atravessando a chama 34 e recobre, de maneira homogênea, o alvo.

EXEMPLOS [0090] Parte-se de uma junta filetada de tipo VAM TOP HC de di

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21/26 âmetro nominal 177,8 mm (7 in) e de massa linéica 43,15 kg/m (29 Ib/ft) em aço ligeiramente ligado (grau L80), segundo ficha técnica editada pela divisão OCTG da sociedade Vallourec & Mannesmann Tubes.

[0091] O elemento filetado macho sofreu antes aplicação do revestimento uma fosfatação ao zinco (peso de camada compreendido entre 4 e 20 g/m²) e o elemento filetado fêmea uma fosfatação ao manganês (peso de camada compreendido entre 8 e 20 g/m²). Os elementos filetados são preaquecidos a 130°C aplica-se aí por pulverização térmica uma camada de 35 pm de espessura de um produto mantido fundido a 150°C, tendo a composição ponderai de um dos exemplos I a VI a seguir, nos quais:

- o polietileno é aquele comercializado pela sociedade CLARIANT sob a denominação PE 520;

- a Cera de Carnaúba é aquela comercializada pela sociedade NOVEON sob a denominação LANCO 1955 SF;

- o estearato de zinco é aquele comercializado pela sociedade PETER GREVEN sob a denominação LIGASTAB ZN70;

- o PAMA (polimetacrilato de alquila) é aquele comercializado pela sociedade ROHMAX sob a denominação VISCOPLEX 6950;

- o derivado de sulfonato de cálcio é aquele comercializado pela sociedade LUBRIZOL sob a denominação ALOX 606;

- o silicone (elemento tensoativo) é aquele comercializado pela sociedade DOW CORNING sob a denominação DC56; o silicone se apresenta sob a forma de emulsão;

- os antioxidantes, por um lado, uma mistura de amina e de fenol aromáticos e, por outro lado, fenil-fosfato, são aqueles comercializados pela sociedade CIBA-GEIGY respectivamente sob a denominação IRGANOX L150 e IRGAFOS 168;

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- o nitreto de boro é aquele comercializado pela sociedade EXK sob a denominação BN;

- o óxido de zinco é aquele comercializado pela sociedade SILAR S.A sob a denominação ZnO;

- o fluoreto de grafite é aquele comercializado pela sociedade ARC sob a denominação CFx;

- o di-sulfeto de estanho é aquele comercializado pela sociedade CHEMETALL sob a denominação SnS2;

- o politetrafluoro etileno é aquele comercializado pela sociedade SILAR S.A. sob a denominação PTFR;

- a poliamida-11 é aquela comercializada pela Sociedade ARKEMA sob a denominação RILSAN B.

EXEMPLO I: lubrificante sólido de classe 1

PE 520	9,0%
LANCO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%
BN(lubrificante sólido Classe 1)	10,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%

EXEMPLO II: lubrificante sólido de Classe 2

PE 520	9,0%
LANCO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%

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CFx(lubrificante sólido Classe 2)	10,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%
EMPLO III: Lubrificante sólido de Classe 4

PE 520	9,0%
LANCO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%
PTFE(lubrificante sólido Classe 4)	10,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%
EMPLO IV: Conjunção sinérqica de dois lubrii	ficantes sólidos	de

Classe 1

PE 520	9,0%
LANCO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%
BN(lubrificante sólido Classe 1)	2,0%
ZnO (Lubrificante sólido Classe 1)	8,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%
EMPLO V: Conjunção sinérqica de dois lubrii	ficantes sólidos	de

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Classe 2

PE 520	9,0%
LANÇO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%
CF(lubrificante sólido Classe 2)	2,0%
SnS2 (Lubrificante sólido Classe 2)	8,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%
EMPLO VI: Conjunção sinérqica de dois lubrii	ficantes sólidos	de

classe 4

PE 520	9,0%
LANCO 1955SF	15,0%
LIGASTAB ZN70	15,0%
VISCOPLEX 6-950	5,0%
DC56	1,0%
RILSAN B (lubrificante sólido Classe 4)	2,0%
PTFE (Lubrificante sólido Classe 4)	8,0%
ALOX 606	44,5%
IRGANOX L150	0,3%
IRGAFOS 168	0,2%

[0092] Os exemplos I a VI podem ser vistos como revestimentos, cuja composição ponderai está nas seguintes faixas:

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Matriz	70 a 95%
Lubrificantes sólidos	5 a 30%

[0093] No que refere-se, a matriz pode ser vista como tendo a composição ponderai nas seguintes faixas:

Polietileno homopolímero	8 a 90%
Cera de carnaúba	5 a 30%
Estearato de zinco	5 a 30%
Derivado de sulfonato de cálcio	0 a 50%
Polimetacrilato de alquila	0 a 15%
Corante	0 a 1%
Antioxidante	0 a 1%
Silicone (elemento tensoativo)	0 a 2%

[0094] O silicone é, de preferência, o polidimetilsiloxano ou o DC56 (comercializado pela sociedade DOW CORNING).

[0095] Opcionalmente, o revestimento compreende moléculas de pelo menos um fulereno de geometria esférica.

[0096] Na prática, a espessura do revestimento está geralmente compreendida entre 10 pm e 50 pm.

[0097] O revestimento pode ser também aplicado sobre uma superfície de vedação apta a estar em contato firme de vedação com uma superfície de vedação correspondente de um segundo elemento filetado após ligação por parafusação dos dois elementos filetados.

[0098] Para simular condições de trabalho, procede-se a um teste de parafusação e de desaparafusamento, no qual a luva 40 (figura 5) que comporta o elemento fêmea é mantida verticalmente no freio fixo de uma chave de parafusação e do elemento macho, formado na extremidade inferior de uma tubulação curta 42 dita “junta pup” disposta verticalmente, é pré-parafusada manualmente no elemento fêmea.

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26/26 [0099] O elemento macho é, então, preso no freio móvel 44 da chave de parafusação e parafusado no elemento fêmea com uma velocidade de rotação inicial de 16 rpm, e diminuição da velocidade em fase final até anulação, quando é atingido um binário nominal de parafusação da junta filetada não revestida, que é de 20 100 N.m no exemplo.

[00100] O desaparafusamento é feito de maneira simétrica, isto é, a uma velocidade de rotação crescente.

[00101] Vários ciclos de parafusação e de desaparafusamento puderam ser realizados nessas condições sem degradação das partes constitutivas dos elementos filetados.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento filetado para uma junta filetada tubular resistente ao gripagem, compreendendo uma filetagem recoberta de um revestimento pouco espesso no estado sólido não-colante ao toque e aderente ao substrato que compreende uma matriz sólida e, nessa matriz, uma dispersão de partículas de pelo menos um lubrificante sólido, caracterizado pelo fato de que a matriz sólida é lubrificante e apresenta um comportamento reológico do tipo plástico ou viscoplástico, em que essa dispersão de partículas de pelo menos um lubrificante sólido compreende partículas de lubrificante de uma única das classes 1, 2, 3 ou 4, em que:

Classe 1 compreende corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes à sua estrutura cristalina, por exemplo, grafite, nitreto de boro BN, óxido de zinco ZnO;

Classe 2 compreende corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes, por um lado, à sua estrutura cristalina e, por outro lado, a um elemento químico reagente de sua composição, por exemplo, bissulfeto de molibdênio M0S2, fluoreto de grafite, sulfetos de estanho, sulfetos de bismuto;

Classe 3 compreende corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes à sua reatividade química, por exemplo, certos compostos químicos de tipo tio-sulfatos; e

Classe 4 compreende corpos sólidos que devem suas propriedades lubrificantes a um comportamento plástico ou viscoplástico sob esforço de atrito, por exemplo, politetrafluoroetileno PRFE e poliamidas.
2. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que essa matriz apresenta um ponto de fusão compreendido entre 80 e 320°C.
3. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

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2/5 caracterizado pelo fato de que a matriz comporta pelo menos um polímero termoplástico e meios de reaglomeração de fragmentos, aptos a reaglomerarem os fragmentos formados nas proximidades da superfície desse elemento filetado por atritos.
4. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o polímero termoplástico é o polietileno.
5. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos um sabão metálico.
6. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sabão é o estearato de zinco.
7. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos uma cera de origem vegetal, animal, mineral ou de síntese.
8. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a cera é a cera de carnaúba.
9. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que essa matriz compreende pelo menos um inibidor de corrosão.
10. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o inibidor de corrosão é um derivado de sulfonato de cálcio.
11. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende um polímero líquido de uma viscosidade cinemática a 100°C igual a 850 mm²/s.
12. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o polímero líquido é insolúvel na água.
13. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 11 ou

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12, caracterizado pelo fato de que o polímero líquido é escolhido dentre um polimetacrilato de alquila, um polibuteno, um poli-isobuteno e um polidialquilsiloxano.
14. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos um agente tensoativo.
15. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos um corante.
16. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a matriz compreende pelo menos um antioxidante.
17. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de lubrificantes sólidos são escolhidas dentre partículas de lubrificante da classe 1, com exclusão de partículas de grafite.
18. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 1 escolhido dentre o nitreto de boro e o óxido de zinco.
19. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de lubrificantes sólidos são escolhidas dentre partículas de lubrificante da classe 2, com exclusão de partículas de bissulfeto de molibdênio.
20. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 2 escolhido dentre o fluoreto de grafite, os sulfetos de estanho e os sulfetos de bismuto.

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21. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de lubrificantes sólidos compreendem partículas de pelo menos um lubrificante sólido de classe 4 escolhido dentre o politetrafluoroetileno e a poliamida-11.
22. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que a composição ponderai da matriz é conforme a seguir:

Polietileno homopolímero: 8 a 90%;

Cera de carnaúba: 5 a 30%;

Estearato de zinco: 5 a 30%;

Derivado de sulfonato de cálcio: 0 a 50%;

Polimetacrilato de alquila: 0 a 15%;

Corante: 0 a 1%;

Antioxidante: 0 a 1%; e

Silicone (elemento tensoativo): 0 a 2%.
23. Elemento filetado, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o silicone é o polidimetilsiloxano.
24. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que a composição ponderai do revestimento é conforme a seguir:

Matriz: 70 a 95%; e

Lubrificantes sólidos: 5 a 30%.
25. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de que a espessura do revestimento está compreendida entre 10 pm e 50 pm.
26. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado pelo fato de que o revestimento é também aplicado sobre uma superfície de vedação apta a estar em contato firme de vedação com uma superfície de vedação correspondente de um segundo elemento filetado após ligação por parafusação

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5/5 dos dois elementos filetados.
27. Elemento filetado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 26, caracterizado pelo fato de que esse revestimento compreende moléculas de pelo menos um fulereno de geometria esférica.