BRPI0919709A2 - composição de lubrificação com um coeficiente de atrito adaptável para um elemento roscado de um componente de ligação tubular roscada - Google Patents

Abstract

"composição de lubrificação com um coeficiente de atrito adaptável para um elemento roscado de um componente de ligação tubular roscada". a presente invenção refere-se a uma composição de lubrificação de formação de filme para o enroscamento de ligações roscadas, destinada a cobrir, pelo menos, uma rosca (fe, fi) e uma zona (bvm, bvf) de encosto de enroscamento de um elemento (em, ef) roscado de um componente (t2, ti) de uma ligação (jf) tubular roscada com uma película de estado sólido que adere à rosca (fe, fi) e à referida zona (bvm, bvf) de encosto de enroscamento, estando a referida zona (bvm, bvf) de encosto de enroscamento destinada a assentar em outra zona (bvf, bvm) de encosto de outro componente (ti, t2) da referida ligação (jf) tubular roscada durante a fase terminal de enroscamento e compreendendo a referida composição de lubrificação uma matriz. a matriz compreende ainda, pelo menos, um material reologicamente resistente selecionado de modo a conferir à referida composição, como um complemento da lubrificação, um binário de contato de escoramento que é, pelo menos, igual a um valor de limiar.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPOSIÇÃO DE LUBRIFICAÇÃO COM UM COEFICIENTE DE ATRITO ADAPTÁVEL PARA UM ELEMENTO ROSCADO DE UM COMPONENTE DE LIGAÇÃO TUBULAR ROSCADA,

A presente invenção refere-se a componentes de ligações tubulares roscadas utilizadas, por exemplo, em aplicações petrolíferas e, mais precisa mente, á lubrificação de parte(s) do(s) etemento(s) roscado(s) de componentes de ligação tubulares roscados compreendendo uma zuna da encosto de en roseamente.

O termo componente”, como aqui utilizado, designa qualquer elemento ou acessório destinado a ser ligado, pur enrosoamento, a outro componente para constituir uma ligação tubular roscada com esse outre componente. O componente pode, por exemplo, ser um tubo com um comprimento relativamenie grande (em particular. com um comprimento de, a15 proximadamente, dez metros), um acoplamento tubular com um comprimento de algumas dezenas de centímetros, um acessório para esses tubos (um dispositivo de suspensão, uma ponte, uma válvula de segurança, uma manga aparafusada esimilares).

Um componente deste tipo pode., por exemplo, ser utilizado na 20 perfuração ou operação de um poço. Neste caso, os componentes são unidos de modo a serem iíitroduzldos nos poços de hidrocarbonetos ou similares e constituir uma coluna de perfuração, uma coluna de tubos de revestimento ou tubagem ou ainda uma coluna de tubos de produção (colunas de exploração),

Os elementos roscados produzidos na extremidade de um componente (tubo ou acoplamento} devem, primeiro que tudo, ser protegidos contra corrosão durante o transporte e armazenamento atè ao local de perfuração e.. com esta finalidade, são, tradicionalmente, revestidos com massa ou óleo de proteção quando saem da instalação de produção.

No poço, podem ter que se submeter a várias operações de enroscamente s desenroscamento, Uma operação de enroscamento ê definida por um perfil {ou curva) que expressa o binário de enroscamento {ou aperto) em função do número de voltas realizado. Um exemplo de um perfii de binário de enroscamento correspondendo a uma ligação de rosea de alia qualidade com roscas afuniladas é mostrado, esquematícamente, na figura 1 Como pode ser visto, um perfil de binário de enroscamento pode ser, de um 5 modo geral, dividido em quatro partes? uma primeira parte P1, durante a qual as roscas externas do elemento roscado macho (ou pino) de um primeira componente de uma ligação tubular roscada não interferem ainda, radialmente, com as roscas internas do elemento fêmea roscado correspondente (ou caixa) de um segundo componente dessa mesma ligação tubular rosca10 da; uma segunda parte P2, durante a qual a interferência geométrica das roscas dos elementos, macho e fêmea, roscados gera um aperto radial (interferência) que aumenta à medida que o enroscamento continua (gerando um pequeno, mas crescente, binário de enroscamento); uma terceira parte P3, durante a qual uma superfície de vedação na periferia externa da parte 15 de extremidade do elemento roscado macho interfere radialmente com uma superfície de vedação correspondente de elemento fêmea roscado para produzir uma vedação metaífmetal; uma quarta parte P4, durante a qual a superfície de extremidade frontal do elemento roscado macho esta encostada axiaimenle à superfície anelar de uma zona de encosto de enroscamento do 20 elemento fêmea roscado, Esta quarta parte P4 corresponde à fase tenninai do enroscamento.

O binário CAB de enroscamento que corresponde ao fim da terceira parte P3 e ao início da quarta parte P4 é denominado binário de contato de escoramento. O binária CP da enroscamento que corresponde ao fim 25 da quarta parte P4 é denominado o binário de píastífícação. Para lã deste binário CP de piastif inação, assume-se que a zuna de encosto de enroscamento macho (parte de extremidade do elemento roscada macho) e/ou a zona de encosto de enroscamento fêmea (zona situada atrás da superfície de encosto anelar do elemento roscado fêmea) sofre uma deformação plàs30 tíc-a, que pude degradar o desempenha de vedação de contato das superfícies de vedação. A. diferença entre estes valores de binário CP de plastificação e binário CAB de contate de escoramento é denominada binário CSB

3/31 sobie resistência de contato (CSB ~ CP - CAB)

Urna ligação tubular roscada é submetida a um aperte optimizedo no fim do earossameatc. que è a medida da resistência mecânica optimizada do conjunto roscado, por exemplo, no que se refere às resistências à 5 tração, mas também no que se refere aos desenroscamentos acidentais em serviço, e do desempenho de vedação optimizado. O projetista da ligação roscada deve, assim, definir, para um determinado tipo de ligação roscada., o valor do binário de enroscamento optimizado que deve, para todos os conjuntos desse tipo de ligação, ser menor que o binário CP de plastificação 10 (para evitar a plasiificaçao das zonas de encosto e as subsequentes desvantagens) e maior que o binário CAB de contato de escoramento. A conclusão do enroscamento com um binário inferior ao CAB não garante uma posição relativa correta para os elementos macho e fêmea e, assim, um aperto apropriado das suas superficies de vedação. O valor efetivo de um binário CAB 15 de contato de escoramento flutua muito de um conjunto para outro para o mesmo tipo de ligação dado que depende dos diâmetros nominais das roscas e da(s) superficie(s) de vedação macho e fêmea, e o binário de enroscamento optimizado deve ser substancsaimsnte maior que o binário CAB de contato de escoramento. Consequentemente, quanto maior for o valor do .20 binário CSB sobre resistência de contato, maior a margem para definir o binário de enroscamento optimizado e mais resistente será a ligação roscada no que se refere a tensões operacionais.

Para proteger partes sensíveis, tais como as roscas, contra gripagem durante operações de enroscamento e desenroscamento, as roscas 25 são, tradicionalmente, desembaraçadas de massa protetora e revestidas com massa de enroscamento especial, tais corno API RP 5A3 (anteriormente API Buil.5A2). A utilização desta massa carregada de rnetais pesados e/ou tóxicos, tais corno chumbo, para além da desvantagem de ter de se proceder a um segundo revestimento na cabeça do poço, apresenta a des30 vantagem de poluir o poço e o ambiente, dado que a massa excessiva é retirada das roscas durante o enroscamento.

Propuseram-se outras tipos de proteção.

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Assím._; propôs-se substituir os dois revestimentos sucessivos de massa por urn sò revestimento, sendo o referido revestimento efetuado na instalação de produção dos elementos roscados, de uma fina camada de um lubrificante com uma consistência pastosa ou cerosa denominada samisseca 5 compreendendo. pela menos, um aditivo de resistência a pressões extremas com uma ação química. Essa camada fina constitui uma cobertura semisseca que apresenta a desvantagem de exigir proteção mecânica contra a poluição por partículas de poeira ou areia durante o transporte e armazenarnen·· tc

Outras propostas visam substituir a massa por vários revestimentos de estado sóhdo protetores aplicado na instalação de produção de elementos roscados e compreendendo uma matriz sólida quer adere ao substrato na qual partículas de lubrificante(s) sòlído(s) estão dispersas; mais particularmente, pode salientar-se o dissuifureto de molíbdênio M0S₂

O documento WO-2006/104251 descrita uma ligação enrascada compreendendo uma camada viscosa lubrificante coberta com uma película sólida seca. A película não ê lubrificante. A camada de lubrificante não està no estad o sólido.

O perdido de patente Francês 0'702634, nãa publicado à data de apresentação, refere-se a uma composição de lubrificação compreendendo um aditiva de travagem disperso em urna matriz e selecionado para dotar a composição, corno um complemento da lubrificação, com um coeficiente de atrito, que é selecionado para obter um binária sobre resistência de contato, pelo menos, igual a um valor de limiar.

Assim, a invenção visa melhorar a situação e, mais precisamente, proporcionar uma composição de lubrificação (ou revestimento} com um coeficiente de atrito que é selecionado de modo a obter um vaiar selecionada para o binário sobre resistência de contato definido a partir do que foi obtida para a mesma ligação roscada com elementos roscados revestidas com uma massa de norma API RP 5A3, para permitir a utilização de um vaiar padrão de binário de enrosoamer-to optimizado (vaiar padrãa determinado pela massa API RP 5A3). Com isto, pode evitar-se reduzir α valor do binário de enroscamento optimizado para este tipo de ligação e para a massa API de referência e, ern cases extremos, evitar o fato de não se conseguir garaní<r a função da zona de encosta.

Para isso, a invenção propõe urna composição de lubrificação de formação de filme para o enroscamento de ligações roscadas, destinada a cobrir, pelo menos, uma rosca e uma zona de encosto de enroscarnento de um elemento roscado de um componente de uma ligação tubular roscada com uma película de estado sólido que adere à rosca e á zona de encosto de enroscarnento subjacente, estando a referida zona de encosto de enros10 sarnento destinada a assentar em outra zona de encosto de outro componente da referida ligação tubular roscada durante a fase terminal de enroscarnento e compreendendo a referida composição da lubrificação uma matriz. A matriz compreende, pelo menos, um material Teologicamente resistente selecionado de modo a conferir à referida composição, como um comple15 mento da lubrificação, um valor de binário sobre resistência da contato que é, peio menos, igual a um valor de limiar.

Por outras palavras, a invenção propõe uma composição de lubrificação para o enroscarnento de ligações roscadas ern que o efeito elástico pode ser selecionado em função das tensões da Hertz às quais o elemen20 to roscado que esta deve cobrir paroialmente - deve ser submetido no final das operações de aperto. Q efeito elástico pode ser selecionado em função da velocidade do atrito.

Conforme as restrições da aplicação em questão, a composição pode apresentar-se na forma total e, mais particularmente, em uma forma 25 sólida para ser pulverizada no estado fundido, ou diluída na forma de uma dispersão ou uma emulsão em um composto orgânico ou em água.

A composição do lubrificante de enroscarnento de ligações roscadas pode ser dividida em diversas variações, em que, pelo menos, algumas delas são características que podem? ser combinadas, em particular.

* o(s) referidotsj matefial(ís) reoiogicamente resistente(s) è(são) configuradofs) para permitir a obtenção da um valor de binário sobre resistência de contato que seja, pelo menos, igual a um valor’ de limiar igual a 90% de um valor de referência de binário sobre resistência de contato para uma massa de tipo API RP 5A3;

* o(s) referido(s) rnateriai(is) reologicamente resistente(s) é(são) configurado(s) para permiti? a obtenção de um valor de binário sobre resistência de contato que seja, pela menos, igual a um valor de limiar Igual a 95%, de preferência 100% e mais preferencialmente 120% de um valer de referência de binário sobre resistência de contato para uma massa de tipo API RP 5A3 obtido para a referida ligação (JF) tubular roscada;

* o material reologicamente resistente inclui 1 a 99% de resina terpênica à base de afe pmeno, ácido colofôníco e ácido resmico estenficado com pentaeritritol, ácido colofôníco e ácido resinico hidrogenado e esterificada com glicerina e/ou çolofônia polimerizada., ern uma composição por peso;

* o material reologácamente resistente compreende 1 a 09% de ácido colofônico e ácido resinico esterificado corn pentaeritritol,. em uma composição por peso;

* s composição compreende 10% a 25% de material reologé camente resistente, em urna composição por peso;

* o material reologicamente resistente compreende 1% a 10% de poii(metaçrilato de aiquiia}, em uma composição por peso;

« a composição compreende 5% a 26% da cera de pohetileno.

« a composição compreende 0 a 535 de composto de polfet.iien o/ pol i(tetraf luoroetííeno);

* a composição compreende 10% a 2533 de colofõnia esterifl· cada, de preferência, 10% a 20%.

* a composição compreende 0 a 2.035 dã cera de carnaúba, de preferência. 4% a 12%.

* a composição compreende 1083 a 3533 de estearato de zinco, de preferência, 20% a 26%;

» a composição compreende 10% a 40% de silicate ortofosfãto de zinco cálcio estrôncio, de preferência, 18% a 22%.

* a composição compreende 1 a 12% de fluoreto de grafite, de preferência 4,5% a 7%.

* a composição compreende 0 a 4% de poíitetrafiuoroetileno;

* a composição compreende 19b a 3% de nitreto de boro:

* a composição compreende 2% a 8% de dissuifureto de tungs5 tênio. de preferência 3% a 6%.

* a composição compreende 2% a 8% de agente de acoplamento. em uma composição por peso;

* a composição compreende, pelo menos, um aditivo de travagem constituído por dispersões de partículas minerais ou orgânicas que têm um valor reiativamente elevado para a carga de divagem e/ou interações fortes entre partículas ou ligações atraentes entre partículas e/ou uma dureza Mohs média a elevada e/ou um comportamento teológico que à resistente ou se opõe ac movimento, sendo cada aditivo de travagern selecionado do grupo compreendendo, pelo menos, oxido de bismuto, oxido de titânio, silica 15 coloídai e- negro de fumo;

» a composição compreende partículas de lubrlficaste(s) sòlido(s) dispersas na matriz;

» a(s) referida(s) particula(s) de lubrificante sólido compreende(m) partículas de lubrificantes da, pelo menos, uma das classes 1, 2. 3 e 20 4;

* as partículas de iubriflcante(s) sôlido(s) compreendem partículas de, pelo menos, um .lubrificante sólido de classe 2 e, pelo menos, um lubrificante sólido de classe 1;

* as partículas de iubriflcante(s) sõlidc(s) compreendem particu25 ias de, pela manos, um lubrificante sólido de classe 2 e, pelo menos, um lubrificante sólido de classe 4;

⁴ as partículas de lubrificante(s) sòlido(s) compreendem partículas de, pelo menos, um lubrificante sólido de classe 1. pelo menos., um lubrificante sóüdo de classe 2 e, pelo menos, um lubrificante sólido de ciasse 4;

* as partículas de lubrifícanta(s) sóiido(s) compreendem partículas de. pelo menos, um lubrificante sólido de classe 2 selecionado de fluoreto de grafite, suifuretos de estanho, sulfuretos de bismuto. fluoretos de cálcio e dissultureto de tungsténio;

* as partículas de lubrifícante(s) sòlido(s) compreendem, pelo menos, partículas de potitetrafluoroetileno cerno um lubrificante sólido de classe 4;

* as partículas de lubrificante(s) sòiido(s) compreendem, pelo menos, moléculas de, pelo menos, um futereno com uma geometria esférica ou tubular:

* a referida matriz tem uma consistência sólida, que não é pegajosa ac loque e compreenda, pelo menos, um iigante exibindo comportamento viscoelàstico;

* a referida matriz compreende, peto menos, um sabão metálico;

* o sabão e selecionado do grupo compreendendo, pelo menos, estearato de sódio, estearato de zinco, estearato de cálcio, estearato de iitío, estearato de alumínio e estearato de bismuto;

« a referida matriz compreende, pelo menos, uma cera de origem vegetal, animal, mineral nu sintética;

« a referida matriz compreende, pelo menus, um polímero líquido com uma viscosidade cinemática a 100'^:C de, pele menos, 850 mm²/s;

« o referido polímero liquido é selecionado do grupo compreendendo, pelo menos, um polí(metacrilato de alquila), um políbuteno, um poliisnbuteno, um políssiioxano e um polidialquilssíloxano, * as partículas de lubrificantes sólidos podem compreender moléculas de, pelo menos, um fulerene com uma geometria esférica ou geometria tubular;

* a mate?: pode compreender, pelo menos, um Iigante mineral, tal como um silicate áloaii;

* a matriz pode ter uma consistência sólida, não pegajosa ao toque e compreender, pelo menos, um Iigante víscoelàstíco, tal cume urn elastômero ou um látex;

* a composição por peso de lubrificantes sólidos poda, por ax:emplo, ser a seguinte: 20 a 993¾ de flucretu de grafite, 5% a 30% de nífretc

9/31 de boro, 1% a 80% de politetrafluoroetileno:

* a composição por peso de lubrificantes sólidos pode, por exemplo, ser a seguinte: 20 a 99'% de sulfuretos de estanho, 5% a 30% de nitreto de boro, 1% a 80% de polítetrafluaroetileno;

* a composição por peso de lubrificantes sólidos pode, por exempio, ser a seguinte: 20 a 99% de sulfuretos de bismuto, 5% a 30% de nitreto de boro_s 1% a 8D% de politefrafluoroetileno:

* a matriz pode ter uma consistência pastosa (isto é, ter um ponto de gota). Neste caso, a composição de lubrificação pude compreender, pelo menos, um aditivo de extrema pressão com uma ação química.

No decursa da sua investigação, a Requerente destacou a importância de um valor elevado de binário sobre resistência de contato, por exemplo 100% ou mais do valor de referência, ou mesmo de um valor muito elevado de binário sobre resistência de contate, por exemplo 129% ou mais de valor de referência, permitindo que a geometria das zunas de encosto seja preservada e o número de operações de enroscamento/desenroscamento seja aumentado,

A invenção também propõe um elemento roscado de urn componente de uma ligação tubular roscada, compreendendo, pelo menos, uma rosca e uma zona de encosto de enroscamento contra a qual outra zona de encosto de outro componente da referida ligação tubular roscada se deve apoiar no final da operação de enroscamento, e em que, pelo menos, uma rosca e a zona de encosto de enroscamento são revestidas com uma camada fina que adere à superfície da rosca e à zona de encosto de enrusc-amento e é constituída por uma composição de lubrificação do tipo apresentado acima.:

O elemento roscado pode estar disponível em diversas variações, em que, pelo menos, algumas das características podern ser combi nadas, um particular:

* pode ser, pelo menos parcialmente, coberto com uma espes sura de composição de iubrífícaçau compreendida no interveio de 10 pm a 50 pm;

» também pode compreender uma superfície de vedação destinada a entrar em contato estanque corn urna superfície de vedação correspondente de outro elemento roscado após a operação de enroscamento e coberta com a composição de lubrificação;

· a sua zona de encosta de enroscamento pode ser uma superfície da encosto anelar;

* as suas superfícies cobertas com a composição de lubrificação podem ter características geométricas, físicas e/ou químicas que as tornam aptas a adsorver ou absorver a referida composição de lubrificação;

* as suas superficies podem ter sido revestidas com um revestimento ou película tendo um papel protector contra a corrosão.

A invenção também propõe uma ligação tubular roscada, compreendendo urn elemento roscado manha e um elemento roscado fêmea, em que, pela menos, um é do tipo apresentada acima.

Outras características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição que se segue e das desenhos anexos, nos quais.

* A figura 1 mostra, esquematicamente, um exemplo de um perfil de binário de enroscamento (binário em função do número da voltas);

» A figura 2 mostra, esquemaíicamente, errs um corte ao longo do eixo XX longitudinal uma forma de realização de urn elemento fêmea de urn primeiro componente de uma ligação tubular roscada tipo VAM TOP:

» A figura 3 mostra, esquernatícamente, em um corte ao longo da eixo XX. longitudinal, uma forma do realização da um elemento macho de um segundo componente de uma ligação tubular roscada tipo VAM TOP;

«A figura 4 mostra, esquematíoamerd.e, em um corte ao longo do eixo XX longitudinal urna forma da realização de uma hgação tubular roscada tipo VAM TOP constituída pela união dos elementos machos e fêmea ilustrados nas figuras 2 e 3: e * A figura 5 mostra, esquemáiica e funcionaimente, uma forma de realização de uma máquina tipo Bridgman,

Os desenhos anexos servem não apenas para apoiar a invenção, mas também contribuem para a sua definição, se apropriada.

O objetivo da invenção é propor uma compossção (ou revestí·· mento) de lubrificação de formação de filme para enroscamento de ligações roscadas tendo um coeficiente de afeto selecionado de modo a obter um valor para o binário sobra resistência de contato que é, pelo menos, igual a 5 um valor de limiar em um elemento roscado de um componente de uma liga ção tubular roscada correspondente a um perfil de binário de enroscamento definido, em particular, por esse valor de lunãrío sobre resistência de contato.

Presume-se que o componente será, doravante, destinado à 10 perfuração ou exploração da um poço de nidrocarbonetos a que está dotado corn, pelo menos, urn elemento roscado macho ou fêmea de uma ligação tubular roscada acoplada ou integral da família VAM (marca comercial) ou equivalente. Na entanto, a invenção não está limitada a este tipo de utilização, nem ao tipo de ligação tubular roscada citado acima, A invenção, de 15 fato, refere-se a qualquer tipo de ligação tubular roscada, independentemente da sua utilização, desde que compreenda, pelo menos, um elemento roscado macho ou fêmea datado com, pela menos, uma rasca e uma zona de encosto de enroscamento que deve ser lubrificada utilizando a mesma composição (ou revestimento) de lubrificação. As velocidades de rotação podem 20 ser da ordem de 10 a 30 rpm no início do enroscamento, após engate das roscas, e um máximo de 2 a 5 rpm no final do enroscamento. Qs diâmetros estão compreendidos, geralmente, entre 50 a 400 mm, as velocidades lineares estão no intervalo de 0.3 m/s, no mícto do enroscamento, a 0,005 m/s no final do enroscamento. Além disso, a pressão de contato é baixa no início do 25 enroscamento e muito alta no final do enroscamento nas zonas de vedação e encosto. As distâncias do atrito são longas nas russas desde o início de enroscamento até ac fim. As distâncias de atrito sãu muito pequenas nas zonas de vedação e encosto no final do enroscamento. A composição de lubrificação destina-se a suportar pressões extremas., por exemplo, da or30 dem de 1,5 GPa no final de enroscamento e velocidades tentas, reduzindo, ao mesmo tempo, o desgaste adesivo e fluência da rosca. Um aumento do atrito durante uma forte diminuição de velocidade e um aumento na tensão de Hertz è vantajoso. (?) teste de Bridgmann revelou-se adequado para testar as composições de lubrificação previstas; por outro lado, outros testes, por exemplo, utilizando uma máquina Amsler, não são pertinentes para q domínio do enrcsoamento dado que se referem ao contato em condições de rolamento que estão ausentes durante o enroscamemo de uma ligação. Estes requisitos muito específicos em relação ao enroscamento com zonas de vedação e zonas de encosto significam que uma composição de lubrificação concebida para outros fins deve ser imediatamente excluída

Como ilustrado nas figuras 2 e 3, um componente T1 ou T.2 compreende um corpo ou parte PC regular terminada por um elemento EF fêmea ou macho EM roscado (ou extremidade)

Urn elemento EF roscado fêmea (vide figura 2) compreende, pelo menos, uma rosca F1 interna e uma zona BVF de encosto de enroscamento que, por exemplo, tem a forma de uma superfície anelar interna (cônica convexa no caso de uma ligação roscada de tipo VAM TOP) colocada a jusante de um rosca Fl interna.

A exóemidada livre do elemento EF roscado fêmea funciona, neste caso, como referência. Consequentemente, quaisquer elementos após a extremidade livre são definidos como estando a jusante da mesma. No exemplo ilustrado na figure 2, a rosca Fl interna està colocada a jusante da extremidade hvre, mas a montante da zona BVF de encosto de enroscamento.

O termo interna, como aqui utilizado, designa uma parte disposta ao longo de uma superfície (ou uma superfície) que està orientada na direcção do eixo XX longitudinal do elemento EF roscado fêmea.

Como ilustrado na figura 2, o elemento EF roscado fêmea pode compreender, opcionaímente, uma superfície SEE de vedação metal/metal interposta entre a rosca Fl interna e a zona BVf de encosto de enrosoamen·· to.

Urn elemento roscado macho (vide figura 3) compreende, pelo menos, uma rosca FE. externa e uma zona BVM de encosto de enrcsoamento que tem, por exemplo, a forma de uma superfície de extremidade anelar (cônica côncava no caso de uma ligação roscada de tipo VAM TOP) colocada a montante da rosca FE externa na extremidade livre.

A extremidade livre do elemento EM roscado macho funciona, neste caso, coma referência. Consequentemente, diz-se que tudo o que se situa depois da extremidade livre esta a jusante da mesma.

O termo externo designa um elemento disposta em uma superfície (au uma superfície) que está orientada em uma direção radialmente oposta ao eixo XX longitudinal do elemento EM roscada macha.

Como ilustrado na figura 3, o elemento EM roscado macho pode compreender, opcionalmente, uma superfície SEM de vedação metal/metal Interposta entre a zona BVM de encosto de enroscamento e a rasca FE extema·.

Deve salientaras© que a rosca Ei interna, como a rosca FE externa, podem situar-se em uma au mais partes roscadas distintas que se encontram, axial e/ou radialmente, distantes entre si e dispostas em superficies cilíndricas ou cônicas.

Cama mostrado na figura 4, uma ligação JF tubular roscada è constituída pela união, par enroscamento, de um elemento EF roscado fêmea de um primeira componente T1 em um elemento EM roscado macho de um segundo componente T2. O referido enroscamento é definido por um perfil de binário de enroscamento do tipo ilustrado na figura 1 e caracterizado por um binário CAB de contato de enroscamento, urn binário CP de piastificação e urn binário CSB sobre resistência de contato (cujas respectivas definições foram dadas na secção introdutória).

O enroscamento è efetuado quando, pelo menos, uma das zonas BVF e/ou BVM de encosto da enroscamento e a rosca Fl interna e/ou rosca FE externa e, opcionalmente. as superfícies SEF e SEM de vedação metal/metal da elemento EF roscado fêmea e/ou do elemento EM roscado macho estiverem cobertas com um revestimento (ou composição) de lubrifi cação. Este revestimento (ou composição) pode ser depositado nos elementos roscados EF fêmea e/ou EM macho na sua instalação de produção.

A composição de lubrificação tem uma natureza de formação de

14/31 filme. Está apta a formar, sobre um substrato, uma camada fina (película) destinada a ficar calada neste. Compreende uma matriz compreendendo, pelo menos, um material teologicamente resistente. Como vai ser visto em seguida, uma composição de lubrificação deste tipo destina-se a proporcionar urn comportamento Teologicamente resistente*'’ durante as condições denominadas plastifieaçâo de atrito da zona de encosto de earoscamento (isto é, no final da fase de aperto), A obtenção de propriedades elásticas para além de propriedades plásticas permite que as torças de cisalhamento sejam aumentadas em condições de tensão de atrito. As forças de cisalhamento são maiores quando o componente elástico é grande e a velocidade de cisalhamento é alta. Um efeito teologicamente resistente é obtido ao mesmo tempo que se mantêm as propriedades de atrito e se mantêm os valores do binário de contato de enroscamenta aceitáveis, evitando urn aqueoimento excessivo devido ao cisalhamento que pode fazer variar as propriedades teológicas da matriz, evitando a ruptura da película para além de um nível da tensão susceptível a um efeito de lubrificação excessivo, denominado projeção (humping) e evitar um efeito pelicular, permitindo um grande número de Operações de enroscamento/desenroscamento. O material teologicamente resistente que faz parte da matriz confere à composição propriedades elásticas que, de outra forma, feria propriedades essencialmente plásticas,

A matriz, também denominada ligante, pode ligar ou transportar um principio ativo até um determinado local. Também seiva como um agente de coesão em um sistema heterogêneo e poda ter funções que complementam as dos princípios ativas que liga ou transporte. Pode ter uma consistência sólida que não é pegajosa ao toque, ou pode ter uma consistência pastosa (tato ê, ter um ponto de gota). No entanto, exibe, de preferência, um comportamento reológico com um módulo elástico que é maior que o módulo plástico ou viscopiástico, particuíannente a baixa frequência e/ou a baixas velocidades de cisalhamento, e urna natureza lubrificante. Neste caso, o termo baixa frequência significa urna frequência inferior a 7,5 Hz.

A composição pode ter urn módulo elástico substancialmente

15/31 constante ao longo de uma ampla faixa de frequência, com um valor de referência nc intervalo de 0,1 fiz a 100 Hz que pode, por exemplo, situar-se no intervalo de 95% a 105% do valor de referência.

(?) fator de amortecimento ou ângulo õ de fase é representativo da relação entre a energia dissipada e a energia conservada e, depois, restituida durante um ciclo de deformação sinusoidal O ângulo δ de fase pode adaptar um valor baixa, em particular, de 0.1 a, pelo menos, 7,5 Hz. O ângulo 6 de fase pode ser inferior a 5Q'¹ a 0.2 Hz. inferior a 30 a 0,5 Hz, inferior a 15° a 1 Hz, inferior a 10* a 5 Hz e/ou inferior a 8 ^a a 10 Hz. A resistência ao clsalhamento é excelente, portento, um aIto binário sobre resistência de contato, por exemplo, superior a 90% do valer de referência.

As características elásticas são substancialmente mais elevadas, graças â presença de materiais reologicamente resistente na matriz. Os módulos elásticos e de viscosidade são substancialmente independentes da frequência, pelo menos, na faixa selecionada. Os materiais reologicamente resistente podem compreender, pelo menos, um ácido ootofônico e/ou resínico, e/ou, peio menos, um polímero altamente viscoso, por exemplo, um composto alquila. em particular um pslifmetacníato de alquila), um polibuteno, um poli-isobuteno, um polissiloxano e/ou um elastômero sintetizado., em particular, ern uma solução ern óleo, por exemplo, um copolímero em bloco de estkenoteiiteno-butileno-estiteno ou um copohmero rio efileno-octeno, ou um elastomers natural, por exemplo do tipo de látex ou borracha. A presença simultânea de colofônia esteriâcada e pofi(metacníato de alquila) forneceu efeitos sinêrgicos satisfatónos.

A adição de um agente de pigmentação que modifica o atrito é possível de modo a modificar o atrito de acordo com o pedido Francês 0702634. O pigmento não faz parte da composição da matriz,

O termo “consistência sólida l cams aqui utilizado, designa uma consistência (ou estado) que não é líquido, nem gasoso nem pastoso. Mais precisamente, considera-se que urna matriz (ou uma película), neste caso, está em um estado (ou consistência) sólido quando tem um ponto de fusão superior a uma temperatura correspondente àquela a que os constituintes estão expostos durante armazenamento ou utilização, para impedi-los de captarem poeira da atmosfera devido à sua natureza pegajosa e/ou impedi los de contamina? superfícies em contato com a matriz (ou película) e/ou impedi-los de poluir o ambiente por migração, drenagem ou extrusão durante 5 o enroscamento/desenroscamento.

Os mecanismos de atrito durante o enroscamento e desenroscamento das ligações tubulares roscadas são complicados pela grande variedade de velocidades de atrito encontradas. As velocidades podem ser relativamente elevadas durante o enroscamento e quase nulas no final do en10 roscamento (ou fase da aperto) ou no inicio do desenroscamento (fase de afrouxamento). Alèm disso, as tensões de Hertz são muito elevadas nos mesmos períodos de atrito, resultando em condições limite.

Deva recordar-se que o termo tensão (ou pressão) de Hertz” designa a carga que ê aplicada per contato sobra uma superfície (e que pro15 vooa a deformação elástica da mesma) dividida pela àrea de superfície. Sob altas tensões da Hertz, os materiais sólidos não plásticos podem ser objecto de cisalhamenio interno que reduz a sua vida útil por fadiga do material., enquanto materiais sólidos plásticos são submetidos a este cisalhamento de acordo com as leis de fluxo, com a geração de uma superfície de atrito.

Da modo a superar os problemas devidos ãs tensões cinéticas supracitadas, è vantajoso utilizar uma matriz cujas propriedades sejam de natureza plástica e que permitam um escoamento viscoso sob tensão respondendo, ao mesmo tempo, a todas as situações de velocidade encontradas.. Uma matriz formada per vários componentes tem um melhor desempe25 nho na presença de uma grande variedade de cisalhamentes. Na verdade, pode manter outros elementos ativos no lugar e contribui para a produção de películas de transferência ou efeito pelicular estáveis.

Por exemplo, é possível utilizar uma matriz dei estado sólido compreendendo, pelo menos, um polímero termoplástioo (ou resina) que se 30 enquadra na categoria de polímeros viscoplásticos, tais corno polietileno ou um ligante acrílico. O polietileno é interessante dado que não sofre de problemas de aplicação relacionados com alta viscosidade no estado fundido.

corno acontece com outras polímeros viscupiásticos, tais como poliamída 6. puliamída 11 ou polipropileno. Palietilenos vantajosas sãa os que têm pontos da fusão superiores a 1G5 C. No entanto, pode ublizar-se urna matriz com um ponto de fusão na intervalo de 80 ' C a 400 *C.

Deva lembrar-se que o termo ’’termoplástíco descreve um polímero fusível que pode ser, reversivelmente, amolecido e, depois, fundido paio aquecimento a temperaturas e 7,-. respectivas (temperatura -de transição vítrea e temperatura de fusão) e solidificado e. depois, vitrificado por arrefecimento. Qs polímeros termopláslicos são transformados sem reação química, ao contrário dos polímeros termoendureoídos. Os polímeros termuendurecidus são utilizados, neste caso, para obter, sob atrito, um escoamento viscoso, mantendo, ao mesmo tempo, uma estrutura sólida seca, estática e estável (não pegajosa aa taque). Por outro lado, em gerai, o comportamento dos polímeros termoendurecidos é muito pouco ou nada viscoso sob tensão.

Deve salientar-se que, quando a matriz tem que ter uma consistência sólida e comportamento mecânico de alta resistência, pode compreender um ligante de tipo termoendureddo, tal como uma resina epóxs. poliuretano. silicone, alqulluretano ou resina formufenòlica. Em uma variação deste tipo de matriz, também è possível utilizar ligastes minerais, tais camo silicates ou quelatos, tais como titanatos ou silicates orgânicos. Nestes casos, a composição também não ê pegajosa ao taque.

A matriz também pc-de ter uma consistência sólida que não é pegajosa ao toque e tem urn comportamento viscoeiástíco. Neste caso, pude compreender urn elastômero ou látex.

Para responder, em condições quasi-estáticas às tensões de lubrificação limite associadas com cargas de atrito muito afias, pelo menos, um lubrificante de tipa sóhrfo pode ser disperso na matriz.

O termo lubrificante sólido, como aqui utilizado, designa um corpo sólido e estável que, ao estar interposto entre duas superfícies de atrito. permite reduzir o coeficiente de atrito e reduzir o desgaste e danos nas superfícies. Estes corpos podem ser classificados em diferentes categorias definidas pelo seu mecanismo funcional e pela sua estrutura:

* classe 1.' corpos sólidos que devem as suas propriedades lubrificantes à sua estrutura cristalina, corn propriedades de divagem sob uma baixa força de cisalhamento entre determinados planos cristalinos, por e~ xemplonitreto de boro (BN);

♦ classe 2: corpos sólidos que devem as suas propriedades lubrificantes à sua estrutura cristalina, como indicado na ciasse 1,. e também a um elemento químico na sua composição que reage· com superficies metálicas, proporcionando uma propriedade suplementar de ligação de superfície que incentiva a formação de uma camada de transferência lubrificante relativamente estável, por exemplo dissulfureto de moíibdênío MoS?, fluoreto de grafite, sulfurefos de estanho, sulfuretos de bismuto ou dissuífureto de tungstènio;

* dasse 3; corpos sólidos que derivam as suas propriedades 15 lubrificantes da sua reatividade química corn superficies metálicas, o que pode dar oogem a compostos cliváveis complexos plásticas ou lubrificantes, por exemplo, determinados compostos químicos de tipo tiossuifato, ou Desilude 88 vendidos pela Desslube Technologies, Incorpora;

• dasse 4- somos sólidos que derivam as suas propriedades 20 lubrificantes de um comportamento plástico ou viscoplástico sob tensão de atrito, em particular, quando submetidos a cisalhamento, por exemplo, polifetrafiuoroetileno (ΡΠΈ), polietilenos, polípropslenos, poliacetais ou poliamidas,

Esta classificação è, por exemplo, descrita nos documentos do 25 curso intitulado Solid lubricants dada pelo Sr Eric Gard na Ecole Nationale Superieure des Petroies st Moteurs (França).

Além destas classes, existe a categoria particular de fulerenos, classificada como uma subdasse da dasse 1 corn nomenclatura 1 -3..

Como é conheddo pelos versadas na técnica, os lubrificantes sólidos, em regime de lubrificação a seco e hidrodinâmíca, quando dispersos em um material fluido ou viscopiástico, tendern a ligar-se a superfícies de

19/31 forma estável modificando, desse modo, as suas características de atrito, Sâo transferidos e ligados à superfície por ligações químicas ou fisicoquímicas, o que resulta em uma grande resistência ao desgaste e melhoramento de propriedades de atrito. Dependendo da natureza dos sóíidos, isto 5 confere às superficies uma proteção antidesgaste, resistência e propriedades antidesgaste sob pressões extremas geradas por uma tensão elevada de superfície submetida a cargas (tensões de Hertz) e um baixo coeficiente de atrito ern um amplo espectro de cargas e de velocidades de atrito. As referidas propriedades para gerar um efeito de película de transferência ou um 10 efeito pelicular são utilizadas para tipos de atrito nos quais as superfícies são submetidas a tensões de forma repetitiva, tais como as produzidas durante o enrosoamento e desenrasca mento de ligações tubulares roscadas.

A composição pode compreender apenas um lubrificante sólido, tal corno sò fluorefo de grafite ou sò sulfurete de estanho sozinho ou sõ sul15 fu reto de bismuto.

No entanto, a utilização combinada de, pelo menos, dois lubrificantes sólidos pertencentes a classes diferentes pode produzir efeitos sinérgicos e, assim, o desempenho da lubrificação é muito bom. O termo efeito sinérgice.. como aqui utilizado, designa uma situação em que a combinação 20 de lubrificantes sólidos tendo propriedades de base resulta em desempenhos que são superiores às propriedades de base acumuladas dos referidos lubrificantes sóhdos em separado.

Os lubrificantes sólidos preferidas para utilização na invenção compreendem, pelo menos, compostos de ciasse 2, que têm sido pouco utl· 25 lizadu até agora, tais como fluoretos de grafite ou sulfuretos de estanho ou suífuretcs de bismuto. Diferem dos lubrificantes sólidos tradicionais, tais como grafite (o que pode facilitar o aparecimento de corrosão) cu dissuífureto de mohbdénío (que se sabe ser instável, em particular, na presença de humidade e libertar óxido de enxofre, que corrói o aço, ou sulfureto de hidrogê30 nio que poda tomar u aço sensível á fissuração por sulfureto ou SSC), devido à sua maior capacidade de ligação com metais e ao seu melhor desempenho em pressões extremas. Utilizado sinerglcamente com lubrificantes

20/31 sóüdos de outras classes, permitem obter desempenhos notáveis.

Os compostos de classe 2 supracitados podem ser utilizados na forma de partículas com partículas de lubrificante sólido de., pelo menos, uma das classes 1, 3 e 4, Assim, é possível utilizar partículas de, pelo me5 nos, urn lubrificante sólido de ciasse 2 e, pelo menos, um lubrificante sólido de classe 4 ou partículas de, peio menos, um lubrificante sólido de classe 1 e. pelo menos, um lubrificante sólido de classe 2, partículas de, pela menos, um lubrificante sóhdo de classe 2 e, pelo menus, um lubrificante sólido de classe 3 ou partículas de, pelo menos, um lubrificante sólida de classe 1, 10 pelo menos, um lubrificante sólida de classe 2 e, pelo menos, um lubnficante sólido de classe 4.

Um aumenta substancial do numera de ciclos de enroscamento e desenroscamenfo tem sido observada em condições locais com sistemas combinando classes 1,. 2 e 4, quando comparado com um efeito sinèrgico de 15 fipo classe 2/classe 4.

Como exempla, as partículas de lubrificante sólido de ciasse 1 podem ser partículas de nitreta de bom. Navameme, a título de exemplo, as partículas de lubrificante sólido de ciasse 2 podem ser partículas de fiuoreto de grafite, sulfureto de estanho, sulfureto de tungstênio ou sulfureto de bis20 muto. As partículas de classe 3 podem ser partículas de Desilude 83 (vendido por Desilube Technologies ínc). Novamente, a título de exemplo, as partículas de lubrificante sólido de classe 4 podem ser partículas de politetraficaroetileno (PTFE) (classe 4). Obtêm-se, particularmente, bons efeitos sínérgícos com as seguintes combinações: fiuoreto der grafite (ciasse 25 2)/PTFE/nitreto de bora (classe 1). sulfureto de tungsténio (classe 2)/PTFE (classe 4)/nitreto de bora (classe 1) e sulfureto de bisrnuto (classe 2)/PTFE (ciasse 4')/nstreta de bora (classe 1).

Como indicado acima, a composição de lubrificação pode compreender, como um complemento para a matriz (ou ligante) e quaisquer par30 ti cuias de lubrificante(s) sólidos, pelo menus, um aditiva (ou pigmento) de travagem. Cada aditiva (ou pigmento) de travagem ê disperso na matriz.

O(s) aditivo(s) (ou pigmentos)) de travagem é(sao) escolhido(s) em função do perfil de binário de enroscamento da ligação tubular roscada de. pelo manos, um doa elementos macho EM macho e fêmea EF transformados que deve cobrir. Mais precisarnente, ele(efes) é(são) seiecionado(s) para conferir à composição., corno um complemento das suas propriedades 5 lubrificantes, um coeficiente de atrito, que é selecionado para permitir a obtenção de um valor de binário CSB sobre resistência de contato, pelo menos, igual a urn valor de limiar..

Deve compreender-se que cada aditivo de travagem é selecionado em função das propriedades físicas especificas que conferem à corn10 posição uma capacidade de travar o movimento aplicado durante o enroscamento em condições lubrificarias em função do perfil de binário de enroscamento da ligação tubular roscada e, assim, do modo de o produzir, Na verdade, dois materiais sob atrito relativo separados por um terceiro corpo interposto (neste caso, a composição de lubrificação) devem as suas propri15 edades a, pelo manos, dois fatores: o comportamento teológico da matriz e o comportamento de determinados compostos sólidos participantes na composição do referido terceiro corpo O comportamento reológico do terceiro corpo pode ser hldrodinãmico no caso de um óleo, viscoplâsfico no caso de determinadas ceras e determinados polímeros ou granular no caso de de20 terminados compostas minerais não-dúcteis ou muito duros.

O comportamento de determinados compostos sólidos participantes na composição da terceiro corpo varia de acordo corn determinados parâmetros:

* a concentração do terceiro corpo no meio hidrodinâmico ou

S v iscop I ásiico;

* a dureza ou resistência ao esmagamento das partículas dos compostos sólidos, que é caracterizada pela dureza Mohs:

* a capacidade de divagem das cristais de compostos sólidos com diferentes graus de tensão, que depende, principalmente, da estrutura custehna.

* as interações de partículas que dependem da forma e da energia de superfície das partículas de compostos sólidos e as capacidades

22/31 de ligação entre as partículas referidas (atração entre átomos através de ligações do tipo Vau der Wasls, uma função da natureza química das partículas): estes interações tendem a opor-se ao movimente;

* o comportamento reoiàgico inverso (ou tixotropia inversa) de determinados aditivos orgânicos com um peso molecular muito elevado que permite opor-se a uma força de cisalhamento e, assim, ao movimento,

E importante observar que as respectivas proporções dos tipos constitutivos da composição de lubrificação dependem, principalmente, do tipo (termoplásiico. termoendurecido ou outros) da matriz sólida utihzada. i() Por exemplo, quando a matriz sólida é de tipo termoplástica, a composição de lubrificação pode compreender uma proporção de matriz no intervalo de, aproximadamente, 75% a aproximadamente 97% e uma proporção de lubrificante(s) sólido(s) no intervalo de, aproximadamente, 3% a aproximadamente 25%..

Além disso, deve compreender-se que as variações nas várias proporções dos três tipos de componentes da composição de lubrificação, em relação uns aos outros, dependem, em particular, do tipo de ligação tubular roscada que esta deva cobrir parcsalmente e das tensões a que essa ligação tubular roscada é submetida, em particular, nas condições existentes 20 na instalação.

As respectivas composições por peso dos três tipos de componentes (matriz sólida, lubrificante(s) sólido(s) e aditivo(s) de travagem) de uma composição de lubrificação podem, por exemplo, ser determinadas utilizando simulações teóricas realizadas com software executado ern urn com25 putador e testes tribològicos realizados utilizando uma máquina que os versados na técnica (um versado em triboiogia) conhecem cerno máquina de Bridgmann. Este tipo de máquina foi descrito, em particular, no artigo de D Kuhlmann-Wílsdorf et a/, Plastic flow between Bridgmann anvils under high pressures, J Mater Res. vol. 6, i%1.2, Dezembro de 1991.

Um exemplo esquemático e funcional de uma máquina de

Bridgmann é mostrado na figura 5. Esta máquina compreende:

« um disco DQ que pode ser rodado a velocidades seleciona··

23/31 das;

* uma primeira bigorna ECI, de preferência, de tipo cônico, fixa em uma primeira face do disco DQ;

* uma segunda bigorna EC2, do preferência, de tipo cônico, fixa 5 em uma segunda face do disco DQ, oposta á primeira face;

* um primeiro EP1 e segundo EP2 elementos de pressão, tais como pistões, por exemplo, que podem exercer pressões P axiaís selecionadas;:

* uma terceira bigorna CE3, de preferência, de tipo cilíndrico, fi10 xa a uma face do primeiro elemento EP1 de pressão;

* uma quarta bigorna CE4, de preferência, de tipc cilindricc, fixa a uma face de um segundo elemento EP2 de pressão.

Para testar uma composição de lubrificação, duas peças de um material idêntico ao que constitui o elemento roscado são cobertas com esta 15 para formar um primeiro S1 e segundo S2 espécimes. Em seguida, o primeiro espécime 81 é interposto entre as faces livre da primeira EC1 e terceira EC3 bigornas e o segundo espécime S2 entre as faces livre da segunda EC-2 e quarta EC4 bigornas. Em seguida, o disco DQ é rodado a uma velocidade selecionada ao mesmo tempo que se aplica urna pressão P axial sele20 cíonada (por exemplo, da ordem de 1,5 GPa) utilizando cada elemento EP1 e EP2 de pressão e o binário de enroscamento a que cada amostra S1. S2 é submetido é medido.

A pressão axial, a velocidade de rotação e o ângulo de rotação são selecionados no teste Bridgmann para simular a pressão de Hertz a a 25 velocidade relativa das superficies de encosto no final do enroscamento.

Devido a esta máquina, podem fixar-se vários pares diferentes (binário de enroscamento, velocidade de rotação) para medir o binário de enroscamento correspondente nas amostras Si e 82 e para verificar se as referidas amostras S1 e S2 seguem, aproximadamente, um perfil de binário 30 de enroscamento determinado e, em particular, se permitem produzir um valor CSB de binário sobre resistência de contato, pelo menos, igual a um valor de limiar selecionado para esse peril’. Deve compreender-se que estes lestes realizados com a máquina de Bridgmann permitem estabelecer uma correlação entre o binário medida para espécimes revestidas com uma composição de lubrificação da invenção e uma percentagem do binário sobre resistência de contato CSB obtido durante operações de enroscamento de 5 elementos roscados revestidos com a mesma composição de lubrificação.

De modo a melhorar determinadas propriedades selecionadas da composição, a sua matriz pode compreender elementos adicionais, tais coftto os que são mencionados abaixo, a título ilustrativo não exaustiva.

Assim, uma plasticidade melhorada da matriz da composição pode ser obtida pela adição de compostos químicos do tipo sabão metálico, incluindo cálcio, íitio, alumínio, bismuto. sódio, magnésio ou sabões (ou estearatos) de zinco que permitem obter excelentes resultados no que se refere ao número de etapas de enroscamento e desenroscamento em condições de instalação, bem como um melhoramento das propriedades de reagrupais manto de resíduos. Deve lembrar-se que o termo “sabão metálico designa compostos fusíveis, tais como sabões de metais áloali e alcaíinoterroscs e sabões de outros metais. Como exemplo, é possível utilizar um sabão metálico, tal como estearato de zinco, que proporciona um efeito sinérgíco com determinados inibidores de corrosão.

Como exemplo, para melhorar a lubrificação proporcionada pela composição e, em particular, para optimizer as suas propriedades de bloqueio e reagrupamenio de resíduos durante operações de enroscamento/desenroscarnento. a sua rnatriz pude compreender uma gordura natural, tal como uma cera da origem vegetal, animal., mineral ou sintética. Deve lembrar-se que o termo ^:'oera” designa substâncias fusíveis com propriedades lubrificantes de várias origens (minerais, em particular, derivadas da destilação de petróleo, vegetais, animais ou sintéticas) cuja consistência dura ou mais ou menus pastosa e cuja temperatura de fusão e cujo ponto de gota podem variar em larga medida dependendo da sua natureza. Como 30 exemplo, é possível utilizar cura de carnaúba. A matriz, pude ter uma maior aderência quando inclui uma resina (mineral, vegetal ou sintética), por exempio uma resina terpènica ou urn derivado de resina terpênica. em partí cuter, colofônia. A colofônia pode ser esterificada com pentaeritritol. É possível utilizar Dertoiine P2L vendida pote empresa ^ifLes Derives Résinrques et Terpéniques”.

Deve salientar-se que. em função das quantidades necessárias S de inibidores de corrosão, pode observar-se degradação das propriedades de aprisionamente ou reagruparnento de resíduos. Para superar esta desvantagem, é possível utilizar polímeros muito viscosos, tais como poli(metacrüatos de alquila) (FAMA), polibutenos, poh-isobutenos ou polissíloxanos. Assim, podem obter-se excelentes resultados para o reagruparnento 10 de resíduos com um FAMA corn uma viscosidade cinemática de 850 mm^y/s a 100 ^!'^:G_; vendido por ROHMAX sob o nome comercial de VISCQPLEX 5950.

Como exemplo, para melhorar a proteção da superfície que a composição deve cobrir contra diferentes mudos de corrosão, a sua matriz 15 pode compreender um inibidor de corrosão. Deve lembrar-se que o termo “inibidor de corrosão*' designa um aditivo que confere a um material sólido ou líquido aplicado a uma superfície a capacidade de a proteger par um mecanismo químico, electroquímico ou fisico-químico.

Zx resistência à corrosão também pode ser melhorada, combi20 nando o inibidor de corrosão selecionado com compostos que bloqueiam a corrosão por meia de outros mecanismos. Corno indicado acima, o estearato da zinco, em particular, apresenta propriedades sínérgicas corn inibidores de corrosão, contribuindo, ao mesmo tempo e em grande medida, para o comportamento lubrificante da matriz.

C) principal teste de proteção antlcorrosão é o ensaio de névoa salina efetuado de acordo com a norma ISO 9227 a determinado pelo Índice Re de acordo com a norma ISO ΕΝ 2846-3 em uma chapa tratada por fosfataçâo ao manganês (depósito de 8 a 20 g/m^z de fosfato). Os desempenhos no ensaio de névoa salina efetuado de acordo cem as normas (aumento de 30 20% no tempo de aparecimento de corrosão) podem ser melhorados através da inserção de partículas de oxido de zinco de dimensões nanométricas (208 nrn em médsa) aplicadas como uma simples dispersão em água.

Como exemplo,, para permitir que a composição bloqueie, de forma estável, zonas que são coadas por rugosidade de superfície e bloqueie o processo de deterioração de superfície e de sua propagação, ao mesmo tempo que cria uma estrutura clivávsí contínua na superfície, a composição pode incluir moléculas de, pelo menos, um futereno de geometria esférica Deve lembrar-se que o termo fulerenos” designa materiais moleculares tendo uma estrutura ern forma de tubos fechados ou abertos ou esferas fechadas, oomo uma monocamada ou em várias camadas.. Os fuíerenos esféricos têm dimensões de algumas dezenas de nm como uma monocamada e mais de 100 nm como uma multicamada. Deve salientar-se que, devido ao seu tamanho e capacidade interativa, os fulerenos podem ter um efeito determinante sobre a reelegia do meio através da introdução de um fenômeno adicional de resistência viscosa ao movimento.

Como exemplo, para permitir uma identificação visual das superfícies tratadas, a matriz da composição pode incluir, pelo menos, u.m corante, Pede ser utilizado qualquer tipo de corante crgãnsno que seja conhecido, desde que a sua quantidade não degrade os desempenhos de atrito. Como exemplo, os corantes podem ser utilizados em quantidades de, aproximadamente, 1 %

Como exemplo, para preservar o revestimento da degradação por oxidação devido, por exemplo, a calor ou exposição a radiação UV, a matriz da composição, opcionalmente, pode compreender, pelo menos, um antioxidants. Deve recordar-se que compostos polifenòllcos. derivados de naftiíamina e fosfitos orgânicos constituem as principais famílias de antioxidantes,

O silicate ortofosfato de zinco cálcio estrondo vendido sob a marca Halox® SZP391 proporcionou resultados satisfatórios como inibidor de corrosão.

A miscibilídade dos elementos da composição pode ser intensificada com um cossoíverrie permitindo a sua homogeneização. Pode utiliar-se um copoHmero com grupos funcionais acrílico, por exemplo, o vendido sob a marca Disperplast® 1018.

Opcíonalmente, a composição poda compreender uma composição de poliettleno/politetrafluoroetileno corn o objetivo de tornar a formulação hidrofòbica e hidrófuga, por exemplo, a vendida sob a marea Polyfluo® 400.XF.

A preparação de superfície das partes a lubrificar dos elementos roscados macho EM e fêmea EF pode ser vantajosa. Na verdade, testes de enroscamento e desenroscamento demonstraram que, para obter uma película de transferência adequada, é preferível modificar a superfície a ser revestida para a tornar apta a adsorver ou absorver a composição de lubrifica10 ção, quer através de um tratamento mecânico, tal como decapagem a jato de areia ou granalhagem, cu por modificações fisicas ou químicas das superfícies por meio de um tratamento reativo ou não reativo, com base em depósitos minerais cristalizados em superfície, ataque químico, por exemplo por um ácido, tratamento de fosfatação ao z?nco ou manganês ou cxaiata15 çao, o que dá origem a uma conversão química na superfície, Da entre estes tratamentos de superfície, prefere-se a fosfataçâo porque possibilita produzir uma superfície com a aderência correcta, resultando nu estabelecimento de uma película de transferência forte e muito estável que é resistente ao atrito, bem como uma proteção anticorrosão básica,

Também pode ser desejável realizar uma preparação de superfície complementar que consiste, em particular, na impregnação dos poros da superfície com nanomatenais que têm dimensões que lhes permitem ser inseridos nos poros, Q objetivo da referida impregnação s bloquear e saturar as zonas criadas pelos poros com um material com uma ação de passivação 25 protegendo a superfície contra corrosão e mantendo, ao mesmo tempo, uma boa aderência para o revestimento.

ir-se-ã, agora, apresentar dois exemplos não llmitatívos da composição. Esses exemplos estão bem adaptados às ligações tubulares roscadas de tipo VAM TOP HG com um diâmetro nominal de 177,8 mm (7 pole30 gadas) e com um peso por unidade de comprimento de 43,15 kg/m (29 ib/pès) em aço fracamente ligado (classe L 80) utilizando a neta técnica publicada pela divisão OCTG da Vallourec e Mannesmann Tubes. O elemento

28/31 roscado macho foi, por exemplo, submetido s uma fosfatação com zinco (peso da camada no intervalo de 4 a 20 g/m²) antes da aplicação do revestimento (composição) e a camada roscada fêmea foi submetida a uma fosfatação com manganês (peso da, camada no intervalo de 8 a 20 g/m^?). Os elamentos roscados macho EM e fêmea EF são previamente aquecidos a 130 C, m seguida, uma camada com uma espessura de 35 pm de uma composição de lubrificação, que è mantida fundida a 150 ‘C, é aplicada aos mesmos por meie de pulverização a quente;, a composição tern a seguinte composição em peso:

* cera de polietileno vendida pela CLARIANT sob o nome comercial LIGO CERA €) PE 520? 15%:

* colofônía esterificada com pentaeritritol, em particular, a vendida por LES DERIVES RE3INIQUES ET TERPENIQUES (DRT) sob o nome comercial de DERTQUNE&P2L· 15%;

* cera de carnaúba vendida sob o nome comercial LANCO® 19558 F: 5%:

* estearato de zinco vendido sob o nume comercial LIGASTABÓD ZN70: 25%:

* PAMA vendido pur ROHMAX sob o nome comercial VISCOPI..EXO 6-950: 8%;

* silicate ortofosfato de zinco cálcio estrondo vendido sob o nome uomerdai Haloxf^ SZP391: 20%;

* fluoreto de grafite. 5%;

* nitrato de boro: 2%;

* dissulfureto de tungstênia: 5%;

* copolimero com grupos funcionais vendido sots o nome comercial Disperplast® 1018: 3%,

Neste exemplo, a matriz é de tipo viscoelâsiico; os lubrificantes sólidos são compostos por dissulfureto de tungstênio e fluoreto de grafite.

Em uma variação, a composição compreende 10% a 25% em peso, de preferência, W% a 20%. de uma resina éster de colofônía.

A composição pode ser a seguinte:

* cera de polietiteno: 10%;

* composto de pofetiteno/politetrafíuoroetiíenG vendido sob o nome comercial PolyfluocBMOOXF: 5%;

* colofônia esierifícada com pentaeritritol' 15%:

* cera de carnaúba: ?%:

« estearato de zinco: 25%;

* PAMA: 8%:

» silicate ortofosfato de zinco cálcio estrôncio: 15%, * fluoreto de grafite- 7%;

* politet.raflucrnetíleno vendidos sob o nome comercial Algo·

* nitreto de boro: 1%;

* copolírnera corn grupos funcionais vendidos sob o nome comercial Disperplaste) 1018: 5%,

Em uma variação, as percentagens em peso estão entre as dos dois exemplos supracitados.

Em orna variação, é passível, por exemplo, aplicar, por pulverização a quente sobre elementos roscados macho EM e fêmea EF previamente aquecidos a 130 *C_; uma camada de espessura 35 pm de uma composição de lubrificação que é mantida fundida a 150 ^eC com a seguinte composição em pesa:

* cera de pohetileno: 12%;

* compósito de polietileno/polítetrafluaroetileno vendido sob o nome comercial Polyfluo^ 400XF: 3%:

* colofônia esterifloada com pentaeritritol: 15%:

* cera de carnaúba^-. 7%:

* estearato de zinco: 25%;

* FAMA: 8%;

* silicate ortafosfate de zinco cálcio estrôncio: 1815;

» fluorete' de grafite: u%;

* dissulfureto de tungstênio: 2%:

* copoiimero com grupos tencionais vendido sob o nome co- meraal Disperplast® 1018’ 4%.

Nesta variação, a matriz também é de tipo viscoelástico.

Em uma variação, a composição por peso é a seguinte:

* cera de polietileno: 17%, * composto de poíietilenoZpoiitetrafiuoroeiileno vendido sob o nome comercial Polyfluo® 400XF: 1%;

* oolofônia esterificada com pentaeritniol: 20%:

* cera de carnaúba: 5%;

« estearato de zinco? 10%;

- PAMA: 10%, * sllicato ortofosfato de zinco cálcio estrõncio: 12%:

« fluoreio de grafite: 5%;

* politetrafluoroetileno: 1 %:

* nitreto de bero: 2%, * dissulfureto de tungstênio: 3%:

* copolimero com grupos funcionais vendido sob o nome comercial Disperplast® 10'18’ 5%,

O copolímero com grupos funcionais atua como um agente de acoplamento.

Em uma variação, a percentagem por peso de cada um dos seguintes componentes pode ser inferior a 0,1%, de preferência, inferior a 0,01%: sulfonato e carboxiíato de cálcio, óxido de zinco, dióxido de titânio, trióxido de bismuto, politetrafluoroatileno, silicone, difenilamina aíquilada, fosfito de tris (2,4-dí-terc-butilfenila).

A referida técnica de pulverização no estado fundido consisto em manter a composição de lubrificação a uma temperatura elevada na fase líquida e efetuar a pulverização utilizando jatos de spray com temperatura controlada, A composição de lubrificação è aquecida até entre 10 C e 50 C acima do seu ponto de fusão e pulverizada sobre uma superfície preaquecida atè uma temperatura que è mais elevada que o ponto de fusão para ga raatir que a superfície ê sdequadamente coberta.

Em vez Pa utilizar esta técnica de pulverização no estada fundido é possível por exemple, pulverizar a composição de lubrificação sob a forma de uma emulsão aquosa. A emulsão e o substrato podam estar à 5 temperatura ambiente, e, portanto, é necessária um parlado de secagem, Este periodo de secagem pode ser consideravelmente reduzido por preaquecimento da composição de lubrificação até entre 60 '*Ç e 80 C e/ou a superfície até entre 50 °C e 150 ^CC.

A invenção nau estã limitada aos exemplos de composição de 10 lubrificação e aos exemplas da elemento roscado (macho ou fêmea) descrito aoiraa, dados apenas a titula de exempla, mas também abrange toda e qualquer variação que os versados na técnica possam conceber e enquadradas na âmbito das reivindicações anexas.

Assim, a invenção também se refere a outros tipos de elemento 15 roscada diferentes do descrito acima (VAM TOP). Como exemplo, também se refere aos elementos roscados de ligações roscadas tubulares com uma zona de encosto interna, acoplados (por exemplo, os de tipo NEW VAM VAM ACE. □INOVAM. VAM HW ST) ou integrais de tipo nivelado ou semi-nsvetado (par exemplo, os de tipo VAM SI.., VAM MUST, VAM HP, VAM HTF).

Zu A invenção também se pude referir a elementos de ligações roscadas para colunas ou outros componentes de perfuração rotativos definidos pela especificação API 7 ou por especificações mais severas de alguns produtores (tais como, a titula de exemplo nãa limitative, as hgaçoes roscadas da alta qualidade VAM EIS, VAM TAURUS, TORQMASTER TM4 e deriva25 dos e evoluções destas ligações).

Aiém disso, anteriormente, descreveu-se, principalmente, uma composição de lubrificação compreendendo um ou mais lubnficante(s) sólida(s) e uma matriz com uma consistência sólida compreendendo, peio menos, um material reologicamente resistente. Na entanto, a invenção também 30 se refere a composições de lubrificação semisseca compreendendo uma matriz pastosa, pelo menos, um aditivo de extrema pressão com uma ação química e urn ou mais aditivos de travagem.

Claims (18)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Composição de lubrificação cia formação de films para o en- t roseamente de ligações roscadas, destinada a cobrir pelo menus uma rosca (FE, Fl) e uma zona (BVM, BVF) de encosto de enroscamenio de um ele5 mento (EM, EF) roscada de um componente (T2, TI) de uma ligação (JF) tubular roscada com uma película de estado solido que adere à rosca (FE, Fl) e â referida zona (BVM. BVF) de encosto de enroscamentu, estando a referida zona (BVM. BVF) de encosto de enroscamento destinada a assentar em outra zona (BVF, BVM) de encosto de outro componente ('ΤΙ, T2) da re10 ferida ligação (JF) tubular roscada durante a fase terminal de enroscamento e compreendendo a referida composição de lubrificação uma matriz,, caracterizada peto fato da matriz compreender ainda, pelo menos, um material reologicamente resistente selecionado de modo a conferir à referida composição, como um complemento da lubrificação. um valor de binário sobre re15 sistência de contato que ó, pelo monos, igual a um valor de limiar, tendo a referida matriz uma consistência sólida, não sendo pegajosa ao toque.
2. 2. Composição de lubrificação de acordo com a reivindicação 1, em que o(s) reforido(s) maferial(is) Teologicamente resistenteis) ê(são) configurado(s) para permitir a obtenção de um valor de binário sobre resistência

   20 de contato que seja, pelo menos, igual a um vator de limiar igual a 95%, de preferência 1DG% e de um valor de referência de binário sobre resistência de contato para uma massa de tipo API RP 5A3 obtido para a referida ligação (JF) tubular roscada.
3. 3. Composição da .lubrificação de acordo com a reivindicação 1 25 ou 2, compreendendo 10% a 25% de material Teologicamente resistente em uma composição por peso..
4. 4. Composição de lubrificação de acordo com uma das reivindicações 1 a 3. em que o material Teologicamente resistente compreende 1% a 99% de resina terpêuica á base de alfa pineno. ácido colofômoo e ácido

   30 resinico esteríficado com peniaeritritol ácido colofónico e ácido resínico hidrogenado e esteríficado com glicerina e/ou coiofònia polimerizada. em urna composição por peso
5. 5 Composição de lubrificação de acordo com a reivindicação 4, em que o material reoíogioamenta resistente compreende 1a 99% de ácido colofônice e ácido resinico esterifioado com pentaerilntob em uma composição por peso.
6. 6. Composição de lubrificação da acordo com uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo 10% a 20% da cera de polietileno, 0 a 5% de composto de poliedleno/poliftetrafluoroetileno), 10% a 25% de colofônia esteríficada, de preferência, W% a 20%, 0 a 20% de cera de carnaúba, de preferência, 4% a 12%, 2G% a 303» de estearato de zinco, de preferência, 20% a 2634, 15% a 25'% de silicato ortofosfatu de zinco cálcio estrônoio, de preferência, 18% a 22%, 4% a 12% de fluoreto de grafite, de preferência 4,5% a 7%, 0 a 4% do politetrafluoroetHeno, 1% a 3% de nitreto de boro, 2% a 8% de dissaifureto de tungstémo, de preferência 3% a 6'% e 2% a 8% de agente de acoplamento, em uma composição por peso.
7. 7. Composição de lubrificação cfe aoordo com uma das reivindicações 1 a 6, compreendendo, pelo menos, um aditivo de fravagpm constituído por dispersões de partículas minerais ou orgânicas que têm um valor relafivamente elevado para a força de divagem e/ou interações fortes entre partículas ou ligações atraentes entre partículas e/ou uma dureza Mobs elevada e/ou urn comportamento reoiõgíco que è resistente ou se opõe ao movimento, sendo cada aditivo de travagem selecionado da grupo compreendendo, pelo menos, oxido de bismuto, oxido de titânio, silica coloidal e negro de; fumo·..
8. 8. Composição de lubrificação de acordo corn uma das reivindi- cações 1 a 7, compreendendo partículas de lubúficarrte(s) sólido(s) dispersas na matriz: a(s) referida(s) particula(s) de lubrificante sóhdo oomprsende(m) partículas de lubrificantes de, pelo menos, uma das ciasses 1,2,3 e á ...... ........ _::
9. 9. Composição de lubrificação de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, em que a referida matriz compreende, pelo menos, um hgante com um comportamento viscoelàstíco.
10. 10. Composição de? lubrificação de acordo com uma das reivindi cações 1 a 9, em que a refenda matriz compreende, pele menos, um sabão metálico.
11. 11.. Composição de lubrificação de acordo com a reivindicação

    10, em que o sabão é selecionado do grupo compreendendo, pelo menos,

    5 estearato de zinco, estearato de cálcio, estearato de lítío. estearatu de alumínio e estearato do bísmuto.
12. 12. Composição de lubrificação de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, em que a referida matnz compreende, pelo menus, uma cera de origem vegetal, animal, mineral ou sintética.

    10
13. 13. Composição de lubrificação de acordo com uma das reivindicações 1 a 12. em que a referida matriz compreende, pelo menos, um polímero liquido corn urna viscosidade cinematics a 1Q0'^:íC do. pelo menos, 850 iWà
14. 14. Composição de lubrificação de acordo com a reivindicação
15. 15 13., em que o referido polímero liquido é selecionado do grupo compreendendo, pelo menos, um poli(metacrilato de alquila). um polibuteno, um poliisobuteno, um pofidialquiisíloxanc e um polisslcxano..

    15. Elemento (EM, EF) roscada de um componente (T2, T1) de uma ligação (JF) tubular roscada, compreendendo o referido elemento (E.M,

    20 EF) roscado, pelo manos, uma rosca (FE, Fl) e uma zona (SVM, BVF) de encosto de enroscamento contra a qual outra zona (BVF, BVM) de encosto de outro componente (ΤΙ, T2) da referida ligação (JF) tubular roscada se deve apoiar no final da operação de enroscamento, caracterizado pelo fato de que, pela manas a referida rosca (FE, Fl) e referida zona (BVM, BVF) de 25 enroscamento serem revestidas cam uma camada fina que adere à superfície da rosca (81-.,1-1) e da zona (BVM, BVF) de encosto de enroscamento e constituída por uma composição de lubrificação como definida em uma das rei vi nd ieaçoes anteriores.
16. 16. Elemento roscado de acordo com a reivindicação 15, carac-

    30 terizado pelo fato de ser, pulo menos parcialmenfe, coberto com uma composição de lubrificação com uma espessura no intervalo de 10 pm a 50 pm,
17. 17. Elemento roscado de acordo com a reivindicação 15 ou 16. caracterizado pelo fato de também compreender uma superfície (SEM, SEF) de vedação destinada a entrar em contato vedado estanque com uma superfide (SEF, SEM) de vedação correspondente de outro elemento (EF, EM) roscada apòs a referida operação de enroscamento e coberto com a referida composição de lubrificação.
18. 18. Elemento roscado de acordo com uma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato das superficies serem pré-revestidas com urn revestimento ou película corn a função de proteger contra corrosão.

    18. Ligação tubular roscada compreendendo um elemento roscado macho e urn elemento roscado fêmea, caraci.erízadapelo fato de, pelo menus, um dos referidos elementos roscados estar como definido em uma das reivindicações 15 a 18