BR0215446B1 - processo de realização de uma junta tubular estanque de altos desempenhos, e, junta tubular. - Google Patents

Description

"PROCESSO DE REALIZAÇÃO DE UMA JUNTA TUBULARESTANQUE DE ALTOS DESEMPENHOS, E, JUNTA TUBULAR"

A invenção se refere às juntas tubulares, notadamente dogênero utilizado para poços de hidrocarbonetos ou para poços similares, porexemplo em geotermia.

Uma tal junta pode existir entre dois tubos de grandecomprimento, ou entre um tubo de grande comprimento e uma luva. Essasjuntas são utilizadas notadamente para unir colunas de tubos de revestimentointerior de consolidação ("casings") ou de produção ("tubings"). Levando-seem consideração as características mecânicas exigidas, os tubos derevestimento interior de consolidação e os tubos de produção são geralmentefeitos de aço tratado termicamente.

Por sua vez, as juntas devem resistir em tração, emcompressão, em flexão e às vezes em torção, assim como a grandes diferençasde pressão nos dois sentidos entre o interior e o exterior. E elas devem mesmoser estanques aos gases, pelo menos em certos casos. As juntas rosqueadassão especialmente vantajosas a esse respeito.

Mas atualmente é considerado submeter os tubos, in situ, auma expansão diametral, com deformação plástica permanente. Isso oferecerdiferentes vantagens, sobre as quais será de novo falado. Mas é preciso aindaque as juntas permaneçam operacionais, depois da deformação plástica deexpansão diametral, às quais elas são submetidas assim como os tubos. Dessemodo, é desejável que as juntas rosqueadas resistam depois de expansãodiametral plástica, conservando para isso o essencial das propriedades que asfazem ser apreciadas, notadamente de resistência mecânica emtração/compressão, com ou sem sobrepressão interna ou externa, assim comode estanqueidade.

Como será visto mais adiante em detalhe, as juntas clássicasnão dão inteira satisfação: ou elas não resistem a essas exigências, ou entãoelas resistem de maneira aleatória, ou então elas resistem mas não de maneirarepetida.

WO 02/01102 propõe uma estrutura de junta prevista paraagüentar a expansão diametral plástica.

A presente invenção visa melhorar a situação.

A invenção se refere a um processo de realização de uma juntatubular estanque de altos desempenhos, no qual parte-se de uma junta tubularinicial que compreende

- um primeiro elemento tubular macho, que compreende umprimeiro rosqueamento macho e um lábio anular que tem uma primeirasuperfície de batente axial na extremidade livre do primeiro elemento, e

- um segundo elemento tubular fêmea, que compreende umsegundo rosqueamento fêmea, homólogo do primeiro rosqueamento, e umalojamento, homólogo do lábio macho, que tem uma segunda superfície debatente axial,

o primeiro rosqueamento sendo atarraxado no segundorosqueamento para levar as duas superfícies de batente em contato mútuo, efaz-se a junta tubular inicial ser submetida a uma expansão diametral nodomínio das deformações plásticas com o auxílio de um suporte de expansãode diâmetro superior ao diâmetro interior dos ditos elementos tubulares que édeslocado axialmente dentro da junta.

De acordo com uma característica principal da invenção, porocasião da dita expansão radial, um primeiro ressalto inclinado voltadoaxialmente para o lado oposto das ditas superfícies de batente axial e formadona superfície periférica do lábio macho voltada radialmente para o exterior, eum primeiro ressalto inclinado voltado axialmente na direção das ditassuperfícies de batente axial e formado na superfície periférica do alojamentofêmea voltada radialmente para o interior, são submetidos a um deslocamentoaxial relativo um na direção do outro para entrar em contato mútuo estanquecom a interferência radial.

E entendido aqui como "contato estanque" um contanto entredias superfícies bastante pressionadas uma contra a outra de maneira arealizar uma estanqueidade metal sobre metal.

Características opcionais da invenção, complementares ou desubstituição, são enunciadas abaixo:

- A superfície periférica do alojamento voltada radialmentepara o interior compreende uma canelura anular de perfil em arco côncavoque apresenta um primeiro flanco voltado axialmente na direção das ditassuperfícies de batente axial e um segundo flanco voltado axialmente para olado oposto às ditas superfícies de batente axial, o primeiro ressalto inclinadodo alojamento sendo definido pelo dito primeiro flanco.

- O perfil da canelura possui um raio de curvaturacompreendido entre 5 e 30 mm, de preferência próximo de 10 mm.

- Os primeiros ressaltos inclinados do lábio e do alojamentoestão presentes na junta tubular inicial.

- Os primeiros ressaltos inclinados presentes na junta tubularinicial são axialmente confrontantes entre si em pelo menos uma parte de suaaltura radial.

- A parte do lábio compreendida entre seu primeiro ressaltoinclinado e sua superfície de batente axial é pelo menos parcialmenteimpressa na superfície da canelura por ocasião da expansão.

- A canelura se une no lado da segunda superfície de batenteaxial a uma primeira parte de parede periférica e no lado oposto a umasegunda parte de parede periférica de menor diâmetro do que a primeira partede parede periférica.

A diferença entre os diâmetros das ditas partes de paredeperiférica é inferior ou igual a 1 mm.

- O primeiro ressalto inclinado do lábio é formado porimpressão pelo menos parcial desse último na superfície da canelura porocasião da expansão.

- A canelura é adjacente à segunda superfície de batente axial.

- A canelura se une no lado da segunda superfície de batenteaxial a uma primeira parte de parede periférica e no lado oposto a umasegunda parte de parede periférica sensivelmente de mesmo diâmetro que aprimeira parte de parede periférica.

- A canelura se une no lado da segunda superfície de batenteaxial a uma primeira parte de parede periférica e no lado oposto a umasegunda parte de parede periférica de maior diâmetro do que a primeira partede parede periférica.

- A diferença entre os diâmetros das ditas partes de paredeperiférica é inferior ou igual a 1 mm.

- A primeira parte de parede periférica do alojamento tem ummenor diâmetro do que a superfície confrontante do lábio macho de maneira aproduzir uma interferência radial entre essas superfícies no final doatarraxamento.

- O primeiro ressalto inclinado do lábio macho e/ou o primeiroressalto inclinado do alojamento são munidos de um revestimento de ummaterial mais dúctil do que o material do substrato.

- A expansão radial da junta é realizada de acordo com umataxa de expansão pelo menos igual a 10 %.

- A expansão radial da junta é realizada de acordo com umataxa de expansão de cerca de 15 %.

- A superfície periférica do alojamento voltada radialmentepara o interior compreende um segundo ressalto inclinado voltado axialmentepara o lado oposto ao primeiro ressalto inclinado e que delimita com esseúltimo uma nervura anular.

- Os primeiro e segundo ressaltos inclinados do alojamento seunem no topo da nervura anular por arredondamentos.

- O arredondamento do segundo ressalto inclinado doalojamento tem um raio de curvatura maior do que o raio de curvatura doarredondamento do primeiro ressalto inclinado.

- O ressalto inclinado do lábio macho se une por umarredondamento convexo com a superfície periférica voltada radialmente parao exterior.

- Os ditos ressaltos apresentam uma inclinação compreendidaentre 5 e 20°, de preferência próxima de 10°, em relação ao eixo longitudinalda junta.

- Os ditos ressaltos apresentam uma altura radialcompreendida entre 0,2 e 1 mm, de preferência próxima de 0,5 mm.

- O primeiro elemento tubular e o segundo elemento tubularpertencem respectivamente a um tubo de grande comprimento e a uma luvadestinada unir esse último a um outro tubo de grande comprimento por umasegunda junta tubular também obtida pelo processo de acordo com ainvenção.

- A primeira superfície de batente axial é uma superfíciesaliente constituída por uma lingüeta anular e por uma superfície transversaladjacente à lingüeta e em recuo axial em relação a essa última e ligada àsuperfície periférica interior do primeiro elemento e pelo fato de que asegunda superfície de batente axial é uma superfície de batente reentranteconstituída por uma ranhura anular e por uma superfície transversal adjacentea essa última ligada à superfície periférica interior do segundo elemento, alingüeta operando junto com a ranhura.

- Os primeiro e segundo rosqueamentos são cônicos deconicidade no máximo igual a 12,5 %.

- Os primeiro e segundo rosqueamentos são cilíndricos.

- O lábio possui uma espessura compreendida entre 1/3 e 2/3da espessura do primeiro elemento tubular.

- O lábio possui um comprimento e uma espessura tais que arelação comprimento sobre espessura de lábio está compreendida entre 1 e 4.

- O primeiro elemento tubular apresenta uma fenda, naextremidade do primeiro rosqueamento, entre o rosqueamento e o lábio.

- A fenda tem uma profundidade no máximo igual à altura dosfiletes do primeiro rosqueamento.

- A fenda tem um comprimento e uma profundidade tais queseu comprimento está compreendido entre 2 e 15 vezes sua profundidade.

A invenção também tem como objeto uma junta tubular inicialutilizável para a execução do processo tal como definido acima, quecompreende

- um primeiro elemento tubular macho, que compreende umprimeiro rosqueamento macho e um lábio anular que tem uma primeirasuperfície de batente axial na extremidade livre do primeiro elemento, e

- um segundo elemento tubular fêmea, que compreende umsegundo rosqueamento fêmea, homólogo ao primeiro rosqueamento, e umalojamento, homólogo ao lábio macho, que tem uma segunda superfície debatente axial,

o primeiro rosqueamento sendo próprio para se atarraxar nosegundo rosqueamento para levar as duas superfícies de batente em contatomútuo, e a superfície periférica do alojamento voltada radialmente para ointerior compreendendo um primeiro ressalto inclinado voltado na direção dasegunda superfície de batente axial.

A invenção visa ainda uma junta tubular estanque de altosdesempenhos tal que ela pode ser obtida pelo processo precitado, quecompreende

- um primeiro elemento tubular macho, que compreende umprimeiro rosqueamento macho e um lábio anular que tem uma primeirasuperfície de batente axial na extremidade livre do primeiro elemento, e

- um segundo elemento tubular fêmea, que compreende umsegundo rosqueamento fêmea, homólogo ao primeiro rosqueamento, e umalojamento, homólogo ao lábio macho, que tem uma segunda superfície debatente axial,

o primeiro rosqueamento sendo atarraxado no segundorosqueamento, um primeiro ressalto inclinado voltado axialmente para o ladooposto das ditas superfícies de batente axial e formado na superfície periféricado lábio macho voltada radialmente para o exterior, e um primeiro ressaltoinclinado voltado axialmente na direção das ditas superfícies de batente axiale formado na superfície periférica do alojamento fêmea voltada radialmentepara o interior, estando em contato mútuo estanque com interferência radial.

As figuras abaixo ilustram de maneira não limitativa modos derealização da invenção, elementos idênticos ou análogos sendo designados emtodas as figuras pelos mesmos sinais de referência.

A figura 1 representa uma junta rosqueada inicial do tipo geralà qual se aplica a invenção.

A figura 2 representa o elemento macho da junta rosqueada dafigura 1.

A figura 3 representa o elemento fêmea da junta rosqueada dafigura 1.

As figuras 4 a 7 representam a junta rosqueada da figura 1 emdiversas etapas do processo de expansão.

A figura 4 representa a fase de expansão da junta rosqueada.

A figura 5 representa a fase de flexão.

A figura 6 representa a fase de retificação.

A figura 7 representa o estado final da junta rosqueada que foisubmetida ao processo de expansão.

A figura 8 representa uma primeira fase de atarraxamento deuma junta de acordo com a invenção antes de expansão.

A figura 9 representa uma curva do torque de atarraxamentopor ocasião da fase da figura 8.

A figura 10 representa uma segunda fase de atarraxamento dajunta de acordo com a invenção antes de expansão.

A figura 11 representa uma curva do torque de atarraxamentoda figura 9 completada pela fase da figura 10.

A figura 12 representa uma terceira fase de atarraxamento dajunta de acordo com a invenção antes de expansão.

A figura 13 representa uma curva do torque de atarraxamentoda figura 11 completada pela fase da figura 12.

A figura 14 representa uma quarta fase de atarraxamento dajunta de acordo com a invenção antes de expansão.

A figura 15 representa uma curva do torque de atarraxamentoda figura 13 completada pela fase da figura 14.

A figura 16 representa uma vista análoga à figura 14, relativa auma variante.

A figura 17 é ima vista análoga à figura 16, que representa ajunta depois de expansão de acordo com a invenção.

As figuras 18 a 23 são vistas análogas às figuras 16 e 17,relativas a outras variantes, as figuras pares e impares representandorespectivamente as juntas inicias e as juntas depois de expansão.

Os desenhos contêm, essencialmente, elementos de caráterseguro. Eles poderão portanto não somente servir para fazer compreendermelhor a descrição, mas também contribuir para a definição da invenção, sefor o caso.

Volta-se aqui para a perfuração de poços, para hidrocarbonetosou geotermia por exemplo.

Tradicionalmente, o topo de um poço é primeiro perfurado emuma profundidade relativamente pequena de algumas dezenas de metros como auxílio de uma ferramenta de grande diâmetro, da ordem por exemplo de500 mm, e tem as paredes revestidas interiormente com o auxílio de umacoluna de tubos desse diâmetro. O diâmetro de perfuração diminui em seguidapasso a passo até o fundo do poço que pode ser perfurado com um diâmetronitidamente menor, da ordem de 150 mm no mesmo exemplo. Um tal poçotem então as paredes revestidas interiormente com o auxílio de várias colunasde tubo concêntricas, descidas cada uma delas no final da perfuração com odiâmetro correspondente e todas suspensas a partir da superfície; os tubos demaior diâmetro se estendem a partir da superfície até algumas dezenas demetros de profundidade e os tubos de menor diâmetro se estendem a partir dasuperfície até o fundo do poço, cuja profundidade pode atingir vários milharesde metros. O espaço entre os tubos de revestimento interior de consolidação eo terreno é por exemplo cimentado.

Depois que o poço está inteiramente perfurado e com asparedes revestidas interiormente, uma coluna de tubos de proteção pode serdescida para permitir notadamente a subida dos hidrocarbonetos até asuperfície, quer dizer a exploração efetiva do poço. É compreendido que essacoluna de tubos de produção possui um diâmetro exterior ligeiramenteinferior ao diâmetro interior da coluna de tubos de revestimento interior deparedes.

Equipar um poço leva portanto a empregar um grande númerode tubos de diferentes dimensões na maior parte das vezes unidos com oauxílio de juntas rosqueadas levando-se em consideração as vantagens dessetipo de junção. Procura-se tornar esses tubos os mais finos possíveis, para nãonecessitar de diâmetros muito grandes de tubos de revestimento interiorpróximo da superfície. Ora o respeito das restrições e especificaçõesaplicáveis às juntas rosqueadas leva com freqüência a dar às mesmas umaespessura maior do que a espessura da parte corrente dos tubos; o que obriga aaumentar a progressão diametral entre colunas concêntricas, quando se desceem profundidade dentro do poço.

A junção dos tubos entre si é realizada seja por atarraxamentodas extremidades rosqueadas dos tubos umas nas outras (juntas ditasintegrais), seja com o auxílio de luvas rosqueadas que recobrem asextremidades dos mesmos. Os tubos são descidos sucessivamente depois deatarraxamento na extremidade do tubo ou da luva precedente.

A especificação API 5 CT do American Petroleum Institute(API) define assim juntas rosqueadas tubulares entre dois tubos de grandecomprimento ("integral-joint tubing", "extreme-ligne casing"), assim comojunções rosqueadas com luvas que compreende duas juntas rosqueadas quepermitem unir dois tubos de grande comprimento com o auxílio de uma luva.Essas juntas API só são estanques por adjunção de uma graxa carregada departículas metálicas que preenche os interstícios entre filetes.

Naturalmente as ligações entre tubos (ou entre tubos e luvas)devem permanecer estanques quaisquer que sejam as solicitações às quais ostubos são submetidos por ocasião de sua descida dentro do poço e em serviço,e em um amplo limite de massa sustentada, visto que cada junta sustenta pelomenos parcialmente tubos situados abaixo dela. Também os desempenhosmecânicos das juntas rosqueadas aparecem estreitamente ligados a suascaracterísticas geométricas.

Nas juntas rosqueadas padrão de acordo com o API, existesempre, apesar da utilização de graxas carregadas de partículas, um canal devazamento no qual um fluido em alta pressão pode circular devido à folga queexiste entre as superfícies que não estão em contato. Para uma carga dada emtração, existe um limite de pressão do fluido, acima do qual ρ esforçocombinado de tração e pressão provoca nas juntas rosqueadas API primeiroum vazamento que pode acarretar uma desengrenagem dos rosqueamentosdas partes machos e fêmeas em contato.As juntas e uniões rosqueadas foram objeto, para evitar isso,de diferentes aperfeiçoamentos: por exemplo as patentes FR 1489013, EP0488912, US 4494777 visaram realizar juntas rosqueadas tubulares ditassuperiores ou "Premium" especialmente estanques graças a faces de apoio deestanqueidade metal-metal que interferem radialmente uma sobre a outra e abatentes entre elementos machos e fêmeas judiciosamente dispostos demaneira a garantir uma faixa dada de interferência entre faces de apoio deestanqueidade.

Como indicado, depois de descida de uma coluna tubulardentro de um poço, é considerado submeter essa última a uma expansãodiametral, com deformação plástica permanente. Isso é feito por exemplo como auxílio de um suporte de expansão cuja passagem é forçada no interior dacoluna: ver as patentes ou pedidos de patentes WO 93/25799, WO 98/00626,WO 99/06670, WO 99/35368, WO 00/61915, GB 2344606, GB 2348657.Isso oferece potencialidades muito interessantes:

- descer uma coluna de pequeno volume, que é em seguidaexpandida à força;

- colocar no lugar desse modo uma coluna de tubos derevestimento interior de consolidação;

- do mesmo modo, colmatar in situ os furos de um tubo derevestimento interior de consolidação ou de produção furado pela corrosão oupelo atrito das hastes de perfuração, ou então descer dentro do poço tubos depequeno volume que serão expandidos no diâmetro desejado uma vez queestiverem no lugar,

- finalmente e sobretudo, permitir perfurar poços de diâmetrouniforme em todo o comprimento dos mesmos, cujo revestimento interior deconsolidação é realizado por uma coluna de tubos todos de mesmo diâmetro,partes de colunas sendo introduzidas no estado não expandido, e depois sendoexpandidas in situ com o diâmetro de partes de coluna expandidas já no lugare unidas ponta com ponta a essas últimas.

Seria nesse caso possível diminuir bastante o número de tubosnecessários para equipar um poço, suprimindo-se para isso os tubos de maiordiâmetro e de maior espessura. O custo do poço é diminuído porconseqüência. Pode mesmo ser considerado perfurar o poço diretamente coma coluna de tubos de revestimento interior de consolidação, quedesempenharia o papel de trem de hastes de perfuração.

Verificou-se que realizar juntas rosqueadas que mantêm seusdesempenhos depois de uma de uma expansão que pode ultrapassar 10 % emesmo atingir 25 % é extremamente delicado, ainda mais que isso deve serconfiável (todas as juntas devem agüentar) e estável nas condições defuncionamento.

São conhecidas por US 5924745 e WO 98/42947 junçõesrosqueadas que agüentam a expansão. Mas trata-se aqui de unir tubos ditosEST (expandable slotted tubings), munidos de fendas longitudinaistranspassantes, e sujeitos a expansão diametral no fundo de poços dehidrocarbonetos (por passagem de um mandril de expansão dentro dessestubos); alargadas, as fendas permitem que um fluido exterior ao tubo(hidrocarboneto que provém da jazida) entre dentro do tubo para ser levadonele para a superfície. Nesse caso, a estanqueidade das junções não temmanifestamente importância, e, estando em fundo de poço, elas não tem umacarga mecânica tão grande.

De fato, as primeiras proposições de expansão plástica decolunas tubulares estanques são baseadas em juntas soldadas (bobinas detubos unidos pelas pontas previamente por soldagem, desenroladas a partir dasuperfície) ou ainda em juntas deslizantes ("slips"). Mas tais juntas nãopossuem os desempenhos das juntas rosqueadas, em especial no que dizrespeito à combinação da resistência mecânica, da estanqueidade em todas ascondições de serviço, e também da possibilidade dedesmontagem/remontagem várias vezes seguidas.

Verificou-se que as juntas rosqueadas tubulares clássicas taiscomo aquelas de acordo com a patente US 4494777 não suportam a expansãodiametral plástica. E constatado depois de expansão nessas juntas:

- uma ausência de estanqueidade (que impede acessoriamenterealizar a expansão empurrando-se para isso hidraulicamente o suporte deexpansão dentro da coluna);

- uma flecha da extremidade macho na direção do interior dajunta que reduz consideravelmente e de maneira inaceitável o diâmetrointerior operacional da coluna realizando para isso uma saliência interior noespaço definido pelo diâmetro interior operacional;

- eventualmente a ruptura do lábio de extremidade macho porultrapassagem da capacidade de deformação de certas zonas especialmentesolicitadas devido às variações de espessura ao longo dos elementos machos efêmeas em relação à espessura no corpo do tubo.

Procurou-se portanto realizar uma junta rosqueada tubular queseja própria para resistir à operação de expansão dentro do poço e que sejaestanque aos líquidos e mesmo se possível aos gases depois da dita operaçãode expansão. Também se buscou que a junta rosqueada tubular seja simples eeconômica a produzir. Por outro lado buscou-se que a junta rosqueada possuabóias características metalúrgicas em serviço, portanto depois de expansão,notadamente a que ela apresente nesse estado um limite de elasticidadesuficiente, a que ela seja isenta de fragilidade e a que ela apresente boascaracterísticas na físsuração sob tensão por H2S.

São conhecidas juntas rosqueadas que têm um lábio macho emcorrespondência com um alojamento fêmea (US 4611838, US 3870351, WO99/08034, US 6047997). Verificou-se que essas montagens conhecidas nãomantêm a estanqueidade depois de expansão plástica, que aliás não é denenhuma forma considerada aí.Um modo de realização de uma junta de estanqueidade metalcontra metal em forma de dedo adaptada a essa técnica é descrito no pedidointernacional PCT/FRO1/02005 precitado. No entanto com esse modo derealização, acontece para as taxas de expansões maiores que as tensõesmecânicas sofridas pelos tubos por ocasião da passagem do suporte deexpansão soltam o dedo de seu alojamento, ocasionando uma estanqueidadeinsuficiente e mesmo uma ausência de estanqueidade ao nível das juntas.

A figura 1 representa a título explicativo uma junta de acordocom o pedido PCT/FRO 1/02005 publicado sob o N0 WO 02/01102, não deacordo com a presente invenção, que compreende um elemento rosqueadomacho 1 disposto na extremidade de um primeiro tubo 11. Esse elementomacho é atarraxado em batente em um elemento rosqueado fêmea 2 dispostona extremidade de um segundo tubo 12. O diâmetro interior do elementorosqueado macho é aqui igual ao diâmetro interior DI dos tubos 11, 12. Nomodo de realização da figura 1, o diâmetro exterior do elemento rosqueadofêmea é igual ao diâmetro exterior DE dos tubos 11, 12a título de exemplounicamente.

A junta está representada na figura 1 no estado simplesmenteatarraxado em batente antes de qualquer operação de expansão diametral.

O segundo tubo 12 tal como representado é um tubo de grandecomprimento. Esse segundo tubo poderia ser, de maneira não representada,uma luva munida de um lado do elemento fêmea 2 e do outro lado de umsegundo elemento fêmea simétrico ou não a esse último e atarraxado a umelemento macho situado na extremidade de um outro tubo de grandecomprimento.

Somente o elemento macho 1 está representado na figura 2.

Ele compreende um rosqueamento macho 3, cônico de filetestrapezoidais, e se prolonga na direção de sua extremidade livre por uma partenão rosqueada constituída por uma fenda 21 e por um lábio 5 e se termina poruma superfície anular de extremidade macho 9.

A fenda 21 possui uma forma em U pouco profunda.

Ela começa imediatamente além do rosqueamento e suaprofundidade hg é inferior à altura dos filetes do rosqueamento 3. Desse modoo fundo da fenda chega no pé do primeiro fílete do rosqueamento.

A largura da fenda Ig é sensivelmente igual a 4 vezes suaprofundidade hg.

O lábio 5 apresenta:

a)uma superfície periférica exterior 7 de forma cilíndrica,

b)uma superfície periférica interior 19 que corresponde à zonade extremidade da superfície periférica interior cilíndrica do primeiro tubo 11.

O lábio 5 possui portanto uma espessura et uniformesensivelmente igual à metade da espessura et do tubo 11. Ele possui umcomprimento li medido a partir da extremidade da fenda atéperpendicularmente à superfície 15 (definida mais abaixo) sensivelmenteigual a 3 vezes a espessura de lábio

A superfície de extremidade macho 9 forma um encaixe. Esseencaixe é constituído por uma superfície transversal anular macho 15 e poruma lingüeta 13 anular que se projeta axialmente, adjacente à superfícietransversal 15. A superfície transversal macho 15 está situada no lado doencaixe dirigido para o interior da junta rosqueada.

A superfície periférica exterior da lingüeta 13 está noprolongamento da superfície 7 do lábio enquanto que sua superfície periféricainterior 17 é por exemplo cilíndrica.

A espessura radial da lingüeta 13 é sensivelmente idêntica àespessura radial da superfície transversal 15 enquanto que a altura da lingüeta(ou projeção axial dessa última) é sensivelmente igual à espessura radial dessamesma lingüeta. Ela pode também ser igual a 1,5 vezes essa espessura radialpara reter melhor a extremidade livre da lingüeta por ocasião da expansão.O elemento fêmea 2 está representado sozinho na figura 3.

Ele compreende, partindo-se da extremidade livre do elementofêmea, um rosqueamento fêmea 4 de fíletes trapezoidais homólogo aorosqueamento macho 3 e depois uma parte não rosqueada 6. Essa parte nãorosqueada 6 forma um alojamento para corresponder e operar junto com olábio 5 do elemento macho 1.

O alojamento fêmea 6 apresenta uma superfície periférica 8voltada para o interior, de forma cilíndrica, ligada de um lado aorosqueamento fêmea 4 e do outro via um ressalto fêmea 10 à superfícieperiférica interior cilíndrica 20 do segundo tubo 12.

De maneira geral, o diâmetro da superfície periférica 8 doalojamento é muito ligeiramente superior ao diâmetro da superfície periféricaexterior 7 do lábio macho 5. Desse modo, as superfícies 7 e 8 podem deslizaruma na outra com pequena folga por ocasião do atarraxamento do elementomacho no elemento fêmea, por exemplo com uma folga de 0,2 mm. Avantagem de um tal deslizamento será exposta mais adiante.

O ressalto fêmea apresenta uma superfície anular de apoio 10que é disposta de maneira sensivelmente correspondente e possui uma formasensivelmente homóloga à forma da extremidade macho 9. A superfície 10forma um encaixe constituído por uma superfície anular transversal fêmea 16e por uma ranhura anular 14 adjacente à superfície transversal 16.

A superfície transversal fêmea 16 está situada no lado doencaixe dirigido para o interior da junta rosqueada.

A parede 18 da ranhura 14 adjacente à superfície transversal16 é por exemplo cilíndrica e pode se unir a essa última por um chanfro ouum arredondamento. A parede oposta da ranhura está no prolongamento dasuperfície periférica 8. por ocasião do atarraxamento da junta rosqueada, asuperfície 17 da lingüeta "sobe" na parede 18 da ranhura até que aextremidade livre transversal 25 da lingüeta chegue contra o fundo 24 daranhura 14. A altura axial hr da lingüeta 14 e a profundidade axial Pr daranhura são tais que as superfícies transversais 15 e 16 só entram em contatodepois de um atarraxamento suplementar. A pequena folga entre assuperfícies cilíndricas 7 e 8 e entre as superfícies da lingüeta e da ranhura queas prolongam permite a evacuação da graxa no final do atarraxamento eportanto um posicionamento correto do lábio 5 em relação ao alojamento 6.

As figuras 4 a 7 explicitam os fenômenos de deformação quese produzem quando se realiza com o auxílio de um suporte de expansão umaexpansão diametral da ordem de 15 % em tubos unidos pelas juntasrosqueadas que acabam de ser descritas e que permitem obter no final umajunta expandida estanque.

Uma tal deformação efetuada em materiais metálicos leva adeformações plásticas do metal.

Passa-se assim por exemplo de um diâmetro exterior de 139,7mm (5,5 in) no segundo tubo 12 a montante da expansão e em conseqüênciadisso na parte não ainda deformada a um diâmetro exterior de 157,5 mm (6,2in) no primeiro tubo 11 expandido (perpendicularmente ou a jusante do conede saída 33 do suporte de expansão). E preciso devido a isso utilizar para ostubos um metal que aceite tais deformações plásticas.

As deformações plásticas geradas aumentam o limite deelasticidade dos produtos: um tubo que possui inicialmente um limite deelasticidade de 310 MPa (45 KSI) vê desse modo esse último aumentar para380 MPa (55 KSI) depois de deformação.

A expansão diametral é realizada de maneira conhecida comoauxílio de um suporte de expansão 30 (figura 4) de diâmetro máximoadequado. Força-se a passagem desse suporte de expansão dentro dos tubosseja puxando-se o mesmo com o auxílio de hastes de perfuração sejaempurrando-se o mesmo por exemplo por uma pressão hidráulica.

O suporte de expansão tem por exemplo uma forma bicônicacom um cone de entrada 31 sobre o qual é feita a expansão, uma partecilíndrica mediana 32 e uma parte cônica de saída 33. Todas as superfícies daspartes de suporte de expansão são unidas entre si por raios de uniãoadaptados.

WO 93/25800 divulga notadamente ângulos de cones deentrada especialmente adaptados para a expansão diametral de tubos ditosEST para a exploração de poços de hidrocarbonetos.

Os tubos 11, 12 tendo uma seção sensivelmente constante,suas extremidades não apresentam problema especial por ocasião dapassagem do suporte de expansão desde que a capacidade de deformação dometal do qual eles são feitos seja suficiente.

Os problemas a resolver vêm do fato de que os elementosrosqueados na extremidade dos tubos têm espessuras menores do que asespessuras dos corpos dos tubos e localmente variáveis, são mais ou menosretidos e tendem a se deformar de maneira diferente entre as partes machos eas partes fêmeas correspondentes.

Essas deformações diferentes, se elas são controladasutilizando-se para isso a junta rosqueada de acordo com a invenção, permitemrealizar uma junta rosqueada estanque depois de expansão diametral que nãoapresenta relevo local redibitório no interior da superfície periférica interiordos tubos.

O processo de expansão da junta rosqueada pode serdecomposto em 4 fases que são objeto das figuras 4 a 7.

Ainda que a operação de expansão possa absolutamente serefetuada no sentido contrario e levar a resultados adequados, foi representadoo modo preferido de deformação no qual o suporte de expansão se desloca doelemento macho 1 do primeiro tubo na direção do elemento fêmea 2 dosegundo tubo 12.

a) Fase de expansão no cone do suporte de expansãoA figura 4 mostra a junta rosqueada no decorrer dessa fase.

A expansão é realizada pelo cone de entrada 31 do suporte deexpansão 30 e a figura 4 mostra os rosqueamentos machos 3 e fêmeas 4 emdecorrer de expansão diametral.

Na figura 4, o cone de entrada 31 do suporte de expansão 30inicia a deformação do lábio macho e da zona de alojamento homóloga fêmeadobrando para isso as mesmas para incliná-las em relação ao eixo da junção.

No decorrer dessa fase de expansão, os esforços de reação napassagem do suporte de expansão 30 são progressivamente transferidos doprimeiro tubo 11 para o segundo tubo 12.

Devido a esses esforços de reação, o lábio macho 5 écomprimido axialmente no decorrer dessa fase de expansão pela superfícieanular do ressalto fêmea 10.

O final da fase de expansão corresponde à chegada daextremidade livre do elemento macho ao final do cone de entrada 31 dosuporte de expansão.

b) Fase de flexão

No decorrer dessa fase, o lábio macho está situado ao nível daparte central 32 do suporte de expansão: ver a figura 5.

i) lábio macho

O lábio macho 5 é submetido em cada uma de suasextremidades a momentos de flexão de sentidos opostos.

A superfície de extremidade macho 9 é de fato mantida emposição na superfície de ressalto fêmea 10 devido aos encaixes com apoios15, 16 e ao sistema de retenção lingüeta 13/ranhura 14.

A retenção dos encaixes obriga a zona de extremidade livre dolábio macho 5 a acompanhar a inclinação da zona 22 de plena espessura doelemento fêmea para além do ressalto. Essa zona 22 está ainda em decorrer deexpansão sobre o cone de entrada 31 do suporte de expansão e cria portantoum momento de flexão a esse nível.

A outra extremidade do lábio, no lado do rosqueamento macho3, não é mais sustentada e impõe ao contrário ao lábio um momento de flexãooposto ao momento de flexão na extremidade de lábio.

Os momentos de flexão de sinal oposto nas duas extremidadesdo lábio macho ocasionam a curvatura em banana do lábio macho 5 como nafigura 5, a superfície periférica exterior 7 do lábio 5 tomando uma formarecurvada convexa.

O estado de compressão axial do lábio macho 5 no final defase de expansão facilita sai curvatura sob o efeito dos momentos de flexão.

A fenda 21 situada entre o lábio macho 5 e o rosqueamentomacho 3 desempenha o papel de uma rótula plástica que acentua a curvaturado lábio macho limitando assim a largura sobre a qual essa curvatura pode serefetuada.

É preciso no entanto ter o cuidado nesse caso para que astensões de compressão axial ao nível do lábio macho não induzam aflambagem do metal 23 sob a fenda. Essa flambagem se traduziria por umasaliência do metal sob a fenda em relação à superfície periférica interior 19.

ii) alojamento fêmea

O mesmo fenômeno de flexão se produz no alojamento fêmea.

A zona 22 de plena espessura relativamente rígida em relaçãoàs zonas de lábio relativamente finas é submetida em sua passagem ao nívelda parte mediana a uma expansão adicional de modo que o diâmetro interiorda zona 22 se torna superior ao diâmetro interior da zona mediana 32 dosuporte de expansão. O fenômeno de expansão adicional é descrito nodocumento WO 93/25800.

c) Fase de retificação

Essa fase ilustrada pela figura 6 corresponde à passagem dazona 22 de plena espessura fêmea sobre a parte mediana 32 do suporte deexpansão 30.

i) alojamento fêmea

A flexão gerada na fase precedente tende a ser levada de voltaa zero sob o efeito da tensão e das tensões circunferenciais, o que gera umestado de tensões axiais de flexão inversa em relação à curvatura, produzindoassim a retificação.

O momento de flexão gerado por essas tensões é proporcionalà espessura de matéria a montante da retificação. No momento de chegar notubo 12 em plena espessura (zona 22), o momento de flexão não é suficientepara retificar a zona periférica interior do alojamento fêmea que tende amergulhar então na direção do eixo do produto. Esse comportamento semanifesta por uma diminuição local de diâmetro exterior do tubo 12.

ii) lábio macho

A medida da retificação da parte fêmea, a diferença de volumeaxial que era gerada pela flexão diminui. O lábio macho 5 perde portantoprogressivamente seu estado de compressão. Isso prossegue com a separaçãodas superfícies 15, 16 inicialmente em batente. Esse fenômeno é reforçadopelo "mergulho" da superfície periférica interior 8 do alojamento fêmea queproduz um efeito de abertura dos batentes 15, 16.

A deformação em banana imposta na fase precedente éconservada.

d) Estado final

A figura 7 mostra o estado final da junta rosqueada depois dapassagem do suporte de expansão.

O estado das tensões circunferenciais gerado pela expansãoleva a um reforço da superfície periférica exterior 7 do lábio macho pelasuperfície periférica interior 8 do alojamento fêmea. É possível nesse casofalar de auto-reforço das superfícies 7, 8 da junta rosqueada no estadoexpandido, o que permite assegurar a estanqueidade. O lábio macho 5 nãomergulha na direção do eixo, pois o desvio radial imposto pela retenção dosencaixes 9, 10 gerou deformações plásticas suficientes.

O retorno elástico dos elementos da junta rosqueada depois depassagem do suporte de expansão é insignificante diante das deformaçõesplásticas executadas.

O reforço radial induz uma pressão de contato de váriasdezenas de MPa e mesmo de mais de 100 MPa, suficiente para assegurar umaestanqueidade às pressões interiores ou exteriores à junta rosqueada. Ocomprimento de reforço é suficiente em toda a periferia das superfícies decontato para assegurar uma estanqueidade estável entre essas últimas.

Uma estanqueidade é por outro lado necessária quando aexpansão é realizada empurrando-se para isso hidraulicamente o suporte deexpansão 30 sob uma pressão de 10 a 30 MPa, qualquer vazamento ao níveldas juntas já expandidas impedindo a penetração do suporte de expansão maisadiante dentro da coluna e bloqueando em conseqüência disso o processo deexpansão.

Será notado que no estado final, pode muito bem advir que alingüeta 13 não repouse mais dentro da ranhura 14.

Uma superfície de extremidade macho 9 não retida nasuperfície de ressalto fêmea 10 ocasiona um mergulho dessa extremidade porocasião da fase de retificação que vê a separação das superfícies transversaise 16 inicialmente em batente e disso resulta uma saliência inaceitável daextremidade inferior do lábio macho no interior da coluna. A coluna nãopermite mais então descer aparelhos ou ferramentas de um volume dado.

Uma folga muito grande entre a superfície periférica 7 do lábiomacho 5 e a superfície periférica 8 do alojamento fêmea na junta rosqueadaantes de expansão não permitiria o reforço dessas superfícies no final daoperação de expansão.

Uma interferência radial entre essas superfícies no estadoinicial antes de expansão é suscetível de dificultar as deformações diferenciais(curvatura, retificação) entre essas superfícies por ocasião das operações deexpansão, deformações diferenciais que permitem realizar o reforço dessassuperfícies no final da operação de expansão. Ela apresenta também o risco deocasionar uma gripagem dessas superfícies por ocasião do atarraxamento eum mau posicionamento dos elementos com uma retenção incorreta dassuperfícies 9 e 10 e com isso um reforço medíocre das superfícies 7 e 8 depoisde expansão.

Em um modo de realização preferido, a forma em encaixeanular com superfícies transversais 15, 16 e sistema de lingüeta 13/ranhura 14permite impedir o mergulho da extremidade livre macho por ocasião daexpansão. Outros modos de realização das superfícies encastradas 9, 10 sãopossíveis a fim de dar o mesmo resultado.

Um lábio macho 5 fino demais, de espessura ei inferior a umterço da espessura et dos tubos 11,12 não permite realizar um batente eficazao nível das superfícies transversais 15, 16.

Se a espessura ei do lábio macho 5 é ao contrário superior aos2/3 da espessura et dos tubos 11, 12, a espessura do tubo 12 ao nível da zonade alojamento fêmea ocasiona uma seção crítica de rosqueamento fêmea 1pequena demais e em conseqüência disso uma resistência insuficiente à traçãodos rosqueamentos.

A relação comprimento/espessura do lábio macho 5 rege ocomportamento em compressão e em flexão do lábio 5.

Um lábio macho 5 de comprimento li inferior a sua espessuraei não permite a flexão suficiente da superfície periférica 7 do lábio macho 5e/ou a retificação da superfície periférica 8 do alojamento fêmea.

Um lábio macho 5 de comprimento li superior a 4 vezes salespessura ei pode ocasionar uma flambagem do lábio macho e uma saliênciainterior desse último no lado rosqueamento.Esse efeito é acentuado pela presença de uma fenda 21 entre orosqueamento macho 3 e o lábio macio 5.

É por essa razão que a fenda tem preferencialmente umaprofundidade limitada a uma altura de filete e um comprimento limitado emrelação a sua profundidade.

Uma lingüeta 13 de espessura radial insuficiente e de alturaaxial inferior à espessura radial não poderia ser mantida suficientemente porocasião da expansão.

Faz-se referência à figura 8 que mostra uma das duas partessimétricas do corte axial de um primeiro modo de realização da junta deacordo com a invenção em fase de atarraxamento.

A figura 8 representa a junta que compreende o elementorosqueado 1 que compreende o rosqueamento macho 3 disposto naextremidade do primeiro tubo 11. Esse elemento macho está em decorrer deatarraxamento no elemento rosqueado fêmea 2 que compreende orosqueamento fêmea 4 disposto na extremidade do segundo tubo 12.

O lábio anular 5 apresenta a superfície periférica 7 voltadaradialmente para o exterior. Essa superfície periférica 7 do lábio compreende,partindo-se do rosqueamento macho, a fenda 21 seguida por uma segundasuperfície cilíndrica e depois por um ressalto inclinado 43 e por umasuperfície cilíndrica. A primeira superfície cilíndrica tem um diâmetro menordo que a segunda superfície cilíndrica.

O alojamento 6 apresenta a superfície periférica 8 voltadaradialmente para o interior. Essa superfície periférica 8 do alojamentocompreende, partindo-se do rosqueamento fêmea, um primeiro ressaltoinclinado 42 seguido por um segundo ressalto inclinado 41 de maneira aformar uma nervura anular 40 de topo cilíndrico entre os dois ressaltosinclinados. A nervura anular tem uma altura da ordem de vários décimos demilímetros (por exemplo 0,4 mm).As figuras 8, 10, 12 e 14 apresentam as etapas da montagemda junta da invenção. As figuras 9, 11, 13 e 15 ilustram o torque de apertoassociado às etapas de montagem.

Assim, a figura 8 ilustra a fase inicial de atarraxamento dajunta da invenção. A superfície periférica 7 do lábio é deslocada em rotaçãocontra a superfície periférica 8 do alojamento. A figura 9 mostra a evoluçãolinear de pequena inclinação do torque de atarraxamento exigido para essafase de atarraxamento A.

A figura 10 ilustra a passagem do topo da nervura 40 pelolábio 5. Assim, por ocasião do deslocamento axial do elemento macho 1, oressalto inclinado 42 que forma em parte a nervura 40 no elemento fêmea fazobstáculo à progressão do deslocamento axial do elemento macho 1. Dessemodo, o valor do torque de atarraxamento é aumentado a fim de que o lábio 5passe sobre o ressalto inclinado 42. O lábio é nesse caso submetido a tensõesradiais que tendem a comprimi-lo radialmente elasticamente. Essa fase deatarraxamento é mostrada na figura 11: a inclinação do torque deatarraxamento aumenta na parte Β. O torque de atarraxamento conserva emseguida a mesma inclinação enquanto o topo da nervura 40 estiver em contatocom a segunda superfície cilíndrica.

A figura 12 ilustra o final da passagem do topo da nervura 40pelo lábio 5. Assim, quando o ressalto inclinado 43 do lábio 5 chega ao níveldo ressalto inclinado 41 do alojamento, as tensões radiais diminuem sobre olábio 5 que se distende então elasticamente. O torque de atarraxamento énesse caso também bastante diminuído. Na figura 13, esse fenômeno se traduzpor uma inclinação do torque de atarraxamento negativa na parte C. E depois,a lingtieta 13 vem em contato com a superfície superior da ranhura 14 a fimde se alojar dentro dessa última. O torque de atarraxamento corresponde nessecaso à parte D que apresenta uma inclinação do torque de atarraxamento quese torna de novo positiva.Essa inclinação é ligeiramente superior à inclinaçãoda parte A.

A espessura radial da lingüeta 13 sendo ligeiramente inferioràquela da ranhura 14, as superfícies inferiores dessas ultimas não estão emcontato mútuo.

A figura 14 ilustra o final da inserção da lingüeta 13 dentro daranhura 14. Assim, de acordo com a figura 14, a lingüeta 13 tem umadimensão axial suficiente para que ela possa vir em batente axial no fundo daranhura 14. A figura 15 mostra o torque suplementar de atarraxamento naparte E que corresponde à pressão de contato entre a lingüeta 13 e a ranhura14. Por outro lado, uma certa estanqueidade pode ser obtida a esse estágioentre as superfícies periféricas superiores da lingüeta 13 e da ranhura 14.

Em uma outra realização geométrica da lingüeta 13, essaúltima não tem uma dimensão axial suficientemente longa para entrar emcontato com o fundo da ranhura 14. O torque suplementar de atarraxamentoda figura 15 corresponde ao caso no qual a superfície anular macho 15 vemem batente contra a superfície anular fêmea 16.

Nas fases de atarraxamento D e E, os ressaltos inclinados 41do alojamento e 43 do lábio estão em frente um ao outro.

Vantajosamente, por ocasião da montagem da junta, as partesBeC permitem determinar que a nervura foi passada, indicando a última fasedo atarraxamento.

A superfície de extremidade macho 9 do lábio que forma umaprimeira superfície de batente axial compreende a lingüeta 13 cujas bordasanulares são arredondadas.

A superfície de ressalto fêmea 10 do alojamento que formauma segunda superfície de batente axial compreende a ranhura 14 e asuperfície anular transversal fêmea 16, a borda anular que liga a ranhura coma superfície anular 16 sendo arredondada. Essa borda arredondada opera juntocom a borda interior arredondada da lingüeta 13 por ocasião de uma fase deatarraxamento que requer a inserção da lingüeta 13 dentro da ranhura 14 entreas etapas CeD.

Do mesmo modo, o ressalto inclinado 43 do lábio macho seune por arredondamento, indo na direção da extremidade o lábio, a uma parteda superfície periférica voltada radialmente na direção do exterior. Essearredondamento anular tem um raio de curvatura da ordem de algunsmilímetros (5 mm por exemplo).

Preferencialmente, os ressaltos inclinados 41 e 42 doalojamento delimitam a nervura anular. O topo dessa nervura anularcompreende uma superfície cilíndrica delimitada de cada lado por umarredondamento. O arredondamento anular de cada um dos ressaltosinclinados 41 e 42 tem um raio de curvatura da ordem de alguns milímetros(respectivamente 5 mm e 9 mm por exemplo).

Esses arredondamentos anulares dos ressaltos inclinados 41 e42 do alojamento operam junto com a borda arredondada exterior da lingüeta13 por ocasião das fases de atarraxamento B e C.

Assim, o arredondamento anular do ressalto inclinado 42 doalojamento permite reduzir o risco de gripagem por ocasião da passagem dalingüeta.

Na variante da figura 16, a superfície periférica 8 doalojamento voltada radialmente para o interior compreende uma caneluraanular 44 que apresenta um perfil côncavo sensivelmente em arco de círculode um raio de cerca de 10 mm, que se une no lado da segunda superfície debatente axial 10 a uma primeira parte de parede periférica 45 e no lado opostoa uma segunda parte de parede periférica que constitui o topo de uma nervura40, de menor diâmetro do que a parte de parede 45, o primeiro ressaltoinclinado 41 definindo o flanco da canelura 44 no lado da nervura.

Nessa mesma variante, a superfície periférica 7 do lábiovoltada radialmente para o exterior compreende uma parte cilíndrica 47disposta entre o primeiro ressalto inclinado 43 e a primeira superfície debatente axial 9. O espaço entre o fundo da canelura 44 e a parte cilíndrica 47 eas folgas permitem a evacuação correta da graxa por ocasião doatarraxamento.

Por ocasião da expansão da junta, a forma côncava da canelura44 imprime uma forma convexa correspondente à superfície periférica 7 dolábio, cujo diâmetro máximo é desse modo aumentado em relação aodiâmetro máximo obtido com a configuração da figura 14, de modo que apressão de contato das superfícies de estanqueidade dos dois elementos éaumentada, levando a uma estanqueidade mais estável.

Em um modo de realização vantajoso da invenção, a junta emúltima fase de atarraxamento é própria para ser expandida de acordo com umataxa de expansão compreendida entre 10 % e 25 %, a taxa de expansãopreferida sendo de 15 %.

Na figura 16, o ressalto inclinado 41 do alojamento e o ressaltoinclinado 43 do lábio são afastados de uma distância axial 1. Essa distânciaaxial 1 é função da taxa de expansão escolhida da junta de maneira a que sobdeformação radial de acordo com a taxa de expansão escolhida, o ressaltoinclinado 41 do alojamento e o ressalto inclinado 43 entrem em contatoestanque um contra o outro.

A expansão radial acarreta de fato uma deformação axial queprovoca um deslocamento relativo do ressalto inclinado 41 do alojamento edo ressalto inclinado 43 do lábio. O sentido axial de expansão é indiferente, ocontato entre ressaltos inclinados 41 e 43 resultando seja de uma aproximaçãodo ressalto inclinado 41 do alojamento contra o ressalto inclinado 43 do lábio,seja inversamente, da aproximação do ressalto inclinado 43 do lábio contra oressalto inclinado 41 do alojamento.

No caso de uma taxa de expansão de 15 %, a distância axial 1 éde alguns milímetros (por exemplo 2 mm).Na figura 17, a junta é representada depois de expansão deacordo com uma taxa de expansão escolhida, por exemplo de 15 %, comoprecedentemente descrito.

Assim, as deformações radiais da expansão acarretaramdeformações axiais do lábio 5 e do alojamento 6. O ressalto inclinado 43 dolábio entra em contato em pelo menos um ponto F com o ressalto inclinado 41do alojamento, ou inversamente. Esse contato estanque permanece estávelmesmo sob tensão. No caso de uma taxa de expansão maior do que o valorteórico escolhido, o contato estanque é reforçado.

A canelura imprime ao lábio macho uma curvatura local maiorque tende a favorecer o contato entre a lingüeta 13 e o flanco 18 da ranhura14. esse contato permite travar e estabilizar o comportamento do lábio sob apressão, notadamente interior, de um fluido.

O elemento fêmea 2 da junta tubular inicial representado nafigura 18 difere do elemento fêmea da figura 16 por um lado pela supressãodo ressalto 42, e da nervura 40 que esse último delimitava com o ressalto 41,por outro lado pela supressão da parte de parede periférica 45. A superfícieperiférica 8 do alojamento voltada radialmente para o interior é portantocomposta pela canelura 44, que se une diretamente ao fundo 24 da ranhura 14,e por uma parte de parede cilíndrica 50 que se une com a canelura 44 no ladooposto à ranhura 14. O ressalto 43 do elemento macho 1 também é suprimido,de modo que a superfície periférica 7 do lábio voltada radialmente para oexterior compreende uma parte de superfície cilíndrica 51 que se estende demaneira contínua a partir da fenda 21 até a extremidade 25 da lingüeta 13. Assuperfícies cilíndricas 50 e 51 estão em frente uma da outra, com uma ligeirafolga, na região do comprimento da junta compreendida entre a fenda 21 e acanelura 44, o que elimina qualquer risco de gripagem por ocasião doatarraxamento.

Por exemplo, para uma junta tubular de diâmetro exterior193,7 mm (7,625 in), o perfil da canelura 44 pode ter um raio de curvatura de6,31 mm, uma largura de 6,76 mm e uma profundidade da ordem de algunsdécimos de mm.

Por ocasião da passagem do suporte de expansão, em razão doesforço radial ao qual é submetido o lábio macho, a parte da superfíciecilíndrica 51 que se encontra em frente à canelura 44 se encurva para penetrardentro do espaço livre delimitado por essa última. Se forma desse modo nasuperfície periférica 7 um ressalto 52, conjugado com o ressalto 41 definidopelo flanco da canelura 44. Assim como os ressaltos 41 e 43 da figura 17, osressaltos 41 e 52 da figura 19 se deslocam axialmente um em relação ao outrono decorrer da expansão, com um aperto axial crescente que leva a umcontato estanque.

Najunta tubular inicial representada parcialmente na figura 20,o elemento macho 1 é idêntico ao elemento macho da figura 18. Emcontrapartida, a canelura 44 do elemento fêmea 2 é deslocado axialmente emrelação à canelura do elemento fêmea da figura 18. Assim, a superfícieperiférica 8 do alojamento compreende, de um lado e de outro da canelura 44e que se unem a essa última, duas partes de superfícies cilíndricas de mesmodiâmetro, a saber uma primeira parte 55 que s estende até o fundo 24 daranhura 14, e uma segunda parte 56 que se estende no lado oposto à ranhura.A parte 55 é disposta com uma ligeira folga em frente à superfície cilíndricado lábio macho, e a parte 56 está situada em frente à fenda 21. Graças a essaconfiguração, qualquer risco de gripagem é eliminado por ocasião doatarraxamento.

O perfil da canelura é por exemplo idêntico ao perfil descrito apropósito da figura 18, seu centro de curvatura estando a uma distância dofundo 24 da ranhura igual a 9,38 mm, de modo que a borda da caneluraoposta à ranhura se encontra em frente à parte de superfície cilíndrica exterior51 do lábio macho.No decorrer da expansão radial, um ressalto 52 é formado noressalto macho da maneira descrita a propósito da figura 19, esse ressaltooperando junto com o ressalto 41 da maneira descrita.

O lábio macho representado na figura 22 apresenta um perfilsemelhante ao perfil do lábio ilustrado pela figura 16. Sua superfícieperiférica 7 voltada radialmente para o exterior compreende portanto, a partirda extremidade 25 da lingüeta 13, uma primeira parte de parede cilíndrica 47unida por um ressalto inclinado 43 a uma segunda parte de parede cilíndrica60 de menor diâmetro, ela mesma seguida pela fenda 21. O perfil dealojamento do elemento fêmea da figura 22 é análogo ao perfil do alojamentodo elemento fêmea ilustrado pela figura 20, com exceção de que o diâmetroda parte de parede cilíndrica 61 compreendida entre a canelura 44 e o fundo24 da ranhura 14 é menor do que aquele da parte de superfície cilíndrica 62que se une com a canelura, no lado oposto à ranhura 14. O diâmetro da partede superfície 61 também é ligeiramente inferior ao diâmetro da parte desuperfície 47, produzindo uma interferência radial dessas superfícies porocasião do atarraxamento da junta.

Em contrapartida, o diâmetro da parte de superfície 62 ésuperior ao diâmetro da parte de superfície 47, o que elimina os riscos degripagem dessas superfícies por ocasião do atarraxamento.

Por exemplo, para uma junta tubular inicial de um diâmetroexterior de 152,4 mm (6 in) o perfil da canelura 44 pode apresentar um raio decurvatura de 10,4 mm, centrado a 3,7 mm da face de extremidade 25 dalingüeta 13, e uma largura axial de 4,9 mm, a profundidade máxima dacanelura sendo de 0,445 mm em relação à parte de superfície 61 e de 0,19 mmem relação à parte de superfície 62, a diferença de diâmetro entre essas duaspartes de superfície sendo portanto de 0,51 mm.

No decorrer da expansão radial, ao lado do ressalto 43preexistente, um ressalto 63 se forma nas zonas 43 e 47 da superfícieperiférica 7 do lábio macho, como descrito em ligação com a figura 19, eopera junto como descrito com o ressalto 41.

A canelura imprime ao lábio macho uma curvatura local maiorque tende a favorecer o contato entre a lingüeta 13 e o flanco 18 da ranhura

14. Esse contato permite travar e estabilizar o comportamento do lábio sob apressão, notadamente interior, de um fluido.

Nos modos de realização das figuras 16, 18, 20 e 22, aprofundidade da canelura é vantajosamente compreendida entre 0,05 e 1 mme de preferência inferior a 0,5 mm, essa profundidade sendo definida, quandoa canelura está compreendida entre duas partes de parede periférica dediâmetros diferentes, como a altura radial do maior desses dois flancos.

Por ocasião da fabricação da junta tubular inicial, é possívelvantajosamente aplicar, sobre uma e/ou outra das superfícies destinadas aentrar em contato mútuo estanque, uma camada de material dúctil tal comodescrita no pedido de patente n° 0200053 de 3 de janeiro de 2002. Essacamada dúctil permite colmatar as asperezas dos metais utilizados para oelemento macho 1 e para o elemento fêmea 2. A zona de contato depois deexpansão é aumentada entre o ressalto inclinado do lábio e o ressaltoinclinado do alojamento.

Como conhecido em si, para evitar uma dissimetria narealização dos rosqueamentos e em conseqüência disso uma diminuição daresistência mecânica das juntas, devida ao fato de que os diâmetrosrespectivamente exterior e interior dos tubos não são concêntricos quando elessaem de fabricação antes de rosqueamento, é possível realizar antes daoperação de rosqueamento uma expansão do diâmetro exterior que parte daextremidade livre do elemento fêmea e que se estende na totalidade ou partedo comprimento do rosqueamento a realizar.

De maneira similar, é possível reduzir o diâmetro interior naproximidade da extremidade do elemento macho por um martelamentorealizado antes de usinagem.

A expansão e o martelamento podem ser realizados com umdiâmetro constante, ou com um diâmetro crescente para o elemento fêmea,decrescente para o elemento macho, na direção da extremidade.

Claims (37)

1. Processo de realização de uma junta tubular estanque dealtos desempenhos, no qual parte-se de uma junta tubular inicial quecompreende- um primeiro elemento tubular macho (1), que compreendeum primeiro rosqueamento macho (3) e um lábio anular (5) que tem umaprimeira superfície de batente axial (9) na extremidade livre do primeiroelemento, e- um segundo elemento tubular fêmea (2), que compreende umsegundo rosqueamento fêmea (4), homólogo do primeiro rosqueamento (3), eum alojamento (6), homólogo do lábio macho, que tem uma segundasuperfície de batente axial (10),o primeiro rosqueamento sendo atarraxado no segundorosqueamento para levar as duas superfícies de batente em contato mútuo, efaz-se a junta tubular inicial ser submetida a uma expansão diametral nodomínio das deformações plásticas com o auxílio de um suporte de expansão(30) de diâmetro superior ao diâmetro interior (DI) dos ditos elementostubulares que é deslocado axialmente dentro da junta, caracterizado pelo fatode que, por ocasião da dita expansão radial, um primeiro ressalto inclinado(43) voltado axialmente para o lado oposto das ditas superfícies de batenteaxial e formado na superfície periférica do lábio macho voltada radialmentepara o exterior, e um primeiro ressalto inclinado (41) voltado axialmente nadireção das ditas superfícies de batente axial e formado na superfícieperiférica do alojamento fêmea voltada radialmente para o interior, sãosubmetidos a um deslocamento axial relativo um na direção do outro paraentrar em contato mútuo estanque com a interferência radial.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a superfície periférica (8) do alojamento voltada radialmentepara o interior compreende uma canelura anular (44) de perfil em arcocôncavo que apresenta um primeiro flanco voltado axialmente na direção dasditas superfícies de batente axial e um segundo flanco voltado axialmentepara o lado oposto às ditas superfícies de batente axial, o primeiro ressaltoinclinado (41) do alojamento sendo definido pelo dito primeiro flanco.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o perfil da canelura possui um raio de curvaturacompreendido entre 5 e 30 mm, de preferência próximo de 10 mm.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações 2 e 3,caracterizado pelo fato de que a altura radial do maior dos ditos primeiro esegundo flancos está compreendida entre 0,05 e 1 mm e de preferência éinferior a 0,5 mm.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4,caracterizado pelo fato de que os primeiros ressaltos inclinados do lábio e doalojamento estão presentes na junta tubular inicial.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que os primeiros ressaltos inclinados presentes na junta tubularinicial são axialmente confrontantes entre si em pelo menos uma parte de suaaltura radial.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações 5 e 6,ligada com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a parte do lábiocompreendida entre seu primeiro ressalto inclinado (43) e sua superfície debatente axial (9) é pelo menos parcialmente impressa na superfície dacanelura por ocasião da expansão.

8. Processo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7,ligada com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a canelura (44) seune no lado da segunda superfície de batente axial (10) a uma primeira partede parede periférica (45) e no lado oposto a uma segunda parte de paredeperiférica (40) de menor diâmetro do que a primeira parte de paredeperiférica.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a diferença entre os diâmetros das ditas partes de paredeperiférica é inferior ou igual a 1 mm.

10. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o primeiro ressalto inclinado do lábio é formado porimpressão pelo menos parcial desse último na superfície da canelura porocasião da expansão.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a canelura é adjacente à segunda superfície de batente axial.

12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a canelura (44) se une no lado da segunda superfície debatente axial (10) a uma primeira parte de parede periférica (55) e no ladooposto a uma segunda parte de parede periférica (56) sensivelmente demesmo diâmetro que a primeira parte de parede periférica.

13. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a canelura (44) se une no lado da segunda superfície debatente axial (10) a uma primeira parte de parede periférica (61) e no ladooposto a uma segunda parte de parede periférica (62) de maior diâmetro doque a primeira parte de parede periférica.

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a diferença entre os diâmetros das ditas partes de paredeperiférica é inferior ou igual a 1 mm.

15. Processo de acordo com uma das reivindicações 13 e 14,caracterizado pelo fato de que a primeira parte de parede periférica (61) doalojamento tem um menor diâmetro do que a superfície confrontante do lábiomacho de maneira a produzir uma interferência radial entre essas superfíciesno final do atarraxamento.

16. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro ressalto inclinado (43)do lábio macho e/ou o primeiro ressalto inclinado (41) do alojamento sãomunidos de um revestimento de um material mais dúctil do que o material dosubstrato.

17. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a expansão radial da junta érealizada de acordo com uma taxa de expansão pelo menos igual a 10 %.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que a expansão radial da junta é realizada de acordo com umataxa de expansão de cerca de 15 %.

19. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a superfície periférica doalojamento voltada radialmente para o interior compreende um segundoressalto inclinado (42) voltado axialmente para o lado oposto ao primeiroressalto inclinado (41) e que delimita com esse último uma nervura anular(40).

20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de que os primeiro e segundo ressaltos inclinados (41 e 42) doalojamento se unem no topo da nervura anular por arredondamentos.

21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que o arredondamento do segundo ressalto inclinado (42) doalojamento tem um raio de curvatura maior do que o raio de curvatura doarredondamento do primeiro ressalto inclinado (41).

22. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o ressalto inclinado (43) do lábiomacho se une por um arredondamento convexo com a superfície periféricavoltada radialmente para o exterior.

23. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os ditos ressaltos apresentam umainclinação compreendida entre 5 e 20°, de preferência próxima de 10°, emrelação ao eixo longitudinal da junta.

24. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os ditos ressaltos apresentam umaaltura radial compreendida entre 0,2 e 1 mm, de preferência próxima de 0,5mm.

25. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento tubular e osegundo elemento tubular pertencem respectivamente a um tubo de grandecomprimento e a uma luva destinada unir esse último a um outro tubo degrande comprimento por uma segunda junta tubular também obtida peloprocesso de acordo com uma das reivindicações precedentes.

26. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira superfície de batenteaxial é uma superfície saliente (9) constituída por uma lingüeta (13) anular epor uma superfície transversal (15) adjacente à lingüeta e em recuo axial emrelação a essa última e ligada à superfície periférica interior do primeiroelemento e pelo fato de que a segunda superfície de batente axial é umasuperfície de batente reentrante (10) constituída por uma ranhura (14) anular epor uma superfície transversal (16) adjacente a essa última ligada à superfícieperiférica interior do segundo elemento, a lingüeta (13) operando junto com aranhura (14).

27. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os primeiro (3) e segundo (4)rosqueamentos são cônicos de conicidade no máximo igual a 12,5 %.

28. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 26,caracterizado pelo fato de que os primeiro (3) e segundo (4) rosqueamentossão cilíndricos.

29. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o lábio possui uma espessura (ei)compreendida entre 1/3 e 2/3 da espessura do primeiro elemento tubular (1).

30. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o lábio possui um comprimento(li) e uma espessura (ei) tais que a relação comprimento sobre espessura delábio está compreendida entre 1 e 4.

31. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento tubular (1)apresenta uma fenda (21), na extremidade do primeiro rosqueamento (3),entre o rosqueamento e o lábio (5).

32. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a fenda (21) tem umaprofundidade (hg) no máximo igual à altura dos filetes do primeirorosqueamento (3).

33. Processo de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a fenda (21) tem um comprimento(Ig) e uma profundidade (hg) tais que seu comprimento está compreendidoentre 2 e 15 vezes sua profundidade.

34. Junta tubular inicial utilizável para a execução do processode acordo com uma das reivindicações precedentes, que compreende- um primeiro elemento tubular macho (1), que compreendeum primeiro rosqueamento macho (3) e um lábio anular (5) que tem umaprimeira superfície de batente axial (9) na extremidade livre do primeiroelemento, e- um segundo elemento tubular fêmea (2), que compreende umsegundo rosqueamento fêmea (4), homólogo ao primeiro rosqueamento (3), eum alojamento (6), homólogo ao lábio macho, que tem uma segundasuperfície de batente axial (10),caracterizada pelo fato de que o primeiro rosqueamento épróprio para se atarraxar no segundo rosqueamento para levar as duassuperfícies de batente em contato mútuo, e pelo fato de que a superfícieperiférica do alojamento voltada radialmente para o interior compreende umprimeiro ressalto inclinado (41) voltado na direção da segunda superfície debatente axial.

35. Junta tubular de acordo com a reivindicação 34,caracterizada pelo fato de que ela é especificada para ser expandida pelapassagem axial de um suporte de expansão indiferentemente em um sentidoou no outro.

36. Junta tubular estanque de altos desempenhos tal que elapode ser obtida pelo processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 33,que compreende- um primeiro elemento tubular macho (1), que compreendeum primeiro rosqueamento macho (3) e um lábio anular (5) que tem umaprimeira superfície de batente axial (9, 15) na extremidade livre do primeiroelemento, e- um segundo elemento tubular fêmea (2), que compreende umsegundo rosqueamento fêmea (4), homólogo ao primeiro rosqueamento (3), eum alojamento (6), homólogo ao lábio macho, que tem uma segundasuperfície de batente axial,caracterizada pelo fato de que o primeiro rosqueamento éatarraxado no segundo rosqueamento, um primeiro ressalto inclinado (43)voltado axialmente para o lado oposto das ditas superfícies de batente axial eformado na superfície periférica do lábio macho voltada radialmente para oexterior, e um primeiro ressalto inclinado (41) voltado axialmente na direçãodas ditas superfícies de batente axial e formado na superfície periférica doalojamento fêmea voltada radialmente para o interior, estando em contatomútuo estanque com interferência radial.

37. Junta tubular de acordo com a reivindicação 36, tal comoela pode ser obtida pelo processo de acordo com a reivindicação 26,caracterizada pelo fato de que a lingüeta (13) está em contato com o flanco(18) da ranhura (14) adjacente à dita superfície transversal (16) da segundasuperfície de batente axial.