BR112018016593B1

BR112018016593B1 - Junta rosqueada para tubulação de poço de petróleo

Info

Publication number: BR112018016593B1
Application number: BR112018016593-0A
Authority: BR
Inventors: Takamasa Kawai; Taro Kanayama; Masaki Yoshikawa; Haruhiko Seki; Masateru Ueta; Jun Takano; Tsuyoshi Yoneyama
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-10-26
Also published as: JP6187724B1; BR112018016593A2; RU2692177C1; CN207131996U; CN107101054B; AU2016393093A1; EP3418617B1; MX2018009994A; US20190056049A1; EP3418617A1; JPWO2017141538A1; WO2017141538A1; CA3013300A1; MY189310A; CN107101054A; AU2016393093B2; AR107648A1; SA518392131B1; EP3418617A4; CA3013300C

Abstract

trata-se de uma junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo que possui capacidade suficiente de vedação quando a pressão externa é aplicada à junta rosqueada suprimindo-se a deformação plástica de uma porção de nariz e resistência à esfoliação suficiente. a resistência à esfoliação suficiente é fornecida evitando-se a ocorrência de esfoliação no momento de produção da junta rosqueada durante teste de verificação realizado de acordo com a iso13679:2002 mesmo quando a junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo tem uma espessura pequena. os parâmetros que incluem tamanhos da junta rosqueada em posições de um ponto de vedação e as porções de ombro satisfazem as seguintes fórmulas 1, 2 e ls/ln é definido a 0,2 a 0,6. (ds12-ds02)/( d12-d02) ¿0,30 ¿¿¿¿ (fórmula 1) tan¿¿ (¿d+¿)/{2(lt-ls)} ¿¿¿¿ (fórmula 2)

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a uma junta rosqueada para um tubo de poço de petróleo geralmente usado para busca e produção de poço de óleo ou poço de gás e mais particularmente a uma junta rosqueada para um tubo de poço de petróleo aplicada de preferência à tubulação.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] As juntas rosqueadas foram popularmente usadas para conectar tubos de aço usados em instalações de uma indústria de óleo como tubulação de poço de petróleo. Recentemente, o aprofundamento de um poço para óleo bruto ou um gás natural tem estado em progresso e o número de poços horizontais e poços direcionais a partir de poços verticais aumentou e, então, o ambiente de perfuração e de produção se tornou severo. Adicionalmente, o número de poços desenvolvidos em uma circunstância extremamente intimidadora, como oceanos e regiões polares, aumentou e, então, os desempenhos os quais exige-se que as juntas rosqueadas satisfaçam são diversificados, incluindo a resistência à compressão, resistência à curvatura, a capacidade de vedação contra uma pressão externa (resistência à pressão externa), ou similares. Na conexão de tubos de aço usados para busca e produção de óleo ou gás, convencionalmente, uma junta rosqueada padrão que é estipulada no padrão API (Instituto Americano de Petróleo) tem sido tipicamente usada. No entanto, a diversificação acima mencionada aumentou o número de casos de uso de uma junta rosqueada especial que tem alto desempenho que é denominado “junta de primeira qualidade" e uma demanda pelo melhoramento em desempenho da junta de primeira qualidade também aumenta de modo constante.

[0003] Uma junta de primeira qualidade é usualmente uma junta que inclui: roscas cônicas; porções de vedação (para ser mais específico, porções de vedação de toque de metal); e porções de ombro (para ser mais específico, porções de ombro de torque). Ou seja, a junta de primeira qualidade é uma junta do tipo de acoplamento de membros rosqueados machos de união formada em porções de extremidade de tubo (mais adiante neste documento denominado “pino”) e um membro rosqueado fêmea para conectar com um pino para conectar dois pinos entre si (mais adiante neste documento denominado “caixa”). As roscas cônicas são importantes para fixar firmemente a junta. Colocar a caixa e os pinos em contato de metal, um em contato com o outro, forma as porções de vedação entre os mesmos e as porções de vedação desempenham um papel de garantir a capacidade de vedação. As porções de ombro formam as faces dos ombros que funcionam como tampões durante a produção da junta.

[0004] Além disso, o aprofundamento de um poço acima mencionado aumenta o número de casos que requerem uma tubulação de poço de petróleo com capacidade de lidar com um ambiente de alta pressão de alta temperatura. No projeto de poços, observa-se uma tendência em que um diâmetro externo de uma tubulação para sugar um fluido de produção (óleo bruto, um gás natural ou similar) é pequena e, para o aumento da produtividade, a espessura de parede da tubulação é reduzida de modo a aumentar a área de corte transversal de um diâmetro interno da tubulação através da qual um fluido passa.

[0005] Sob tais circunstâncias, foi convencionalmente proposto várias técnicas de modo a satisfazer a demanda por uma junta rosqueada que possui alta resistência e capacidade de vedação mesmo sob uma grande carga compressiva. Por exemplo, foi conhecida uma técnica em que uma razão de uma área de corte transversal de uma superfície de contato de uma porção de ombro em um lado de caixa (uma área de uma região obtida por projeção ortogonal da superfície de contato em uma superfície ortogonal para um eixo geométrico de tubulação) para uma área de corte transversal de tubo bruto de pino (uma área de corte transversal de uma porção não formada de pino de um tubo de aço que é formado aplicando-se pino formando a uma porção de extremidade do tubo de aço) é definida a um valor predeterminado (0,5) ou mais (consulte PTL 1).

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[0006] PTL 1: Patente n° JP 4257707

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0007] Um valor calculado com base em uma expressão matemática estipulada no API 5C3 é usado como uma pressão externa em um teste para avaliar a capacidade de vedação de uma junta rosqueada exigida pela ISO13679: 2002. No teste, no caso de uma tubulação formada por um pino que tem um diâmetro externo de 114,3 mm (4,5 polegadas ou 4,5 ”) ou menos, WT/OD, que é uma relação entre uma espessura de parede (WT) e um diâmetro externo (OD), se torna relativamente grande. Consequentemente, é necessário que essa tubulação possua capacidade de vedação a uma pressão externa superior a uma pressão externa, em que uma tubulação formada por um pino que tem um diâmetro exterior maior que 114,3 mm seja exigida para possuir.

[0008] Por outro lado, a tubulação tem uma espessura de parede pequena em geral e assim, uma espessura de parede de uma porção de nariz se torna pequena de modo que exista uma tendência de que uma área de corte transversal de uma porção de ombro (a área da região obtida pela projeção ortogonal da superfície de contato em uma superfície ortogonal a um eixo geométrico central da tubulação) também se torna pequena. Essa tendência é susceptível de causar um problema na forma de deformação plástica da porção de nariz no momento de produção de uma junta rosqueada. É difícil resolver esse problema com a técnica descrita em PTL 1. Além disso, tal técnica convencional ainda não é suficiente a partir de um ponto de vista da prevenção da ocorrência da denominada "esfoliação"que é apreendido no momento de produção da junta rosqueada ou no momento de romper a junta.

[0009] A presente invenção foi produzida em vista das circunstâncias acima mencionadas, e é um objetivo da presente invenção fornecer uma junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo que possui, mesmo no caso em que a junta rosqueada para um tubulação de poços de petróleo é uma junta rosqueada para uma tubulação com uma pequena espessura de parede, capacidade suficiente de vedação (capacidade suficiente de vedação contra uma pressão externa) quando a pressão externa é aplicada à junta rosqueada, suprimindo-se a deformação plástica de uma porção de nariz em um teste de capacidade de vedação e resistência suficiente de esfoliação no momento de produzir e romper a junta rosqueada no teste realizado de acordo com a ISO13679: 2002.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0010] Os inventores da presente invenção produziram estudos extensivos para resolver o problema acima mencionado, e produziram a presente invenção que tem a seguinte configuração como a essência da presente invenção.

[0011] [1] Uma junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo que inclui:

[0012] um pino que tem uma porção de nariz em uma extremidade distal de uma porção macho rosqueada; e

[0013] uma caixa que tem uma porção fêmea rosqueada que engata com a porção macho rosqueada do pino encaixando-se o engate e as porções voltados de modo oposto para a porção de nariz, em que

[0014] uma porção de ombro posicionada em uma extremidade distal da porção de nariz do pino é colocada em contato com uma porção de ombro da caixa que está voltada de modo oposto para a porção de ombro do pino em uma direção axial,

[0015] uma superfície externa da porção de nariz do pino é formada por uma superfície curvada saliente, e uma superfície interna da caixa, que está voltada de modo oposto para a superfície externa da porção de nariz, é formada por uma superfície cônica que tem um ângulo de inclinação θ em relação à direção axial,

[0016] tanto a superfície externa da porção de nariz do pino quanto a superfície interna da caixa são configuradas para serem colocadas em contato metal a metal uma com a outra em uma direção radial no momento de produção da junta, formando assim uma estrutura que veda um fluido,

[0017] um ponto de vedação é definido como uma posição na direção axial em que uma margem de sobreposição de porções de vedação tanto do pino quanto da caixa na direção radial se torna máxima em um estado em que vistas de corte transversal na direção axial tanto do pino quanto da caixa são produzidas para se sobrepor uns aos outros de modo que as porções de ombro se encaixam entre si, e

[0018] seguir parâmetros que incluem tamanhos da junta rosqueada no ponto de vedação e as porções de ombro satisfazem as seguintes fórmulas 1, 2 e Ls/Ln é definido a 0,2 a 0,6:

em que

[0019] Ds1: diâmetro (metro (polegada)) que expressa a posição de extremidade superior de uma superfície de contato de ombro;

[0020] Ds0: diâmetro (metro (polegada)) que expressa posição de extremidade inferior da superfície de contato de ombro;

[0021] D1: diâmetro externo (metro (polegada)) de uma porção não formada de pino;

[0022] D0: diâmetro interno (metro (polegada)) da porção não formada de pino;

[0023] θ: ângulo de conicidade (°) da porção de vedação da caixa;

[0024] ΔD: diferença (ΔD=Dn-Dsp) (metro (polegada)) entre diâmetro externo Dn (metro (polegada)) de porção de conexão da porção de nariz com a porção rosqueada do pino e diâmetro externo Dsp (metro (polegada)) na posição do ponto de vedação;

[0025] δ: quantidade de interferência de vedação (margem de sobreposição de as porções de vedação por diâmetro na posição do ponto de vedação) (metro (polegada));

[0026] Lt: índice (metro (polegada)) de posição de acabamento de uma porção cônica de vedação da caixa (expressa por comprimento a partir de uma extremidade distal do pino em direção axial);

[0027] Ls: índice (metro (polegada)) de uma posição de ponto de vedação (que é expresso por comprimento a partir da extremidade distal do pino em direção axial); e

[0028] Ln: comprimento (metro (polegada)) da porção de nariz.

[0029] [2] A junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo descrita na [1] acima mencionada em que o diâmetro externo do pino é definido a 114,3 mm ou menos e o Ln é definido a 5,08 mm ou mais.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0030] De acordo com a presente invenção, mesmo quando a junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo é formada por uma junta rosqueada para uma tubulação que tem uma espessura de parede pequena, é possível para evitar a ocorrência de esfoliação no momento de produzir e romper a junta no teste realizado de acordo com a ISO13679: 2002. Adicionalmente, em um teste de capacidade de vedação, a deformação plástica da porção de nariz pode ser suprimida realizando, portanto, a capacidade suficiente de vedação (capacidade suficiente de vedação contra uma pressão externa) quando a pressão externa é aplicada à junta rosqueada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] A Figura 1 é uma vista explicativa esquemática que mostra uma junta de primeira qualidade para uma tubulação de poço de petróleo que forma uma técnica em relação a uma junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo, de acordo com a presente invenção, e também é uma vista esquemática de uma porção de nariz.

[0032] A Figura 2 é uma vista explicativa esquemática que mostra a junta de primeira qualidade para uma tubulação de poço de petróleo que forma a técnica em relação à junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo, de acordo com a presente invenção, e também é uma vista esquemática de porções rosqueadas.

[0033] A Figura 3 é uma vista explicativa esquemática que mostra a junta de primeira qualidade para uma tubulação de poço de petróleo que forma a técnica em relação à junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo, de acordo com a presente invenção, e também é uma vista esquemática da porção de junta total.

[0034] A Figura 4 é uma vista preparada preenchendo-se alguns parâmetros usados na presente invenção em uma vista esquemática de uma junta rosqueada do tipo de vedação radial.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0035] Mais adiante neste documento, a presente invenção será descrita com referência à Figura 1 a Figura 3 primeiramente. A seguir, características técnicas da presente invenção serão descritas em mais detalhes com referência à Figura 4.

[0036] A Figura 1 a Figura 3 são vistas explicativas esquemáticas que mostram uma junta de primeira qualidade para uma tubulação de poço de petróleo que forma uma técnica em relação a uma junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo da presente invenção. Essas vistas explicativas são vistas em corte transversal longitudinal (vistas em corte transversal em que um eixo geométrico de tubulação se estende dentro de um corte transversal) de junta rosqueada formada por um tubo circular. A junta rosqueada 100 inclui pinos 3 e uma caixa 2 que correspondem a esses pinos 3. O pino 3 tem uma porção macho rosqueada 7 na superfície externa do mesmo, e uma porção de nariz (também denominada um nariz de pino) 8 que é uma porção de um comprimento disposto de modo adjacente à porção macho rosqueada 7 em um lado de extremidade distal do pino 3 e que não tem roscas. A porção de nariz 8 tem uma porção de vedação (para ser mais específico, uma porção de vedação de toque de metal) 11 em uma superfície periférica externa do mesmo e uma porção de ombro 12 em uma superfície de extremidade do mesmo. Em uma superfície interna da caixa 2, uma porção fêmea rosqueada 5, uma porção de vedação 13 e uma porção de ombro 14 são formadas. A porção fêmea rosqueada 5 é engatada de modo rosqueado com a porção macho rosqueada 7 do pino 3, a porção de vedação 13 é colocada em contato com a porção de vedação 11 do pino 3 e a porção de ombro 14 é colocada em contato com a porção de ombro 12 do pino 3.

[0037] Na técnica em relação à junta rosqueada para uma tubulação de poço de petróleo, sendo que a junta rosqueada é um tipo que tem a porção de vedação 11 em uma porção de extremidade distal do pino 3. Um desempenho de vedação desejado pode ser realizado aplicando-se uma produção adequada de torque à porção de vedação 11. No entanto, a produção de torque é influenciada por uma condição de lubrificação, propriedades de uma superfície e similares. Conforme um projeto que não depende em grande parte de tal condição de lubrificação, propriedades de uma superfície e similares, é conhecida uma junta rosqueada que adota um método de vedação de direção radial que relativamente aumenta um componente direcional radial de uma pressão de contato de vedação (mais adiante neste documento denominada uma junta rosqueada do tipo de vedação radial). A junta rosqueada do tipo de vedação radial é substancialmente igual à junta rosqueada de um tipo em que a porção de vedação é formada na porção de extremidade distal do pino em relação ao ponto que a porção de vedação é formada em uma posição diferente a partir de uma posição em que a porção de ombro é formada. No entanto, a junta rosqueada do tipo de vedação radial tem uma vantagem que uma pressão de contato de vedação é minimamente reduzida quando uma carga de tração em uma direção axial é aplicada à junta rosqueada.

[0038] Na Figura 2, α indica um ângulo de flanco de carga. O ângulo de flanco de carga α é definido por um ângulo que uma superfície de flanco de carga 9 da porção rosqueada produz com um plano ortogonal a um eixo geométrico de tubulação central. Quando uma extremidade da superfície de flanco de carga 9 em um lado de diâmetro interno de pino é posicionada mais em um lado de extremidade distal de pino que uma extremidade da superfície de flanco de carga 9 em um lado de diâmetro externo de pino, conforme mostrado na Figura 2, o ângulo de flanco de carga α é expressado como um ângulo negativo (por exemplo, α=-5° ou similares). Em um caso oposto, o ângulo de flanco de carga α é expressado como um ângulo positivo (por exemplo, a=5°). Quando o ângulo de flanco de carga α não é nem um ângulo negativo nem um ângulo positivo, o ângulo de flanco de carga α é definido a 0 (α=0°). Um vão de rosca 15 é definido como uma distância entre uma superfície de flanco de penetração 10 em um lado de pino e uma superfície de flanco de penetração 10 em um lado de caixa da porção rosqueada (distância entre superfícies de flanco de penetração em uma posição central em uma direção de altura rosqueada) quando a superfície de flanco de carga do pino e o ângulo de flanco de carga da caixa são colocados em contato um com o outro.

[0039] A Figura 4 é uma vista preparada preenchendo-se alguns parâmetros usados na presente invenção em uma vista esquemática de uma junta rosqueada do tipo de vedação radial. Na Figura 4, os mesmos símbolos são dados para partes idênticas ou correspondentes às partes descritas nas Figuras 1 a 3, e a descrição dessas partes é omitida. A junta rosqueada do tipo de vedação radial inclui: pinos 3 que têm um diâmetro externo (D1 descrito depois) de 114,3 mm ou menos em que a porção de nariz é continuamente formada em uma extremidade distal da porção macho rosqueada; e a caixa 2 que tem as porções rosqueadas fêmea que engatam com as porções rosqueadas macho dos pinos 3 encaixando-se o engate e as porções voltados de modo oposto para as porções de nariz 8. A porção de ombro 12 posicionada em uma extremidade distal da porção de nariz 8 do pino 3 é colocada em contato com uma porção de ombro 14 da caixa 2 que está voltada de modo oposto para a porção de ombro 12 do pino 3 em uma direção axial. Uma superfície externa da porção de nariz 8 do pino 3 é formada por uma superfície curvada saliente, e uma superfície interna da caixa 2, que está voltada de modo oposto para a superfície externa da porção de nariz 8, é formada por uma superfície cônica que tem um ângulo de inclinação (ângulo de conicidade) θ em relação à direção axial. Tanto a superfície externa da porção de nariz 8 do pino 3 quanto a superfície interna da caixa 2 respectivamente têm a porção de vedação 11 em um lado de pino e uma porção de vedação 13 em um lado de caixa que são colocados em contato metal a metal uma com a outra em uma direção radial no momento de produção da junta, dessa forma, fornece a estrutura que veda um fluido.

[0040] A presente invenção é aplicável de modo desejado à junta em que um diâmetro externo de pino é 114,3 mm ou menos. Embora a presente invenção seja aplicável à junta em que o diâmetro externo de pino que é um tamanho de invólucro descrito em API 5CT exceda 114,3 mm, mesmo se a junta não for projetada de modo a satisfazer as fórmulas 1, 2 descritas posteriormente e produzir Ls/Ln dentro de uma faixa da presente invenção, é possível realizar tanto a capacidade de vedação contra uma pressão externa quanto a resistência à esfoliação. Por outro lado, se o diâmetro externo do pino for 114,3 mm ou menos, se a junta for projetada de modo a satisfazer as fórmulas 1, 2 descritas mais adiante e produzir Ls/Ln dentro da faixa da presente invenção, é possível realizar tanto a capacidade de vedação contra uma pressão externa quanto a resistência à esfoliação.

[0041] Na Figura 4, Ds1 é um diâmetro (metro (polegada)) que expressa a posição de uma extremidade superior (uma extremidade em um lado de diâmetro externo) de uma superfície de contato de ombro, e Ds0 é um diâmetro (metro (polegada)) que expressa a posição de uma extremidade inferior (uma extremidade em um lado do diâmetro interno) da superfície de contato do ombro. Um diâmetro externo D1 (metro (polegada)) e um diâmetro interno D0 (metro (polegada)) de uma porção não formada do pino 3 não são indicados na Figura 4. A superfície de contato do ombro indica uma superfície formada colocando-se a porção de ombro 12 em contato com a porção de ombro 14. A porção não formada do pino 3 é uma região do pino 3 em que a porção rosqueada macho 7 em um lado de extremidade posterior não está presente quando a porção de ombro 12 é ajustada como um lado de extremidade distal, e a porção não formada do pino 3 indica uma região de tubo plano em que um diâmetro externo e um diâmetro interno tomam valores fixos na direção do eixo geométrico de tubo.

[0042] θ é um ângulo de conicidade (°) da porção de vedação 13 da caixa 2. Dn é um diâmetro externo da porção de nariz (metro (polegada)) do pino 3 e é um diâmetro do pino 3 em uma porção de conexão entre a porção do nariz 8 e a porção rosqueada macho 7. Dsp é um diâmetro externo (metro (polegada)) em uma posição de ponto de vedação do pino 3. ΔD é a diferença (metro (polegada)) entre o diâmetro externo da porção de nariz Dn do pino 3 e o diâmetro externo Dsp na posição de ponto de vedação (ΔD = Dn-Dsp). δ É uma quantidade de interferência de vedação (metro (polegada)). A quantidade de interferência de vedação δ é uma margem de sobreposição da porção de vedação por um diâmetro na posição de ponto de vedação da porção de vedação 20 que é uma área formada sobrepondo-se a porção de vedação 11 em um lado de pino e a porção de vedação 13 em um lado da caixa. Lt é um índice de posição de acabamento (metro (polegada)) de uma porção cônica da caixa 2 (expressa como um comprimento em uma direção axial da extremidade distal do pino). Ls é um índice (metro (polegada)) de uma posição de ponto de vedação (que é expresso por comprimento a partir da extremidade distal do pino na direção axial). Ln é um comprimento de uma porção de nariz (metro (polegada)).

[0043] O ponto de vedação é uma posição em uma direção axial em que uma margem de sobreposição das porções de vedação (a porção de vedação 11 e a porção de vedação 13) na direção radial se torna máxima em um estado em que os desenhos de corte transversal na direção axial tanto do pino 3 quanto da caixa 2 são produzidos para se sobreporem uns aos outros, de modo que as porções de ombro (a porção de ombro 12 e a porção de ombro 14) se encaixam uma na outra.

[0044] Para garantir a capacidade de vedação (particularmente a capacidade de vedação contra uma pressão externa), é necessário definir o ponto de vedação em uma posição afastada a partir da extremidade de tubo (a extremidade distal do pino). Para ser mais específico, Ls/Ln obtido dividindo-se o índice de posição de ponto de vedação Ls pelo comprimento de porção de nariz Ln é projetado para satisfazer uma relação Ls/Ln = 0,2 a 0,6. Ls/Ln é de preferência definido a 0,3 ou mais. Ls/Ln é de preferência definido a 0,5 ou menos. Adicionalmente, o comprimento de porção de nariz Ln é de preferência definido a 0,2 " (0,2 polegada, 5,08 mm) ou mais.

[0045] Quando o comprimento de porção de nariz Ln é definido excessivamente grande, é difícil estabelecer a fórmula 1 descrita depois e logo, é desvantajoso que a capacidade de vedação seja inferiorizada ao longo da deformação plástica da porção de nariz. Consequentemente, o comprimento de porção de nariz Ln é de preferência definido a 1 " (25,4 mm) ou menos.

[0046] Para suprimir a deformação plástica da porção de nariz, é desejável aumentar uma razão entre uma área de corte transversal da porção de ombro e logo. Portanto, um ângulo de conicidade θ da porção de vedação se torna inevitavelmente pequeno. “Uma razão entre uma área de corte transversal da porção de ombro " significa que uma razão entre uma área de uma imagem de projeção ortogonal de uma superfície de contato da porção de ombro em um plano ortogonal a um eixo geométrico a uma área de corte transversal da porção não formada de pino ortogonal ao eixo geométrico, e é calculada por uma expressão matemática em um lado esquerdo de uma fórmula 1 seguinte.

em que

[0047] Ds1: diâmetro (metro (polegada)) que expressa posição de extremidade superior de superfície de contato de ombro

[0048] Ds0: diâmetro (metro (polegada)) que expressa posição de extremidade inferior de superfície de contato de ombro

[0049] D1: diâmetro externo (metro (polegada)) de porção não formada de pino

[0050] D0: diâmetro interno (metro (polegada)) de porção não formada de pino

[0051] Conforme mostrado na Figura 4, a junta rosqueada é usualmente projetada de modo que a junta rosqueada tenha “uma porção de conexão entre a porção de vedação e a porção rosqueada " que é uma porção para conectar a porção de vedação e a porção rosqueada uma à outra. Conforme um projeto extremo, quando uma porção escalonada da porção de conexão entre a porção de vedação e a porção rosqueada se torna grande, ocorre um contato na porção de conexão entre a porção de vedação e a porção rosqueada em um estágio inicial de uma etapa de produção para que uma grande pressão de face seja gerada, causando assim esfoliação.

[0052] Para resolver esse problema, os inventores da presente invenção revelaram que a esfoliação causada por um contato na porção de conexão entre a porção de vedação e a porção rosqueada no momento da produção pode ser evitado enquanto se suprime a deformação plástica da porção de nariz projetando-se de modo que os parâmetros acima mencionados satisfaçam a fórmula 1 acima mencionada e uma fórmula 2 descrita abaixo.

em que

[0053] θ: ângulo de conicidade (°) de porção de vedação de caixa

[0054] ΔD: diferença (ΔD=Dn-Dsp) (metro (polegada)) entre diâmetro externo Dn (metro (polegada)) de porção de nariz de pino e diâmetro externo Dsp na posição de ponto de vedação

[0055] δ: quantidade de interferência de vedação (margem de sobreposição de porções de vedação por diâmetro na posição de ponto de vedação) (metro (polegada))

[0056] Lt: índice de posição de acabamento de porção cônica de vedação de caixa (expresso por comprimento a partir de extremidade distal de pino em direção axial) (metro (polegada))

[0057] Ls: índice de posição de ponto de vedação (expresso por comprimento a partir de extremidade distal de pino em direção axial) (metro (polegada))

[0058] A expressão matemática no lado esquerdo da fórmula 1 significa “uma razão entre área de corte transversal da porção de ombro”. Definindo-se esse valor para 0,30 ou mais, a deformação plástica da parte do nariz pode ser efetivamente suprimida. Quando o valor do lado esquerdo da fórmula 1 se torna excessivamente grande, a fórmula 2 não pode ser estabelecida e, portanto, o valor máximo realístico do lado esquerdo da fórmula 1 se torna 0,5.

[0059] Por outro lado, a expressão matemática da fórmula 2 significa uma fórmula que representa uma condição para θ satisfazer a fim de evitar a interferência entre o pino e a caixa em uma posição de acabamento (posição em que o índice de posição se torna Lt) da porção cônica de vedação da caixa.

[0060] O ajuste de tanθ que é uma tangente do ângulo de conicidade θ da porção de vedação da caixa maior do que o valor do lado direito da fórmula 2 evita a ocorrência de esfoliação devido a um contato no momento da produção da porção de vedação e a parte rosqueada na porção de conexão. Quando θ se torna excessivamente grande, a fórmula 1 não pode ser estabelecida e, portanto, o valor máximo realístico de θ se torna 15 ° (tanθ que é 0,268 ou menos).

[0061] As faixas de valores numéricos de parâmetros usadas nos processos de indução das fórmulas 1 e 2 são as seguintes.

[0062] Ds1: 0,023 m a 0,109 m (0,9 " a 4,3 ”), Ds0: 0,018 m a 0,102 m (0,7 " a 4,0 ”), D1: 0,025 m a 0,114 m (1,0 " a 4,5 ”), D0: 0,018 m a 0,102 m (0,7 " a 4,0 ”)

[0063] θ: 3° a 15°, Dn: 0,025 m a 0,112 m (1,0 " a 4,4 ”), Dsp: 0,025 m a 0,112 m (1,0 " a 4,4 ”), δ: 0,018 m a 0,102 m (0,004 " a 0,040 ”)

[0064] Lt: 0,003 m a 0,023 m (0,1 " a 0,9 ”), Ls: 0,001 m a 0,015 m (0,04 " a 0,6 ”), Ln: 0,018 m a 0,102 m (0,2 " a 1,0 ”)

[0065] Na porção rosqueada usada nos processos para induzir as fórmulas 1 e 2, o número de roscas por comprimento axial de 0,025 m (1 ") é de 4 a 8, uma faixa de valor numérico do ângulo de flanco de carga α (consulte a Figura 2) é definida a -10° a 5° (a: -10° a 5°), uma faixa numérica de valor do intervalo de rosca 15 (consulte a Figura 2) é definida a 0,025 mm a 0,200 mm e uma espessura de parede da porção não formada de pino (espessura de parede do tubo bruto de pino) é definida a 0,003 m a 0,025 m (0,1 " a 1,0 ”).

[0066] Os efeitos vantajosos da presente invenção podem ser adquiridos adotando-se a junta rosqueada, pelo menos, dentro das faixas de valores numéricos usadas nos processos de indução das fórmulas 1 e 2 acima mencionadas, como um objeto ao qual a presente invenção é aplicada. Além disso, vários graus de aço descritos na API 5CT estão incluídos na tubulação de poços de petróleo à qual é aplicável a junta rosqueada, de acordo com a presente invenção.

EXEMPLOS

[0067] No exemplo, uma pluralidade de juntas rosqueadas para tubulação de poços de petróleo foram preparadas. A pluralidade do mesmo em que cada junta rosqueada é formada por: pinos que são fabricados aplicando-se o corte de rosca às porções de extremidade de tubo de um tubo de aço para uma tubulação de poço de petróleo de aço carbono correspondente a L80 no padrão API (limite de elasticidade: 90 ksi = 620 MPa) e que tem um diâmetro externo de 8,89 cm (3-1/2 ") e uma espessura de parede de 0,645 cm (0,254 ”); e uma caixa que corresponde a esses pinos. As respectivas juntas rosqueadas para tubulação de poços de petróleo tinham dados e padrões mostrados na Tabela 1 e na Tabela 2 quando as respectivas juntas rosqueadas são produzidas com um baixo torque (2.351,89 m/kg (3500 ft-lb)). Um teste de capacidade de vedação, de acordo com a ISO13679: 2002 foi aplicado às respectivas juntas rosqueadas para tubulação de poço de petróleo. O número de roscas do pino foi fixado em 5 por um comprimento axial de 2,54 cm (1 ”), um ângulo de flanco de carga α foi definido a -5o, e um vão de rosca 15 foi definido a 0,10 mm.

[0068] Um resultado do teste é mostrado na Tabela 3. Conforme mostrado na Tabela 3, é evidente que todos os exemplos da presente invenção são determinados como não defeituosos no teste de capacidade de vedação, de acordo com a ISO13679: 2002 em todas as normas, pode ser produzida sem que a esfoliação e a deformação plástica possam ser suprimidas para que a capacidade suficiente de vedação possa ser adquirida. TABELA 1

TABELA 2

TABELA 3

LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1: porção de junta 2: caixa 3: pino 4: tubo de aço para tubulação de poço de petróleo 5: porção fêmea rosqueada (lado de caixa) 7: porção macho rosqueada (lado de pino) 8: porção de nariz (nariz de pino) 9: superfície de flanco de carga da porção rosqueada 10: superfície de flanco de penetração da porção rosqueada 11: 13: porção de vedação (porção de vedação de toque de metal) 12: porção de ombro (lado de pino) 14: porção de ombro (lado de caixa) 15: vão de rosca 20: porção de vedação (área que é formada sobrepondo-se as porções de vedação 11 e 13) 100: junta rosqueada

Claims

1. Junta rosqueada (100) para uma tubulação de poço de petróleo compreendendo: um pino (3) que tem uma porção de nariz (8) em uma extremidade distal de uma porção macho rosqueada (7); e uma caixa (2) que tem uma porção fêmea rosqueada (5) que engata com a porção macho rosqueada (7) do pino (3) encaixando-se o engate e as porções voltados de modo oposto para a porção de nariz (8), caracterizada pelo fato de que: uma porção de ombro (12) posicionada em uma extremidade distal da porção de nariz (8) do pino (3) é colocada em contato com uma porção de ombro (14) da caixa (2) que está voltada de modo oposto para a porção de ombro (12) do pino (3) em uma direção axial, uma superfície externa da porção de nariz (8) do pino (3) é formada por uma superfície curvada saliente, e uma superfície interna da caixa (2), que está voltada de modo oposto para a superfície externa da porção de nariz (8), é formada por uma superfície cônica que tem um ângulo de inclinação θ em relação à direção axial, tanto a superfície externa da porção de nariz (8) do pino (3) quanto a superfície interna da caixa (2) são configuradas para serem colocadas em contato metal a metal uma com a outra em uma direção radial no momento de produção da junta, formando assim uma estrutura que veda um fluido, um ponto de vedação é definido como uma posição na direção axial em que uma margem de sobreposição de porções de vedação (11, 13) tanto do pino (3) quanto da caixa (2) na direção radial se torna máxima em um estado em que vistas de corte transversal na direção axial tanto do pino (3) quanto da caixa (2) são produzidas para se sobreporem umas às outras de modo que as porções de ombro (12, 14) se encaixem entre si, e seguir parâmetros que incluem tamanhos da junta rosqueada (100) no ponto de vedação e das porções de ombro (12, 14) satisfazem as seguintes fórmulas 1, 2 e Ls/Ln é definido a 0,2 a 0,6:

em que Ds1: diâmetro (metro (polegada)) que expressa a posição de extremidade superior de uma superfície de contato de ombro; Ds0: diâmetro (metro (polegada)) que expressa posição de extremidade inferior da superfície de contato de ombro; D1: diâmetro externo (metro (polegada)) de uma porção não formada de pino (3); D0: diâmetro interno (metro (polegada)) da porção não formada de pino (3); θ: ângulo de conicidade (°) da porção de vedação (13) da caixa (2); ΔD: diferença (ΔD=Dn-Dsp) (metro (polegada)) entre diâmetro externo Dn (metro (polegada)) de porção de conexão da porção de nariz (8) com a porção rosqueada do pino (3) e diâmetro externo Dsp (metro (polegada)) na posição do ponto de vedação; δ: quantidade de interferência de vedação (margem de sobreposição das porções de vedação (11, 13) por diâmetro na posição do ponto de vedação) (metro (polegada)); Lt: índice (metro (polegada)) de posição de acabamento de uma porção cônica de vedação da caixa (2) (expressa por comprimento a partir de uma extremidade distal do pino (3) em direção axial); Ls: índice (metro (polegada)) de uma posição de ponto de vedação (que é expresso por comprimento a partir da extremidade distal do pino (3) em direção axial); e Ln: comprimento (metro (polegada)) da porção de nariz (8).