BR112021005696A2

BR112021005696A2 - conector rosqueado com vedação de metal com metal

Info

Publication number: BR112021005696A2
Application number: BR112021005696-3A
Authority: BR
Inventors: Edward M. Galle
Original assignee: Dril-Quip, Inc.
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-06-22
Also published as: MX2021004919A; GB2591051B; NO20210444A1; GB202104036D0; WO2020092194A1; GB2591051A; SG11202102852VA; US20210404265A1

Abstract

CONECTOR ROSQUEADO COM VEDAÇÃO DE METAL COM METAL. São fornecidos conectores rosqueados para membros tubulares com vedações de metal com metal. Os conectores têm formatos diferentes para as superfícies de vedação de contato do primeiro e do segundo conectores, que podem ser conectores macho e fêmea. Em particular, as superfícies de vedação de contato podem ter formatos de superfície incompatíveis. Por exemplo, o conector macho pode ter uma superfície de vedação frusto-hemisférica, enquanto o conector fêmea pode ter uma superfície de vedação frustocônica. As superfícies curvilíneas macho e fêmea incompatíveis divulgadas, juntamente com o bico do conector macho flexível, facilitam uma conexão rosqueada confiável com uma vedação de metal com metal. As superfícies incompatíveis podem fornecer uma ampla distribuição parabólica de tensões de contato ao longo da vedação de metal com metal das superfícies de vedação curvilíneas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CONECTOR ROSQUEADO COM VEDAÇÃO DE METAL COM METAL”.

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[0001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório N° de série US 62/751.987, depositado em 29 de outubro de 2018, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

CAMPO TÉCNICO

[0002] A presente invenção refere-se geralmente a conectores para membros tubulares e, mais particularmente, a conectores rosqueados com vedações de metal com metal.

ANTECEDENTES

[0003] Quando um orifício é perfurado na terra, como para a produção de petróleo e gás, um cano de grande diâmetro conhecido como revestimento de superfície pode ser instalado na seção superior do poço inacabado. O revestimento de superfície estabiliza as paredes do poço inacabado perto da superfície, onde estão mais aptas a desabar. Em orifícios perfurados em águas offshore a partir de plataformas, ou plataformas autoeleváveis (jack-ups), o cano pode ser estendido a partir do fundo do oceano para o convés da estrutura de perfuração e é frequentemente conhecido como riser marinho. Nesse caso, o riser pode ser uma extensão do revestimento de superfície e serve para evitar a entrada de água do mar no poço inacabado.

[0004] A composição e instalação de canos, como revestimento de superfície a partir de estruturas ou embarcações de perfuração offshore flutuantes, pode ser complicada pelas ações das ondas na embarcação. Vários movimentos da embarcação, dos quais os mais críticos são rolagem e arfagem, tornam a confecção de conexões do tipo parafuso muito difícil. Não só pode ser difícil perfurar uma seção de revestimento para outra, mas também pode ser difícil obter o alinhamento adequado durante a confecção, o que pode resultar em rosqueamento transversal destrutivo. Embora a passagem de revestimento de qualquer tipo possa ser difícil em tais ambientes hostis, pode ser particularmente difícil para colunas de revestimento maiores, como vinte polegadas (50,8 cm) ou maiores. Isso pode ser devido não apenas à maior massa desse revestimento maior, mas também à diminuição do ângulo de composição permitido para uma dada rosca de passo à medida que o diâmetro do cano aumenta.

[0005] A manutenção de tal cano pode ser complicada também pela ação das ondas do oceano e o movimento da embarcação. As ações das ondas e o movimento da embarcação aplicam tensão e flexão aos canos, que por sua vez aplica cargas de tensão e flexão nos conectores dos segmentos de tal cano. Se as cargas de tensão e flexão nos conectores se tornarem muito grandes em magnitude, então as cargas causarão distorção e danos ao conector, o que por sua vez causará vazamento.

[0006] Os problemas acima são exacerbados pelo projeto de conexões de canos, que têm apenas um espaço físico limitado em que altas tensões de contato podem ser exercidas. O tamanho limitado aumenta o potencial de desgaste do metal com metal durante a composição e ruptura da conexão rosqueada. Além disso, a área limitada de tensões de contato aumenta o risco de vazamento devido ao dano preexistente das superfícies na interface de metal com metal. Esses problemas fizeram com que os projetistas de conexões de canos usassem controles rígidos nas tolerâncias de usinagem ao fabricar conectores. No entanto, tais projetos apertados podem criar conectores com tensões de contato mais altas do que o desejável, o que pode levar a torques de composição aumentados e potencial para desgaste.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Para uma compreensão mais completa da presente divulgação e seus recursos e vantagens, agora é feita referência à seguinte descrição, tomada em conjunto com as figuras anexas, nas quais:

[0008] A Figura 1 é uma seção transversal longitudinal de um conector de pino de acordo com certas modalidades da presente divulgação;

[0009] A Figura 2 é uma seção transversal longitudinal de um conector de caixa adequado para recepção do conector de pino da Figura 1 de acordo com certas modalidades da presente divulgação;

[0010] A Figura 3 é uma seção transversal longitudinal parcial da configuração de caixa e pino mostrada nas Figuras 1 e 2 mostradas na posição totalmente engatada de acordo com certas modalidades da presente divulgação;

[0011] A Figura 4 é uma vista explodida isolada de uma região da conexão rosqueada da Figura 3 mostrando um rebaixamento no conector de caixa adjacente a um bico do pino de acordo com certas modalidades da presente divulgação; e

[0012] A Figura 5 é um gráfico que mostra a relação da pressão de contato do vedação do bico em função da distância a partir do bico para uma configuração de vedação de esfera sobre cone de acordo com certas modalidades da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] Modalidades ilustrativas da presente divulgação são descritas em detalhes neste documento. Por motivos de clareza, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos neste relatório descritivo. É claro que será reconhecido que no desenvolvimento de qualquer modalidade real, inúmeras decisões específicas de implementação devem ser feitas para atingir os objetivos específicos dos desenvolvedores, tais como conformidade com restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, que irão variar de uma implementação para outra. Além disso, será reconhecido que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, no entanto, uma tarefa de rotina para aqueles versados na técnica com o benefício da presente divulgação. Além disso, de forma alguma os exemplos a seguir devem ser lidos para limitar ou definir o escopo da divulgação.

[0014] Certas modalidades de acordo com a presente divulgação podem ser direcionadas a conectores rosqueados com vedações de metal com metal. Os conectores rosqueados podem ter um conector macho (às vezes chamado de pino) e um conector fêmea (às vezes chamado de caixa). A conexão pode ser feita aparafusando o conector macho no conector fêmea. Além disso, o conector macho pode ter uma superfície de vedação curvilínea externa e o conector fêmea pode ter uma superfície de vedação curvilínea interna correspondente. Após a conexão, uma vedação de metal com metal pode ser formada pelo contato da superfície de vedação curvilínea externa do conector macho e a superfície de vedação curvilínea interna do conector fêmea.

[0015] Em projetos anteriores, as superfícies curvilíneas internas e externas podem ter essencialmente o mesmo formato. Isso, em algumas modalidades, permitiria que um conector macho e fêmea tivesse uma vedação de metal com metal nivelada ou quase nivelada. Por exemplo, os projetos anteriores podem mostrar ambos os conectores tendo um formato frustocônico. Dessa forma, em tais projetos, o conector macho frustocônico pode ter uma conexão nivelada com o conector fêmea frustocônico.

[0016] É através da vedação de metal com metal que o conector macho pode exercer tensões de contato no conector fêmea e vice- versa. Os conectores podem estar localizados nas extremidades dos membros longitudinais, que podem ser segmentos de cano em algumas modalidades, que podem ser conectados por meio dos conectores. Tais membros longitudinais podem exercer uma tensão considerável na vedação de metal com metal na conexão porque tal membro longitudinal pode atuar efetivamente como uma alavanca na conexão. Por exemplo, o movimento transversal de um membro longitudinal pode aplicar tensões de contato significativas à vedação de metal com metal, o que faz potencialmente com que a vedação ou conexão deforme e crie um vazamento.

[0017] As modalidades divulgadas abordam as deficiências em projetos de conectores anteriores ao fornecer diferentes formatos para as superfícies de vedação curvilíneas de contato do primeiro e do segundo membros de conexão, que em algumas modalidades podem ser conectores macho e fêmea. Ao contrário dos projetos anteriores, onde os conectores macho e fêmea podem ter superfícies correspondentes, as modalidades divulgadas no presente documento podem ter superfícies incompatíveis. Por exemplo, em uma modalidade exemplar, o conector macho pode ter uma superfície de vedação frusto- hemisférica, enquanto o conector fêmea pode ter uma superfície de vedação frustocônica. Em outra modalidade exemplar, o conector macho pode ser frustosférico e o conector fêmea pode ser frustocônico. Ainda em outra modalidade, o conector macho pode ser frustotoroidal e o conector fêmea pode ser frustocônico. Como aqueles versados na técnica irão reconhecer, as superfícies podem ser invertidas, isto é, o conector macho pode ter a superfície frustocônica e o membro fêmea pode ter a outra superfície. Em modalidades onde a superfície é frustotoroidal, o toro pode ser do tipo anel, chifre ou fuso. Em tais modalidades, o tipo fuso do toro pode ser usado porque tem um grande raio de curvatura na superfície de vedação do conector macho. Geralmente, os formatos usados para os conectores macho e fêmea podem ser de qualquer formato se o formato for na forma de um tronco de um objeto geométrico tridimensional. Por exemplo, os formatos usados para os conectores macho e fêmea podem ser um formato selecionado a partir do grupo que consiste em superfícies frustocônicas, superfícies frustocilíndricas, superfícies frustoelipsoidais, superfícies frustoesféricas, superfícies frusto-hemisféricas, superfícies frustoparabólicas, superfícies frustohiperbólicas, superfícies frustoctoroidais e misturas das mesmas.

[0018] Adicionalmente, o conector macho pode ter um bico localizado na ponta do conector macho. Em modalidades em que o conector macho é um pino, este bico pode ser referido como um bico do pino. A superfície interna do conector fêmea pode ser projetada para engatar o bico do conector macho mediante conexão. Em algumas modalidades, o bico do conector macho pode ser relativamente fino e flexível, permitindo assim que o conector macho se mova ligeiramente em uma direção transversal após a conexão completa ao conector fêmea.

[0019] As superfícies curvilíneas macho e fêmea incompatíveis divulgadas, juntamente com o bico do conector macho flexível, podem facilitar uma conexão rosqueada mais confiável tendo uma vedação de metal com metal. Em algumas modalidades, o bico flexível e as superfícies incompatíveis que trabalham juntos podem fornecer uma ampla distribuição parabólica de tensões de contato ao longo das superfícies de vedação correspondentes. Além disso, em algumas modalidades, o bico flexível pode fornecer energização de pressão rápida da vedação metal com metal quando a conexão pode estar sob pressão interna ou externa.

[0020] Durante a dita pressurização, a flexibilidade do bico do conector macho pode fazer com que a superfície de vedação curvilínea do conector macho rotacione ou “role” para uma posição ligeiramente diferente na superfície de vedação curvilínea do conector fêmea. Em tal caso, a pegada de contato da superfície de vedação curvilínea de contato pode alargar ou geralmente aumentar de tamanho significativamente. Esse aumento no tamanho da pegada pode resultar na disseminação das tensões de contato sobre uma área de superfície maior, em que a área de superfície maior é a maior pegada. Além de uma pegada de contato maior, a magnitude da pressão de contato aumenta substancialmente com o aumento da pressão interna ou externa, o que resulta em um aumento líquido das ditas tensões de contato por unidade de área de superfície da vedação de metal com metal. Em suma, esse processo de pressurização é causado pela flexibilidade do bico do pino e pelo formato favorável do perfil de tensão de contato. Esta mesma flexibilidade do bico do pino e configuração de vedação de metal com metal favorável também pode fazer com que as tensões de contato aumentem e a pegada de contato aumente quando a conexão é submetida a cargas de tensão e flexão, aumentando também as tensões de contato por área de superfície unitária.

[0021] Em algumas modalidades, a flexibilidade do bico do pino pode ser facilitada por uma ranhura anular na superfície do pino e perto do bico do pino. A finura do pino, perto do bico do pino, devido à ranhura anular pode permitir que o bico do pino flexione. Adicionalmente, a ranhura anular pode conter um anel em O, que pode formar uma vedação contra uma superfície interna do conector de caixa, que por sua vez pode servir como uma vedação secundária para evitar vazamentos. Em modalidades em que não há ranhura anular perto do bico do pino, o bico do pino pode ser duro ou rígido e não ser capaz de flexionar da maneira descrita acima.

[0022] As tensões de contato mais altas por unidade de área de superfície sob tensão, flexão e cargas de pressão são uma vantagem sobre os projetos anteriores em que resultaram tensões de contato mais baixas por unidade de área de superfície quando uma tensão ou força de flexão foi aplicada à conexão. Em tais projetos anteriores, as tensões de contato mais baixas por área de superfície unitária podem ter um risco aumentado de vazamento devido a pressões de contato insuficientes ou danos preexistentes das superfícies de vedação curvilíneas na vedação de metal com metal. Em projetos anteriores, para superar a redução das tensões de contato resultantes do carregamento da conexão, as tensões de contato na composição são normalmente feitas para serem inicialmente maiores, sendo que isso aumenta a interferência entre as superfícies de vedação do pino e da caixa. Isso pode criar um risco aumentado de desgaste das superfícies de vedação curvilíneas na vedação de metal com metal durante a composição e ruptura da conexão rosqueada, o que também pode criar vazamento. Em projetos anteriores, a criação de tais tensões de contato mais altas por meio do aumento da interferência da vedação pode exigir torques de composição mais elevados, o que também pode criar um risco maior de desgaste. Além disso, projetos anteriores que criam altas tensões de contato em áreas limitadas podem exigir que os conectores sejam fabricados com controles rígidos nas tolerâncias de usinagem.

[0023] A divulgação acima tem a vantagem de ter uma área mais ampla de tensões de contato mais baixos na composição e ruptura, o que pode reduzir significativamente a propensão para desgaste durante a composição e ruptura da conexão rosqueada. Além disso, a área mais ampla de tensão de contato diminui o risco de vazamento na interface de vedação devido a danos de superfície preexistentes. As tensões de contato mais baixos na composição levam à redução ou eliminação do potencial de desgaste e torques de composição mais baixos. A divulgação acima tem a vantagem adicional de que as cargas de tensão aplicadas aumentam e alargam ainda mais a área de contato. A divulgação acima tem a vantagem adicional de que a flexibilidade do bico do pino e o formato favorável do perfil de tensão de contato permitem afrouxamento significativo das tolerâncias de usinagem, reduzindo tanto o custo de fabricação quanto as taxas de rejeição.

[0024] Uma pessoa versada na técnica reconheceria que os formatos das superfícies de vedação do conector macho e fêmea poderiam ser invertidas e ainda fornecer benefícios semelhantes.

[0025] Voltando agora aos desenhos, com referência às Figuras 1 e 2, um conjunto de conector de acordo com a presente divulgação é mostrado geralmente pelo número de referência 10. O conjunto 10 inclui um primeiro membro conector, que pode ser um conector macho em algumas modalidades, e um segundo membro conector, que pode ser um conector fêmea em algumas modalidades. Em uma modalidade exemplar, o conector macho pode ser um pino 12 e o conector fêmea pode ser caixa 13. Nas Figuras 1 e 2, o pino 12 é mostrado geralmente em alinhamento com e pronto para inserção em uma caixa 13.

[0026] Com referência à Figura 1, o pino 12 pode ser fixado a um membro longitudinal 14. O membro longitudinal 14 pode ser de formato tubular e pode ter um orifício 18. O pino 12 também pode ser tubular e pode ter um orifício 20 que pode ser uma extensão do orifício 18 do membro longitudinal 14, que por sua vez pode ser cilíndrico para aplicações de revestimento. Um ressalto de composição externo 24 pode ter um diâmetro maior do que o membro longitudinal 14. Após o ressalto de composição 24 pode haver uma seção de guia superior cilíndrica 26. A seção guia 26 pode fornecer uma superfície plana (quando vista em seção transversal longitudinal) e pode servir para guiar o pino 12 em um conector fêmea, que pode ser uma caixa 13, de uma maneira descrita doravante no presente documento.

[0027] Perto da parte inferior do pino 12 pode haver uma seção 28 com uma multiplicidade de roscas 30 cortados na mesma. Em algumas modalidades, a seção 28 pode ser afunilada de modo que as roscas 30 se estreitem da base superior 32 para baixo em direção à base inferior

34. Como aqueles versados na técnica irão reconhecer, qualquer redução adequada pode ser usada. Em qualquer caso, a seção 28 pode ser afunilada ou moldada para permitir que a seção rosqueada 28 viaje substancialmente para a seção rosqueada correspondente na caixa 13 (descrita abaixo) antes que o engate da rosca comece.

[0028] Mais próximo da extremidade inferior do pino 12 pode estar uma superfície de vedação curvilínea do pino 36, seguida por um bico do pino 38. A composição é limitada pelo ressalto do pino externo 24 em contato com o ressalto externo da caixa 75. A superfície de vedação curvilínea do pino 36 pode ser de um formato tridimensional que pode facilitar uma conexão rosqueada mais confiável por meio de uma vedação de metal com metal com a superfície de vedação curvilínea da caixa 74 (descrita neste documento abaixo).

[0029] Com referência agora à Figura 2, uma caixa 13 para acoplamento rosqueado com o pino 12 da Figura 1 é mostrada. Agora para descrever o exterior da caixa 13 em detalhes, geralmente a partir do fundo ao topo do desenho, a caixa 13 pode ser fixada a um membro longitudinal 52. O membro longitudinal 52 pode ser de formato tubular e pode ter um orifício 62. A caixa 13 também pode ser tubular e pode ter um orifício 66 que pode ser uma extensão do orifício 62 do membro longitudinal 52, que por sua vez pode ser cilíndrico para aplicações de revestimento.

[0030] Estendendo-se até a extremidade superior da caixa 13 pode haver uma seção de extremidade tubular 56 que pode ser maior em diâmetro do que o membro longitudinal 52. A seção 56 pode ter, em seu interior, roscas para coincidir com as roscas 30 do pino 12 (descritas a seguir). A transição a partir do membro longitudinal 52 para a seção de extremidade 56 pode definir um ressalto anular 60, que pode ser útil no suporte do membro longitudinal 52 e outros membros semelhantes conectados ao mesmo, quando uma coluna tubular pode estar sendo composta, por exemplo.

[0031] Agora, descrevendo o interior da caixa 13, geralmente a partir do fundo ao topo do desenho, o elemento longitudinal 52 pode ter um orifício 62. O orifício 62 pode estar em comunicação com um orifício 66 na caixa 13. Perto do membro longitudinal 52, o orifício 66 pode ser definido por uma parede 68 e uma superfície de vedação curvilínea 74.

[0032] Em direção à extremidade inferior da caixa 13 pode estar uma superfície de vedação curvilínea da caixa 74. Um ressalto 73 pode conectar a parede 72 com a superfície de vedação curvilínea da caixa

74. O ressalto 73 pode estar localizado abaixo da superfície de vedação curvilínea da caixa 74. Durante a composição, o bico do pino 38 pode não entrar em contato com o ressalto 73. Em vez disso, a distância que o bico do pino 38 pode viajar para a caixa 13 pode ser limitada durante a composição por contato entre o ressalto do pino externo 24 e o ressalto da caixa 73. A superfície de vedação curvilínea da caixa 74 pode fornecer uma superfície para receber a superfície de vedação curvilínea do pino 36 no pino 12 e pode ser de um formato tridimensional que pode facilitar uma conexão rosqueada mais confiável por meio de uma vedação de metal com metal com superfície de vedação curvilínea do pino 36 (descrita abaixo).

[0033] Em direção à extremidade superior da caixa 13 pode haver uma abertura 80 que pode ser definida por uma parede que tem uma multiplicidade de roscas 81, cujo objetivo pode ser permitir que o pino entre na caixa, o que permite assim a composição do pino e caixa. As roscas 81 podem ser do mesmo passo que as roscas 30 na seção rosqueada 28 no pino 12. A abertura rosqueada 80 também pode ser afunilada ou moldada para receber de forma combinada a seção rosqueada 28 do pino 12. Em uma modalidade exemplar, a abertura rosqueada 80 pode ter uma base inferior de diâmetro menor 82 adjacente a um rebaixamento 83 e pode ter uma base superior de diâmetro maior 84 em direção à extremidade superior da caixa 13. O rebaixamento 83 pode ser uma ranhura de alívio rosqueada que também funciona como uma ranhura de redirecionamento de tensão.

[0034] Mais próximo da extremidade superior da caixa 13 pode estar uma abertura interna 85 definida pela parede 86 e com um rebordo chanfrado 87 que é dimensionado para receber a seção guia superior 26 do pino 12. A combinação da seção guia 26 e da parede 86 atua para guiar a seção rosqueada 28 no pino 12 e a abertura rosqueada 80 na caixa 13 juntas sem rosca cruzada. Orientação semelhante na extremidade oposta da seção rosqueada 28 e abertura rosqueada 80 pode ser fornecida pela combinação de superfície de vedação curvilínea de pino 36 e superfície de vedação curvilínea de caixa 74.

[0035] As roscas 30 na seção rosqueada 28 do pino 12 e as roscas 81 na abertura rosqueada 80 na caixa 13 podem ter um passo de cerca de quatro roscas por polegada. Como aqueles versados na técnica irão reconhecer, qualquer passo adequado pode ser utilizado. No pino 12, o lado inferior 90 de cada rosca 30 pode ser chanfrado para baixo. No pino 12, o lado da rosca superior 92 também pode ser chanfrado para baixo e para dentro. As roscas da caixa 81 podem ser complementares às roscas do pino 30, de modo que os dois conjuntos de rosca engrenem com as superfícies correspondentes inclinadas para trás 92 das roscas do pino nas superfícies correspondentes inclinadas para trás 94 das roscas da caixa e o lado inferior chanfrado 90 na borda superior chanfrada 96. Quando essas roscas estão totalmente engatadas, os formatos de cunha podem fornecer segurança à rosca não apenas ao longo do comprimento da junta, mas também em toda a largura da junta. Isso pode evitar que a junta fracasse devido à expansão do diâmetro da caixa durante a tensão, uma condição conhecida como “abaulamento”.

[0036] Com referência à Figura 3, o pino 12 e a caixa 13 são mostrados em uma posição totalmente engatada. Na extremidade inferior do pino 12, a superfície de vedação curvilínea do pino 36 pode ser recebida pela superfície de vedação curvilínea da caixa 74. Em algumas modalidades, a superfície de vedação curvilínea 36 é uma superfície frustosférica e a superfície de vedação curvilínea 74 é uma frustocônica.

[0037] Em algumas modalidades, o pino 12 pode conter uma ranhura anular 78 que compreende um anel de espaço vazio devido à remoção de material do pino. Em tais modalidades, a presença da ranhura anular 78 cria uma seção do pino 12, perto do bico do pino 38 na Figura 4, que é mais fino do que as seções circundantes. Esta finura permite que o bico do pino 38 seja flexível e, assim, forneça a rápida energização da pressão da vedação metal com metal como descrito acima.

[0038] A ranhura anular 78 pode funcionar também para receber nela uma vedação de anel em O de reserva 76 que é dimensionada para se ajustar à ranhura 78. A vedação de anel em O 76 na ranhura 78 pode servir como uma vedação reserva para a vedação de metal com metal primária entre as superfícies 36 e 74. A ranhura 78 pode ser em formato de cauda de pombo para manter o anel em O de reserva 76 no lugar. A profundidade da ranhura anular 78 pode ser ligeiramente menor do que o diâmetro da seção transversal do anel em O de reserva, de modo que o anel em O de reserva 76 fornecerá uma vedação de pressão contra a superfície 79 do pino 12. O anel em O de reserva 76 é uma vedação de reserva que engata na superfície cilíndrica 79 na caixa acima da superfície de vedação de metal frustocônica 74 da caixa. Em uma modalidade específica, a vedação primária contra pressão interna é fornecida pelo contato de metal com metal entre a superfície frusto- hemisférica 36 no pino e a superfície frustocônica 74 na caixa. Esta configuração de vedação de metal com metal fornece uma vedação à prova de gás e água. O engate de travamento das roscas 30 no pino 12 com as roscas 81 na caixa 13 pode ser fornecido pelo encunhamento das faces superiores 92 das roscas 30 com as faces inferiores 94 das roscas 81. O engate mútuo dessas roscas em forma de cunha pode evitar que a caixa 13 se expanda e, assim, pode impedir o desengate da rosca devido a tal expansão da caixa, uma vez que qualquer tendência da caixa para expandir resulta no puxamento das roscas de pino radialmente para dentro nas roscas da caixa.

[0039] Como afirmado anteriormente, o rebaixamento 83 pode ser uma ranhura de alívio rosqueada que também funciona como uma ranhura de redirecionamento de tensão. O ressalto 73 pode estar localizado abaixo da superfície de vedação curvilínea da caixa 74. Além disso, em algumas modalidades, um segundo anel em O 108 pode estar localizado na ranhura 110 para excluir a pressão externa. Por exemplo, tal anel em O 108 pode servir como uma vedação de exclusão de água do mar. No entanto, o segundo anel de vedação 108 não é necessário para que as modalidades divulgadas operem como pretendido.

[0040] Com referência à Figura 4, que é uma ampliação da conexão ilustrada na Figura 3, a superfície de vedação curvilínea de pino 36 é mostrada formando uma vedação de metal com metal com a superfície de vedação curvilínea de caixa 74. Conforme descrito acima, a principal limitação no deslocamento do pino 12 para a caixa 13 pode ser o assentamento da extremidade do pino contra o ressalto interno da caixa

73. Isso deixa um vão 990 entre o bico do pino 38 e o ressalto da caixa

73. O pino entra em contato com o ressalto interno 73, fechando assim o vão 990, apenas sob condições de altas cargas de compressão. O tamanho do vão 990 entre a extremidade do pino e o ressalto 73 pode ser escolhido a fim de maximizar a capacidade de carga compressiva da conexão.

[0041] É através da vedação de metal com metal entre as superfícies 36 e 74 que o conector macho pode exercer tensões de contato no conector fêmea ou vice-versa. Em algumas modalidades, as ditas tensões de contato podem resultar a partir do movimento pelo membro longitudinal 14 e/ou membro longitudinal 52 (ver Figura 1 e Figura 2). Em algumas modalidades, os membros longitudinais 14 e 52 podem ser segmentos de cano conectados por meio do pino 12 e da caixa 13. Tais tensões de contato, se grandes o suficiente em magnitude, podem causar deformação nos componentes do primeiro e segundo membros de conexão, que em algumas modalidades podem ser o pino 12 e a caixa 13. A dita deformação pode resultar em vazamentos de fluido através da conexão.

[0042] As modalidades divulgadas tratam dessas deficiências ao fornecer diferentes formatos para as superfícies de vedação curvilíneas divulgadas, que em algumas modalidades podem ser a superfície de vedação curvilínea do pino 36 e a superfície de vedação curvilínea da caixa 74. Ao contrário dos projetos anteriores, onde os conectores macho e fêmea podem ter superfícies correspondentes, as modalidades divulgadas no presente documento podem ter superfícies incompatíveis. Por exemplo, um conector macho, mostrado em uma modalidade na Figura 4 como o pino 12, pode ter uma superfície de vedação frusto-hemisférica 36 enquanto um conector fêmea, mostrado em uma modalidade na Figura 4 como caixa 13, pode ter uma superfície de vedação frustocônica 74. Em outra modalidade exemplar, o conector macho pode ser frustosférico e o conector fêmea pode ser frustocônico. Ainda em outra modalidade, o conector macho pode ser frustotoroidal e o conector fêmea pode ser frustocônico. Como aqueles versados na técnica irão reconhecer, as superfícies podem ser invertidas, isto é, o conector macho pode ter a superfície frustocônica e o membro fêmea pode ter os outros perfis de superfície discutidos acima. Em modalidades em que a superfície é frustotoroidal, o toro pode ser do tipo anel, chifre ou fuso. Em tais modalidades, o tipo fuso do toro pode ser usado porque tem um grande raio de curvatura na superfície de vedação do conector macho. Geralmente, os formatos usados para os conectores macho e fêmea podem ser de qualquer formato se o formato for na forma de um tronco de um objeto geométrico tridimensional.

[0043] A Figura 4 também representa o bico do pino 38. Em algumas modalidades, o bico do pino 38 pode ser relativamente fino e flexível, permitindo assim que o conector macho, aqui mostrado em uma modalidade como o pino 12, se mova ligeiramente em uma direção transversal após a conexão completa ao conector fêmea, mostrado aqui em uma modalidade como caixa 13. Em algumas modalidades, o bico flexível pode fornecer energização por pressão rápida da vedação de metal com metal quando a conexão pode estar sob pressão interna ou externa (descrito neste documento abaixo).

[0044] A Figura 4 também representa um rebaixamento 100 na caixa 13 adjacente ao ressalto da caixa 73 e o bico do pino encaixado

38. No desenho, o rebaixamento 100 pode estar localizado abaixo da superfície de vedação curvilínea da caixa 74 e da superfície de vedação curvilínea do pino 36. O rebaixamento 100 é um raio de recorte no ressalto da caixa 73 que reduz a tensão neste canto.

[0045] A Figura 5 é um gráfico 120 que mostra os resultados de uma análise realizada em uma conexão de pino e caixa de acordo com a presente divulgação. O gráfico 120 serve como uma descrição matemática exemplar da energização por pressão rápida da vedação de metal com metal que pode ser causada pelas superfícies de vedação incompatíveis e um bico do pino flexível. O gráfico 120 mostra a pressão de contato 122 em uma vedação de metal com metal em função da distância 124 do bico do pino 38 para uma modalidade específica em que a superfície curvilínea externa de um conector macho é frustosférica e a superfície curvilínea interna de um conector fêmea é frustocônica. As múltiplas linhas de tendência 136 ilustram a ampla distribuição parabólica de tensões de contato ao longo das superfícies frustosférica e frustocônica correspondentes. Os resultados do teste ilustrado no gráfico 120 mostram uma ampla faixa parabólica de tensões de contato. Conforme divulgado acima, pode-se ver no gráfico que se a pressão de contato aumenta (ilustrado pela altura da parábola invertida), então a pegada de contato aumenta de tamanho (ilustrado pela largura da parábola invertida).

[0046] Embora a presente divulgação e suas vantagens tenham sido descritas em detalhes, deve ser entendido que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas neste documento sem se afastar do espírito e escopo da divulgação conforme definido pelas seguintes reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de conector (10), caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro membro conector que tem uma superfície de vedação curvilínea externa (36); um segundo membro conector que tem uma superfície de vedação curvilínea interna (74); em que o primeiro membro conector está adaptado para ser recebido pelo segundo membro conector, permitindo que uma conexão seja formada; e em que a superfície de vedação curvilínea externa (36) e a superfície de vedação curvilínea interna (74) têm porções com formatos de superfície não complementares.

2. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: as superfícies curvilíneas internas e externas (36, 74) são selecionadas de um grupo que consiste em superfícies frustocônicas, superfícies frustocilíndricas, superfícies frustoelipsoidais, superfícies frustoesféricas, superfícies frusto-hemisféricas, superfícies frustoparabólicas, superfícies frusto-hiperbólicas, superfícies frutestoroidais e misturas das mesmas; e em que uma das superfícies de vedação curvilíneas é selecionada a partir do grupo e a outra das superfícies curvilíneas é selecionada a partir dos membros restantes do grupo.

3. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector compreende ainda roscas (30) externas cônicas dispostas em uma seção do primeiro membro conector adjacente à superfície de vedação curvilínea externa (36); e o segundo membro conector compreende ainda roscas (81)

internas cônicas dispostas em uma seção do segundo membro conector adjacente à superfície de vedação curvilínea interna (74), em que as roscas (30) externas cônicas são complementares às roscas (81) internas cônicas.

4. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: a superfície de vedação curvilínea interna (74) do segundo membro conector contém um rebaixamento (100) adjacente a um bico (38) do primeiro membro conector quando o primeiro membro conector está assentado no segundo membro conector.

5. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector tem um bico flexível que permitirá que o primeiro membro conector rotacione para uma orientação diferente enquanto estiver assentado dentro do segundo membro conector.

6. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: a orientação diferente cria uma nova área de contato entre a superfície de vedação curvilínea interna (74) e a superfície de vedação curvilínea externa (36); e as tensões de contato de superfície são exercidas por uma vedação de metal com metal na área de contato.

7. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: a orientação diferente causa uma rápida energização por pressão da vedação de metal com metal quando a conexão está ou sob pressão interna ou externa; e em que durante a energização por pressão, a nova área de contato se alarga e as tensões de contato de superfície aumentam em magnitude.

8. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector compreende um pino (12); e o segundo membro conector compreende uma caixa (13).

9. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector é um conector de pino que compreende um bico do pino (38) e uma ranhura anular (78) na superfície externa do conector de pino próximo ao bico do pino; e o segundo conector é um conector de caixa.

10. Conjunto de conector (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: um vão (990) em uma direção paralela a um eixo geométrico do primeiro e do segundo membro conector está presente entre uma extremidade do primeiro membro conector e um ressalto do segundo membro conector.

11. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: receber um primeiro membro conector em um segundo membro conector; em que o primeiro membro conector tem uma superfície de vedação curvilínea externa (36) e o segundo membro conector tem uma superfície de vedação curvilínea interna (74); e em que a superfície de vedação curvilínea externa (36) e a superfície de vedação curvilínea interna (74) têm porções com formatos de superfície não complementares.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: as superfícies curvilíneas internas e externas (36, 74) são selecionadas de um grupo que consiste em superfícies frustocônicas,

superfícies frustocilíndricas, superfícies frustoelipsoidais, superfícies frustoesféricas, superfícies frusto-hemisféricas, superfícies frustoparabólicas, superfícies frusto-hiperbólicas, superfícies frutestoroidais e misturas das mesmas; e em que uma das superfícies de vedação curvilíneas é selecionada a partir do grupo e a outra das superfícies curvilíneas é selecionada a partir dos membros restantes do grupo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector compreende ainda roscas (30) externas cônicas dispostas em uma seção do primeiro membro conector adjacente à superfície de vedação curvilínea externa (36); e o segundo membro conector compreende ainda roscas (81) internas cônicas dispostas em uma seção do segundo membro conector adjacente à superfície de vedação curvilínea interna (74), em que as roscas (30) externas cônicas são complementares às roscas (81) internas cônicas.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: a superfície de vedação curvilínea interna (74) do segundo membro conector contém um rebaixamento (100) adjacente a um bico do primeiro membro conector quando o primeiro membro conector está assentado no segundo membro conector.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende: permitir que o primeiro membro conector rotacione para uma orientação diferente enquanto assentado dentro do segundo membro conector através de um bico flexível do primeiro membro conector.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

criar uma nova área de contato entre a superfície de vedação curvilínea interna (74) e a superfície de vedação curvilínea externa (36) através do primeiro membro conector que rotaciona para uma orientação diferente; e exercer tensões de contato de superfície através da vedação de metal com metal na nova área de contato.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: causar uma rápida energização por pressão da vedação de metal com metal quando a conexão está sob pressão interna ou externa; e durante a energização por pressão, ampliar a nova área de contato e aumentar a magnitude das tensões de contato de superfície.

18. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector compreende um pino (12); e o segundo membro conector compreende uma caixa (13).

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: o primeiro membro conector é um conector de pino que compreende um bico do pino (38) e uma ranhura anular (78) na superfície externa do conector de pino próximo ao bico do pino; e o segundo conector é um conector de caixa.

20. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: um vão (990) em uma direção paralela a um eixo geométrico do primeiro e segundo membro conector está presente entre uma extremidade do primeiro membro conector e um ressalto do segundo membro conector.