Avaliação de parâmetros geométricos no desempenho de conexões do tipo rosca-luva em tubos para revestimento de poços de petróleo : análise de elementos finitos.

Abstract

Colunas de revestimento (casing) utilizadas em exploração/produção de petróleo e gás natural são submetidas a pressões e temperatura cada vez maiores, portanto necessitam de alta resistência mecânica e alta tenacidade para suportar as solicitações mecânicas como tração, pressão interna e externa, torção, flexão e fadiga. Para a formação das colunas de revestimento, os tubos são unidos por conexão rosca-luva, que são pontos críticos para a integridade estrutural. As propriedades mecânicas e a estrutura de aço API 5CT grau P110 foram avaliadas por meio de ensaio de tração, impacto Charpy e análise metalográfica em microscópio óptico. Simulações por Método dos Elementos Finitos (MEF) foram empregadas em dois modelos de conexão API, do tipo rosca-luva, equivalentes a tubos de 13 3/8″. As simulações tiveram os seguintes objetivos: comparar a resistência à falha por tração, comparar a concentração de tensão e deformação plástica localizada, e ainda avaliar se alterações geométricas nas luvas ou no perfil das roscas são eficientes para reduzir a concentração de tensão e os seus reflexos em outros modos de falha, ou seja, um estudo parametrizado por MEF. Os resultados indicam que a conexão do tipo API Buttress possui melhor desempenho que a API Short Round em relação à resistência ao carregamento trativo, porém, as duas conexões padronizadas apresentaram alta concentração de tensões na região do último filete encaixado. Dentre as alterações geométricas propostas, a usinagem de chanfros nos filetes extremos do tubo e da luva foi eficiente na obtenção de distribuição de tensões mais uniforme na conexão Buttress, além de reduzir os valores de concentração de tensão e deformação plástica localizada. As modificações da geometria da luva mostraram-se ineficientes na melhoria do desempenho das conexões, pois as variações que promoveram distribuição de tensões mais uniforme aumentaram a tendência de separação tubo-luva. No geral, os resultados obtidos nos modelos numéricos permitem compreender, em parte, como os tipos de conexões influenciam o desempenho de colunas de revestimento de poços de hidrocarbonetos e como acontece o desenvolvimento de conexões proprietárias a partir de modificações das conexões padronizadas.