Evaluation of Standard API Casing Connections and Parametric API Buttress Improvement by Finite Element Analysis

Abstract

Threaded and coupled connections generally present a non-uniform stress distribution, which is related to the higher stiffness of the box when compared to the pin. The non-uniform stress distribution can contribute to fatigue cracks and other failure modes in high pressure oil wells. An API 5CT P110 steel obtained from a seamless pipe was mechanically characterized. FEA models were carried out to investigate and compare two API casing connections under make-up torque and tensile efforts. A parametric study was performed using numerical models to determine the influence of some geometric features on the behavior of the API Buttress threaded connection. The API Buttress connection supported higher tensile loads than the API Short Round, however both standard connections showed high stress concentration in the last engaged thread and a non-uniform stress distribution. The manufacturing of grooves at the first and the last engaged threads proved to be an efficient way to reduce the stress concentration of Buttress casing connection and could be an alternative to the development of new products.

Tecnologia De Conexões Do Tipo Rosca-Luva Em Tubos Para Revestimento De Poços De Petróleo - Análise

“…Na Figura 7 observa-se como o torque de montagem influencia na tendência à separação tubo-luva. Nos modelos gerados, assim como reportado em trabalhos anteriores de outros autores [14,28,29], o torque de montagem se mostra como uma condição de contorno indispensável em simulações de conexões. Wittenberghe [4] afirma que uma abertura superior a 0,10mm já pode ser considerada uma falha, uma vez que se forma uma abertura helicoidal que reduz a selabilidade a líquidos.…”

“…As conexões premium, por exemplo, são desenvolvidas com objetivo de aumentar a capacidade de armazenar torque de montagem, melhorar a distribuição de tensões e aumentar a vida em fadiga, garantir selabilidade em poços de gás, entre outros [6][7][8][9][10][11][12][13]. A maior parte das informações relativas ao desenvolvimento de conexões proprietárias não se encontra disponível na literatura, pois são protegidas por interesses comerciais em um mercado altamente competitivo [14]. No entanto, uma revisão de patentes permite perceber as tendências de desenvolvimento nas últimas décadas e como produtos comerciais e ainda não comerciais são desenvolvidos por companhias privadas [6,[15][16][17][18][19][20][21].…”

“…No entanto, uma revisão de patentes permite perceber as tendências de desenvolvimento nas últimas décadas e como produtos comerciais e ainda não comerciais são desenvolvidos por companhias privadas [6,[15][16][17][18][19][20][21]. Em estudo previamente publicado, os autores e seus colaboradores apresentaram como a simulação numérica pode ser usada para compreender o desenvolvimento de conexões do tipo rosca-luva a partir de modificações dos padrões API [14]. Um aço obtido a partir de tubo sem costura com diâmetro externo de 13 3/8'' que atende aos requisitos da Norma API 5CT (2011) [22] grau P110 foi caracterizado por ensaios mecânicos.…”

Tecnologia De Conexões Do Tipo Rosca-Luva Em Tubos Para Revestimento De Poços De Petróleo - Revisão

“…Na Figura 5 pode-se observar o comportamento de uma conexão do tipo rosca-luva com filetes do tipo Buttress quando submetida a carregamento trativo. Devido à geometria cônica das regiões rosqueadas no tubo e na luva, durante a montagem da conexão há o surgimento de tensões que podem ultrapassar o limite de escoamento do material e que correspondem ao torque de montagem [14][15][16][17][18].Um dos principais objetivos de novos projetos de conexões é reduzir a concentração de tensão observada na região do último filete encaixado do tubo quando a conexão é submetida a carregamento trativo (Figura 5).…”

“…Conexões proprietárias são desenvolvidas por empresas privadas a partir de variações nos parâmetros geométricos básicos API, com objetivos específicos, por exemplo, proporcionar maior vida em fadiga, menor concentração de tensão geométrica, maior velocidade de montagem, maior capacidade de selagem de gases, dentre outros. Tais desenvolvimentos são pouco discutidos na literatura científica, uma vez que envolvem interesses comerciais e patentes [14]. Neste contexto, este trabalho apresenta os tipos de conexões padronizadas pela API para revestimento de poços de hidrocarbonetos, os principais modos de falhas relatados na literatura e uma revisão de patentes e estudos de simulação que permite observar as tendências de desenvolvimento de conexões modificadas.…”