curso bÁsico de tubulaÇÕes octg para poÇos de petrÓleo

MAXIMUM TECHNICAL INSTITUTE Eng.º FREDJOGER MENDES ABRIL DE 2013

CURSO BÁSICO DE TUBULAÇÕES OCTG

MAXIMUM É RESULTADO!

MISSÃO

Produzir e disseminar conhecimento para promover a educação técnicapremium, visando a formação de profissionais especializados queagreguem valor de forma diferenciada em todos os processos aos quaisestejam envolvidos.

VISÃO

Torna-se referência em produção e disseminação de conhecimento para educação técnica premium no Brasil.

NOSSOS VALORES

� SEGURANÇA É INEGOCIÁVEL;

� EXCELÊNCIA EM QUALIDADE;

� FOCO NO RESULTADO;

� DISCIPLINA OPERACIONAL;

� MERITOCRACIA;

� INOVAÇÃO;

O CURSO

� OBJETIVO

� EMENTA

� AVALIAÇÃO

O CURSO

� OBJETIVO

Fornecer conhecimento básico sobre tubos, aços e conexões utilizados norevestimento e na completação de poços de petróleo.

Estes tubos são chamados de OCTG (oil country tubular goods) ou produtostubulares para campos de petróleo.

O CURSO

EMENTA:

� DEFINIÇÕES SOBRE TUBOS

� CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS

� ASPECTOS DIMENSIONAIS DE UM TUBO

� ESFORÇOS ATUANTES EM UM TUBO

� LIMITES FÍSICOS DE UM TUBO

� DEFINIÇÕES SOBRE AÇOS

� AÇOS UTILIZADOS EM TUBOS – GRAUS API E PROPRIETÁRIOS

� CORROSÃO E FRAGILIZAÇÃO

� DIAGRAMA DE ESCOLHA DOS AÇOS

� CONEXÕES API

� CONEXÕES PREMIUM

� MARCAÇÃO DE FÁBRICA

� FUNDAMENTOS DE INSPEÇÃO VISUAL

� FUNDAMENTOS DE MANUSEIO E ESTOCAGEM

� FUNDAMENTOS DE APERTO MECÂNICO

� FUNDAMENTOS SOBRE A UTILIZAÇÃO DE TUBOS OCTG

O CURSO

AVALIAÇÃO E CERTIFICAÇÃO:

PROVA DISCURSIVA E OBJETIVA

APROVAÇÃO COM 80% DE APROVEITAMENTO

1- DEFINIÇÕES SOBRE TUBOS

O tubo geometricamente é definido como um cilindro vazado.

CILINDRO

Os tubos são utilizados como elementos estruturais e também comocondutores de fluídos para diversos tipos de aplicações.

FUNÇÃO ESTRUTURAL

FUNÇÃO DE CONDUÇÃO

Sustentação de estruturas

Transporte de fluídos

Os tubos podem ser feitos de diversos materiais. Ex.: Aço, cobre, PVC,alumínio, cerâmica, ligas especiais.

COBRE PVC

AÇO ALUMÍNIO

Os tubos de aço podem ser laminados sem costura a partir de uma barra deaço.

LAMINAÇÃO

1º O mandril do laminador perfura a

barra cilíndrica

2º A massa da barra perfurada é

distribuída ao longo da haste do mandril

3º A barra passa a ser um tubo “bruto”

que será ajustado nos processos

seguintes.

Os tubos de aço podem ser fabricados a partir de chapas de aço que sãoconformadas cilindricamente e depois soldadas.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE TUBOS COM COSTURA

ENTRADA

DOBRA SOLDA E ALISAMENTO

INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA AJUSTE DIMENSIONAL TRAMENTO DE SUPERFÍCIE

CORTE TESTE HIDROSTÁTICO – INSPEÇÃO VISUAL - MARCAÇÃOESTOQUE

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE TUBOS COM COSTURA

1º Chapas de aço plano entram no

processo

2º Chapas de aço plano são dobradas

até formar um cilindro.

3º O cilindro formado é soldado

ao longo de seu comprimento.

4º O tubo soldado está formado, mas antes do uso será

acabado e inspecionado.

2- CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

O cilindro é um sólido em três dimensões formado a partir de uma basecircular e a geratriz de um retângulo, onde o raio da circunferência constituium dos lados e a altura do cilindro o comprimento do retângulo.

CILINDRO

O retângulo é formado por retas em ângulo (90°) em que suasextremidades são coincidentes.

COMPRIMENTO

O círculo é um conjunto infinito de pontos (A;B;C;D; ∞) distribuídos em360°, que possuem a mesma distância (raio) de um ponto central (X). Adistância entre dois pontos cuja separação angular seja igual a 180° échamada de diâmetro.

Raio = Distância entre um ponto qualquer da circunferência e o centrodesta - X. R = distância entre A e X.

Diâmetro = Distância entre dois pontos da circunferência cuja separaçãoangular seja igual a 180°. D = Distância entre D e B.

Diâmetro = 2 x Raio

Raio = Diâmetro / 2

360° = 2� (Radianos)

� = 3,14

D180°

DIÂMETRO

Perímetro de uma circunferência é o comprimento da reta imaginária quese formaria se rompêssemos um ponto qualquer (A) e esticássemos estesegmento.

PERÍMETRO = 2*� *R (raio)

D180°

XA A’

PERÍMETRO

Área de uma circunferência é a medida em duas dimensões do espaçoocupado pela figura.

Área = � *R² (raio)

Uma seção tubular é o perfil formado pela subtração de área de uma circunferênciamaior por uma circunferência menor de centros coincidentes.

SEÇÃO = ÁREA MAIOR – ÁREA MENOR = ÁREA DA SEÇÃO (m²)

Raio 1

Raio 2

SEÇÃO

A parede de um tubo é a diferença entre o raio da circunferência maior e oraio da circunferência menor. Também pode ser definida como a diferençaentre o diâmetro maior e o diâmetro menor dividida por dois.

PAREDE DO TUBO (mm ou “) = RAIO MAIOR – RAIO MENOR

PAREDE DO TUBO = (DIAM. MAIOR – DIAM. MENOR)/2

Raio 1

Raio 2

PAREDE

O tubo possui as seguintes características geométricas:

1.1 – Comprimento; (medido em: metros; pés (ft); milímetros (mm);polegadas)

1.2 – Para a medição podem ser utilizados os seguintes instrumentos:

1.2.1 – Escala; 1.2.4 – Paquímetro;

1.2.2 – Trena convencional; 1.2.5 – Micrometro;

1.2.3 – Trena laser;comprimento

O tubo possui as seguintes características geométricas:

1.2 - Diâmetro externo; (medido em: polegadas; milímetros (mm))

1.3 - Diâmetro interno; (medido em: polegadas; milímetros (mm))

1.4 - Espessura da parede; (medido em: polegadas; milímetros (mm))

INT. PAREDE

3- ASPECTOS DIMENSIONAIS DE UM TUBO

Os padrões dimensionais dos tubos são normatizados por diversosorganismos internacionais e pela ABNT. Dentre os organismosinternacionais podemos citar:

3.1 – ASME – Amerircan Society of Mechanical Engineers.

3.2 – ASTM – American Society for Testing and Materials

3.3 – ANSI – American National Standard Institute

3.4 - DIN - Deutsches Institut für Normung

3.5 – BS – British Standard

3.6 – ISO – International Standardization Organization

3.7 – ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

3.8 – API – American Petroleum Institute

Mas vamos nos ater apenas a API e em três de suas normas sobre tubos:

API 5B; Especificações para roscas em tubos petrolíferos.

API 5CT; Especificações para casing e tubing.

API 5L; Especificações para tubos line pipe.

Estas normas irão nos guiar quanto às tolerâncias dos seguintes aspectosdimensionais:

1 - Tolerância de comprimento;

2 - Tolerância de diâmetro externo;

3 - Tolerância de espessura de parede;

4 - Tolerância de diâmetro interno;

1 - Tolerância de comprimento para tubos longos;

1.1 Instrumento: De acordo com a API 5CT ISO 11960 a precisão de um instrumentode medição para comprimentos menores que 30 metros deve ser de ± 0,3m ou ± 0,1FT.

1.2 De acordo com a mesma norma os pup joints com comprimentos de norma(2;3;4;6;8;12 FT) podem variar no máximo ± 3 in.

1.3 Os tubos longos devem seguir a tolerância de ranges conforme tabela a C30 ouE30 da norma.

comprimento

Obs.: Conversão de unidades:

1 In (Polegada) = 25,4mm ou 0,0254m

1 FT (Pé) = 304,8mm ou 0,3048m

1 Metro = 3,281 FT

1 Metro = 39,37 In

1 In = 0,0833 FT

1 FT = 12 In

2.1 Se a medida do diâmetro externo estiver no SI (sistema internacional) deve serexpressa com no mínimo duas casas decimais. Ex.: 6 5/8” = 168,27 mm.

2.2 Se a medida estiver expressa no sistema inglês decimal devem ser adotadas trêscasas decimais. Ex.: 6 5/8” = 6,625”.

INT. PAREDE

Item 8.11.1 API 5 CT

Exemplos:

3,5” = Máx. 3,531” Min. 3,469”

88,9mm = Máx. 89,69mm Min. 88,11mm

6,625” = Máx. 6,691” Min. 6,592”

168,27” = Máx. 169,95mm Min. 167,44mm

A espessura de parede pode variar em função de processos de fabricação(laminação) ou em função da utilização ao qual o tubo foi submetido.

Segundo a norma API 5CT a tolerância é de – 12,5% da dimensão nominal. Não hálimite máximo definido, mas há necessidade de passagem do gabarito de drift. Se aparede for muito mais espessa que o nominal, e o tubo estiver no limite do empeno,então o gabarito pode não passar.

PAREDE

Exemplos:

Nominal 13,84mm => Máx. 13,84mm => Min. 12,11mm

Nominal 8,05mm => Máx. 8,05mm => Min. 7,04mm

Min. = Nominal - (Nominal x 0,125)

PAREDE

Outro aspecto a ser observado na integridade da parede de um tubo é a ocorrênciade deformações plásticas pontuais, causadas por ferramentas de contato com asuperfície externa do tubo. Exemplo: mordentes de chaves de aperto, alavancas demanuseio, garfos de empilhadeiras etc.

Para estas deformações a norma tem uma tolerância.

PROFUNDIDADE DO DANO.

Se as marcas abaixo estiverem localizadas na luva, ou em conexões integrais existemdiferenças no critério de avaliação.

Se o dano for pontual ou linear também haverá uma avaliação diferente.

Este tema é tratado em várias tabelas da API 5 CT. Exemplo: C33; C34; C39.

Danos pontuais

Danos lineares

Tabela C33 para danos lineares: Há diferença de critério entre os aços.

Danos pontuais

Danos lineares

A tabela C34 trata de conexões específicas que não serão objeto de estudo. A tabelaC39 possui informações relevantes sobre a tolerância de imperfeições em luvas. Érecomendado que os fabricantes adotem tolerâncias iguais ou inferiores a estaspara conexões e graus proprietários.

Danos pontuais: por exemplo marca de mordentes ou cunhas.

3 - Tolerância de espessura de parede; Tabela C39

As medidas são em milímetros e se referem exclusivamente a luvas. Notem que hádiferenças de critério para diâmetros e aços diferentes. As aços T95 e C90 indicadospara ambientes com a ocorrência de H2S tem mais rigor em suas tolerâncias.

4- ESFORÇOS ATUANTES EM UM TUBO

4.1 – Definição de esforços

Esforços são tensões resultantes da aplicação de uma determinada quantidade deenergia mecânica sobre um ou vários pontos de uma superfície.

A representação clássica de um esforço mecânico é dado por um vetor com módulo(valor) sentido ( de onde para onde ; ex. da direita para esquerda) e direção (verticalou horizontal) definidos.

As tensões podem ser provocadas por uma ou várias situações combinadas quegeram cargas sobre m determinado objeto.

CARGA = 50.000 kgf

4.1 – Definição de esforços

Desde o momento em que um tubo é manufaturado ele passa a ser submetido aesforços diversos. A integridade do tubo só será mantida se estes esforços nãoforem superiores ao limite projetado. Os esforços atuantes não deverão gerardeformações acima do limite elástico do material do qual é feito o tubo.

Análise de elementos finitos define o nível de tensão em cada ponto do tubo

4.2 – Definição de deformações

Quando submetido ao um esforço o material terá dois tipos de deformação:

Elástica: É uma deformação temporária. Quando a tensão cessa o material volta àssuas características iniciais.

Plástica: É uma deformação permanente. Quando a tensão cessa o material fica comas características dimensionais, metalográficas e físicas adquiridas após a aplicaçãodo esforço.

Diagrama de TENSÃO X DEFORMAÇÃO do aço

4.2 – Definição de deformações

Aços diferentes possuem comportamentos distintos quando submetidos aosmesmos esforços.

Diagrama de TENSÃO X DEFORMAÇÃO de diferentes tipos de aço

4.3 – TRAÇÃO - TENSÃO

É a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície decorte e num sentido tal que, possivelmente, provoque a sua ruptura.

Uma peça estará sendo tracionada quando a força axial aplicada estiver atuandocom o sentido dirigido para o seu exterior. A tração faz com que a peça se alongueno sentido da força e fique mais fina, com menor seção transversal, poisteoricamente, seu volume deve manter-se constante.

A TRAÇÃO É MEDIDA EM: kgf; N; lbf. ===== 1 kgf = 9,8N = 2,204 lbf

TRAÇÃO = 50.000 kgf

4.3 – TRAÇÃO - TESTES

Equipamento para ensaio de tração

Amostras

4.4 – Compressão

É a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície decorte e direcionada para o interior do corpo onde é aplicada.

O esforço de compressão tente num primeiro momento a reduzir o volume docorpo, e depois a deformá-lo elasticamente e depois permanentemente(deformação plástica).

A compressão pode ser denominada como tal quando a peça estiver sendo "empurrada", ao contrário da tração, onde ela está sendo "puxada“ e isto gera considerável stress e tensão diferenciados em vários pontos da peça.

Compressão = 50.000 kgf

4.4 – Compressão

Equipamento para ensaio de compressãoComportamento das amostras

4.5 – PressãoA ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este serlíquido, gasoso ou mesmo sólido.

Unidades:

PRESSÃO = FORÇA / ÁREA = kgf/cm² ou lb/in² Unidades puras: BAR ou ATM etc.

4.5 – Pressão - Unidades

PRESSÃO = FORÇA / ÁREA = kgf/cm² ou lb/in²

Lb/in² = pound / square inch ou PSI 1000 PSI = 1 KSI.

Equipamento medir pressão interna –manômetro

4.6– Pressão InternaSistema de forças atuantes em um espaço determinado que utiliza como meio umfluído (líquido ou gasoso ou uma combinação destes). A origem deste sistema deforças está relacionada com características físico-químicas do fluído ou do meio aoqual o sistema está interligado. É a pressão de dentro para fora do sistema. Ex.:Temperatura, densidade, massa, gravidade, eletromagnetismo, dimensionamentodo meio, etc.

PAREDE

4.6 – Pressão Interna – Exemplos de danos causados pela falta de controle.

4.6 – Pressão Interna – Teste Hidrostático – API 5CT Item 10.12 – API 5C3

GRÁFICO DE TESTE HIDROSTÁTICO

EQUIPAMENTOS DE TESTE HIDROSTÁTICO

4.7 – Pressão Externa

Sistema de forças do meio externo com atuação em uma determinada superfície. Éa pressão de fora para dentro. A origem deste sistema forças está diretamenterelacionada com as características físicas do meio onde o sistema está inserido.. Ex.:Profundidade, densidade, temperatura etc.

Segundo a norma API Bulletin 5C3, no caso do colapso por regime plástico, a equação para determinar a resistência a este esforço foi obtida empiricamente a partir de 2488 testes realizados em tubos sem costura fabricados com aço de grau K-55, N-80 e P-110 e é dado pela equação:

Onde Rc é a resistência ao colapso do tubo, Sy é o limite de escoamento do tubo, A, B e C são parâmetros obtidos experimentalmente, OD é o diâmetro externo e h a espessura do tubo..

4.7 – Pressão Externa – Razão entre Diâmetro / Parede

SUPORTA MAIS PRESSÃO

Análise de elementos finitos define o nível de tensão em cada ponto do tubo. A tensão é resultado da pressão externa pelo meio sobre a superfície do tubo.

4.7 – Pressão Externa – Teste de colapso

EQUIPAMENTO PARA TESTE DE COLAPSO

GRÁFICO DE TESTE COLAPSO

4.8 – Esforços combinados

Os gráficos acima servem para analisar os esforços combinados que um tubo pode sofrer. Após a analise tem-se uma conclusão se haverá ou não ruptura. Gráfico de Von Misses

5 – LIMITES FÍSICOS DE UM TUBO

5.1 – TENSÃO

Em física e engenharia, se denomina tensão mecânica ao valor da distribuição (resultante) de forças por unidade de área em torno de um ponto material dentro de um corpo material ou meio contínuo.A unidade em SI para tensão é o pascal (símbolo Pa), que é uma medida de força por unidade de área. A unidade da tensão é a mesma que a da pressão. Grandezas de engenharia para esta finalidade são normalmente medidas em megapascals (MPa) ou gigapascals ( Gpa ). Em unidades inglesas, tensão é expressa em libras-força por polegadas quadradas ( psi ) ou kilolibras - força por polegadas quadradas ( ksi ).

Então tensão também é : Tensão = Força / Área.

1 KSI = 1000 PSI = 6,89 Mpa = 70,31 Kgf/cm²

5.1 – TENSÃO

ÁREA = 1 In²

Tração = 1500 lb

Compressão = 1000 lb

Pressão Ext.= 800 psiPressão Int.= 800 psi

Tensão = 500 lb/In²Ou 500 psi

Pressão = 0 psi

5.2 – FATORES QUE INFLUENCIAM A TENSÃO MÁXIMA SUPORTÁVEL POR UMTUBO:

1 – Seção crítica: É a seção vista em duas dimensões originada após o corte do tubo.A seção crítica vai variar em função da parede e do diâmetro externo do tubo. Aseção crítica é data em medida de área. Ex.: In²; mm²; cm² etc.

2- Aço: É a liga que compõe tubo. Diferentes aços suportam diferentes tensões.Estas diferenças são o resultado de componentes de liga e de tratamentos térmicosdiferentes (têmpera, normalização, revenimento etc.).

INT. PAREDE

2 – Cálculo da seção crítica de um tubo:

SC = Área da circunferência externa – Área da circunferência interna.

SC = ACE – ACI

SC = πRe² - πRi² ACE = 5 In²

ACI = 3 In²

SC = 2 In²

3 – Então se este tubo for feito de um aço X que suporta 60 KSI então é sómultiplicar 60 x 2 = 120 KSI é a resultante de forças que este tubo pode suportarcomo tensão numa área de 2 In².

Logo todos os esforços combinados ou separados não podem resultar numa tensãosuperior a 120 KSI.

SC = 2 In²

5.1 – Limites de um tubo. Ex: Diâmetro 5,5” parede 0,304” aço de 80 KSI

Body Yield Strengh = Tração máxima no limite elástico, dada em função do aço e da seção críticaCollapse = Pressão externa máxima que pode ser aplicada.Internal Yield = Pressão Interna máxima que pode ser aplicada.SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Mínima tensão de rendimento especificada), mínima tensão que pode resultar em deformação plástica para determinado aço.

6 – DEFINIÇÕES SOBRE AÇOS

6.1 – DEFINIÇÃO DE AÇO:

Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, compercentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%.

Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mascom teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.

O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o usode outros elementos como: magnésio, cromo, vanádio e tungstênio. O carbono eoutros elementos químicos agem com o agente de resistência, prevenindoo deslocamento em que um átomo de ferro em uma estrutura cristalina passepara outro.

A diferença fundamental entre ambos é que o aço, pela sua ductibilidade, éfacilmente deformável por forja, laminação e extrusão, enquanto que uma peçaem ferro fundido é muito frágil

6.1 – DEFINIÇÃO DE AÇO:

Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, compercentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%.

Ferro ( hematita Fe 2 O3)e2O3fe Carbono na forma de carvão

6.2 – FABRICAÇÃO DO AÇO:

O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permitealcançar altas temperaturas (cerca de 1.500° Celsius) necessárias à fusão dominério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério coma alta temperatura, deixando livre o ferro.

O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-seredução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno. Antes de seremlevados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados paramelhoria do rendimento e economia do processo.

O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção docoque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO AÇO:

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: LAMINAÇÃO

LINGOTAMENTO DE BARRA FORNO DE REAQUECIMENTOLAMINAÇÃO

CORTE DE SEGMENTOS RESFRIAMENTO AJUSTE DIMENSIONAL REAQUECIMENTO

INSPEÇÃO ELETROMAGNÉTICA

ESTOQUE EM PROCESSO

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: TRATAMENTO TÉRMICO

FORNO DE AUSTENITIZAÇÃO

TEMPERA FORNO DE REVENIMENTO AJUSTE DIMENSIONAL

RESFRAIMENTO

6.2 – ESQUEMA DE FABRICAÇÃO DO TUBO: ACABAMENTO

DESEMPENO ENSAIO NÃO DESTRUTIVO FACEAMENTO ROSQUEAMENTO

INSPEÇÃO FINALTESTE HIDROSTÁTICO INSPEÇÃO POR DRIFT APERTO DE LUVAS

No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferrode primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que ématéria-prima para a fabricação de cimento. A etapa seguinte do processo é orefino.

O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para sertransformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do açose faz em fornos a oxigênio ou elétricos. Finalmente, a terceira fase clássica doprocesso de fabricação do aço é a laminação.

O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformadoem produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapasgrossas e finas, bobinas, vergalhões, TUBOS, perfilados, barras etc. Com aevolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendoreduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.

6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO:

6.3.1 A plasticidade é a propriedade inversa à da elasticidade, ou seja, do material não voltar à sua forma inicial após a remoção da carga externa, obtendo-se deformações permanentes. A deformação plástica altera a estrutura de um metal, aumentando sua dureza. Este fenômeno é denominado endurecimento pela deformação à frio ou encruamento. Veja abaixo a simulação computacional de uma deformação plástica.

6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO: DEFORMAÇÃO DE UMA AMOSTRA

6.3.2 - Ductilidade é a capacidade do material de se deformar sob a ação de cargas antes de se romper, daí sua grande importância, já que estas deformações constituem um aviso prévio à ruptura final do material, o que é de extrema importância para prevenir acidentes em uma construção, por exemplo.

6.3.3- A fragilidade, oposto à ductilidade, é a característica dos materiais que rompem bruscamente, sem aviso prévio (um dos principais fatores responsáveis por diversos tipos de acidentes ocorridos em pontes e navios).

6.3.4 - A resiliência é a capacidade de absorver energia mecânica em regimeelástico, ou seja, a capacidade de restituir a energia mecânica absorvida. Jáa tenacidade é a energia total, plástica ou elástica, que o material pode absorveraté a ruptura. Assim, um material dúctil com a mesma resistência de um materialfrágil irá requerer maior energia para ser rompido, portanto é mais tenaz.2

6.3.5 - A fluência é mais uma outra propriedade apresentada pelo aço e metaisem geral. Ela acontece em função de ajustes plásticos que podem ocorrer empontos de tensão, ao longo dos contornos dos grão do material. Estes pontos detensão aparecem logo após o metal ser solicitado por uma carga constante, esofrer a deformação elástica.

6.3.6 - Após esta fluência ocorre a deformação continua, levando a uma reduçãoda área do perfil transversal da peça (denominada estricção). Tem relação com atemperatura a qual o material está submetido: quanto mais alta, maior ela será,porque facilita o início e fim da deformação plástica. Nos aços, é significativa paratemperaturas superiores a 350° C, ou seja, em caso de incêndios.2

6.3.6 - É importante citar ainda a fadiga, sendo a ruptura de um material sob esforços repetidos ou cíclicos. A ruptura por fadiga é sempre uma ruptura frágil, mesmo para materiais dúcteis. Veja abaixo dano típico causado por fadiga:

6.3.7 - Por fim, temos a dureza, que é a resistência ao risco ou abrasão: a resistência que a superfície do material oferece à penetração de uma peça de maior dureza. Sua análise é de fundamental importância nas operações de estampagem de chapas de aços.

6.3 – PROPRIEDADES DO AÇO: EXEMPLO DE FRATURA DO AÇO EM ENSAIO

6.4 – AÇO FASES EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E DO % DE CARBONO –DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:

6.4.1 – EXEMPLO DE ESTRUTURA DO AÇO : SAE 1060 :

A figura representa a foto de micrografia de um aço ABNT composto por 0,6% de carbono,austenitizado a temperatura de 840°C, e posteriormente resfriado á temperatura ambiente do(ar atmosférico) e mantido nessas circunstâncias por aproximadamente 24 horas. Estatransformação isotérmica resultou em bainita, microestrutura composta por ferrita-α e umafina dispersão de cementita. Esse é o produto austenítico encontrado em alguns aços e ferrosfundidos, que resulta em uma dureza intermediária para esta determinada liga, com valorverificado de 325HV. Ampliação de 500x.

Cementita ou carboneto de ferro é um composto químico de fórmula química Fe3C e estrutura em forma de cristal ortorrômbico. Contém 6,67% de carbono e 93,33% de ferro. É um material duro e quebradiço e, apesar de ser comumente classificado como cerâmica em sua forma pura, é mais utilizado na metalurgia. É formado diretamente pelo derretimento do ferro fundido branco.

6.4.2 – COMPARAÇÃO DE ESTRUTURAS APÓS DEFORMAÇÃO AÇO ASTM A193 B7:

ANTES DEPOIS

6.4.3 – AÇO FASES – DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:

ESTRUTURA CRISTALINA DA CEMENTITA Fe3C

6.4.4.1 - FERRITA: Conhecida como α-ferrita (α-Fe) ou ferro alfa, é um termo de ciência dos materiais para o ferro puro, com uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado. É esta estrutura cristalina que dá aço e ferro fundido suas propriedades magnéticas, e é o exemplo clássico de um material ferromagnético.

Cúbica de corpo centrado

Ferrita é a parte clara

AUSTENITA: A austenita ou (ou ferro na fase γ) é uma fase sólida não magnéticaconstituída de ferro na estrutura CFC. O ferro possui a propriedade detransformar-se da estrutura CCC (cúbico de corpo centrado, característicada ferrita -α) para a estrutura CFC (cúbico de face centrada, característicaprincipal da austenita-γ). A transformação de cúbico de corpocentrado para cúbico de face centrado pode ocorrer a várias temperaturas,temperaturas as quais são determinadas pelos elementos presentes na ligametálica em questão, por exemplo essa transformação ocorre a 912°C (1185K)para o ferro puro e a 727°C (1000K) para o aço carbono eutetóide ( perlita ).A austenita é o ponto de partida para vários tratamentos térmicos nas ligas deferro, pois partindo da austenita é possível a transformação da liga em váriosmicroconstituintes, como por exemplo a têmpera que consiste na transformaçãoda austenita em martensita por meio de um rápido resfriamento da peça tratadatermicamente. A fase foi denominada em homenagem aum metalúrgico inglês, sir William Chandler Roberts-Austen (1843-1902).

AUSTENITA:

Cúbica de face centrada

Austenita

MARTENSITA: É formada quando as ligas ferro - carbono austenitizadas são resfriadasrapidamente ou bruscamente ( como no tratamento térmico de têmpera). É uma estruturamonofásica (TCC), tetragonal de corpo centrado, porque se encontra em equilíbrio,resultante de uma transformação sem difusão da austenita. A dureza da martensita dependedo teor de carbono e dos elementos de liga do aço, sendo que um maior teor de carbonoresultará em uma martensita de maior dureza. Os elementos de liga presentes em umdeterminado tipo de aço, determinam sua temperabilidade, ou seja, qual a velocidade deresfriamento necessária, a partir da temperatura de austenitização, para que toda aaustenita se transforme em martensita. Maiores teores de elementos de certos liga resultamem maior temperabilidade. A martensita, no estado pós têmpera, praticamente nunca éutilizada, sendo necessária a aplicação de um tratamento térmico posterior a têmpera. Estetratamento térmico, denominado revenimento, tem como objetivos aliviar as tensõesgeradas pela formação da martensita, além de reduzir sua dureza, para os valoresespecificados pelo projeto. Portanto, como resultado do tratamento térmico de têmpera,espera-se a formação de uma microestrutura totalmente martensítica, com a maior durezaque possa ser atingida pelo aço tratado. Depois, no revenimento, em função do tempo detratamento e da temperatura, atinge-se a dureza desejada.

MARTENSITA: Não revenida

Cúbica de corpo centrado

6.4.4 – AÇO INOXIDÁVEL – DEFINIÇÕES NECESSÁRIAS:

MARTENSITA: Após têmpera e revenimento.

MARTENSITA => MARTENSITA TEMPERADA => MARTENSITA TEMPERADA FORTEMENTE

6.6 – AÇO INOXIDÁVEL:

O aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo ( mínimo 8% - 10,5%), podendoconter também níquel (até 30%), molibdênio, nióbio, titânio e outros elementos,que apresenta propriedades físico-químicas superiores aos aços comuns, sendo aalta resistência à oxidação atmosférica a sua principal característica. As principaisfamílias de aços inoxidáveis, classificados segundo a sua microestrutura, são:ferríticos, austeníticos, martensíticos, endurecíveis por precipitação e Duplex.

Sua principal característica, a resistência à corrosão, se deve a presençado cromo que ao reagir com o oxigênio da atmosfera forma uma camadasuperficial que protege o aço de agentes oxidantes. Essa película protetora, muitofina e resistente, é formada por óxido de cromo e, se arranhada ou desfeita poralgum motivo, rapidamente se recompõe, bastando para isso que haja oxigênio

6.6 – AÇO INOXIDÁVEL:

6.6.1 – AÇO INOXIDÁVEL – CAMADA PASSIVADORA:

Figura 1 – Num ambiente oxidante normal uma camada protetora de um filmepassivo de óxido rico em cromo é formado automaticamente no aço inoxidável.

Figura 2 – Quando o filme passivo é riscado, danificado ou usinado, a superfície doaço inoxidável fica exposta à atmosfera.

Figura 3 – O filme passivo é prontamente restaurado através da sua regeneração,a partir da reação entre o cromo do aço inoxidável e o oxigênio do meiocircundante..

Apesar de invisível, estável e com espessura finíssima, a camada passiva é muito aderente ao inox e tem sua resistência aumentada à medida que é adicionado mais cromo à liga. Em resumo, a camada passiva:

• Protege o inox contra a corrosão do meio ambiente;

• Tem formação instantânea (cerca de 0,01 s);

• Apresenta alta resistência mecânica, o que dificulta seu desprendimento;

• É termodinamicamente estável, não reagindo com outros elementos para formar novos compostos;

• Está presente em toda a superfície do material;

• Não é porosa (bloqueia a ação do meio agressivo) ;

• É muito fina com 30 - 50 Å de espessura (1 Å = 10-1 nm = 10-10 m), e por isso invisível ao olho humano;

• É auto-regenerável;

É inerente ao aço inoxidável já que o cromo faz parte de sua composição química.

Estas características da camada passiva explicam porque o aço inoxidável não requer qualquer revestimento ou proteção contra corrosão, para permanecer brilhante e polido mesmo após décadas de uso.

1- Reação do Cr com O2 2 – Formação da camada

Outros elementos como níquel, molibdênio, titânio e nióbio, para citar alguns, permitem que o inox seja dobrado, soldado, estampado e trabalhado de forma a poder ser utilizado nos mais variados produtos. A seleção correta do tipo de inox e de seu acabamento superficial são fatores importantes para assegurar uma longa vida útil ao material.

6.6.2 – AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS:

Os aços inox podem ser classificados em cinco tipos de acordo com sua composição eestrutura em:

Ferríticos (Família normativa 430, 409 e 410S): possuem de 11 a 17% de cromo (NúcleoInox) e menos que 0,3% de carbono (COSTA). Não possui níquel e são mais econômicos. Osaços ferríticos possuem grande resistência a corrosão sob tensão e sua resistência pode seraumentada por trabalho a frio. Apresenta fácil conformação, são magnéticos e soldáveis comalguns cuidados especiais.

Martensíticos (Família normativa 420): possuem de 12% a 18% de cromo (Núcleo Inox), e de1% a 1,5% de carbono (COSTA). Podem receber tratamento de têmpera adquirindo elevadosníveis de dureza e resistência mecânica. São magnéticos, pouco soldáveis, apresentam baixaresistência a corrosão.

Austeníticos (Famílias normativas 301, 304, 304L, 306 e 306L): possuem de 17% a 25% decromo, e de 7% a 20% de níquel (Núcleo Inox). Apresentam alta ductilidade e soldabilidade esão o tipo de aço inox mais utilizado por apresentar melhor resistência a corrosão,principalmente se adicionados elementos como o molibdênio ou reduzido seu teor decarbono. Não são magnéticos e podem ser utilizados para trabalhos a temperaturas muitobaixas (menor que 0°C) ou muito altas (até 925°C).

6.6.2 – AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS:

Além destes grupos principais existem o aço inoxidável duplex e o PH.

O duplex é um aço formado por uma estrutura dupla de matriz ferrítica com ilhas deaustenita e que apresenta características de elevada resistência mecânica e à corrosão.

O PH é o aço inoxidável endurecível por precipitação (PH). De estrutura martensítica, é ferromagnético e tem sua dureza aumentada por um processo diferente dos martensíticosatingindo uma resistência a tração da ordem de 1700 MPa. Possuem boa ductilidade etenacidade sendo sua resistência à corrosão comparável ao aço austenitico 304.

O aço PH é muito usado na indústria aeroespacial enquanto que o duplex possui largaaplicação nas indústrias alimentícias, químicas, petroquímicas, papel e celulose dentreoutras.

7 –AÇOS API E PROPRIETÁRIOS

7.1 AÇOS API:

São aços fabricados segundo a norma API 5CT. A norma padroniza composição química,tratamento térmico e estabelece os indicadores de desempenho para os ensaios de tração,dureza, resistência ao H2S entre outras coisas.

A codificação se dá pelo uso de letras e números , a letra não tem significado especial maso número significa o limite mínimo de tensão em KSI necessário para romper o limiteelástico do aço.

N80 = 80.000 psi ou 80 KSI é o mínimo de tensão necessária para romper o limite elástico.

MAXIMUM TECHNICAL INSTITUTE Eng.º FREDJOGER MENDES

7.2.1 AÇOS API: CÓDIGO DE CORES

Para que seja possíveldiferenciar um aço de outrovisualmente, foi adotado umcódigo de cores para as luvas epara faixas que são marcadasno corpo do tubo.

Isto é muito útil porque impedeque um tubo projetado parauma determinada situação sejautilizado em outra para o qualnão foi dimensionado.

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Tabela C66 da API 5 CT.

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Tabela C66 da API 5 CT.

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H-40 = LUVA PRETA. FAIXA PRETA AO REDOR DO TUBO

M-65 = LUVA VERMELHA COM FAIXA MARROM E FAIXAS AZUL E VERDE NO CORPO DO TUBO.

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7.2.2 AÇOS API: RESISTÊNCIA A TENSÃO

YIELD STRENGTH - MINIMUM PSI:TENSÃO MÍNIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE ELÁSTICO DO MATERIAL.

YIELD STRENGTH - MAXIMUM PSI:TENSÃO MÁXIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE ELÁSTICO DO MATERIAL.

TENSILE STRENGTH - MINIMUM PSITENSÃO MÍNIMA NECESSÁRIA PARA ROMPER O LIMITE DE PLASTICO DO MATERIAL. INÍCIO DA RUPTURA

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YIELD STRENGTH -MINIMUM PSI:

TENSÃO MÍNIMA NECESSÁRIA PARA

ROMPER O LIMITE ELÁSTICO

DO MATERIAL.

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API GRADE

YIELD STRENGTH -

MINIMUM PSI

YIELD STRENGTH -

MAXIMUM PSI

TENSILE STRENGTH -

MINIMUM PSI

ROCKWELL C HARDNESS

(EST.)

H-40 40,000 80,000 60,000 0-15

J-55 55,000 80,000 75,000 0-15

K-55 55,000 80,000 95,000 14-25

C-75 75,000 90,000 95,000 14-26

L-80 80,000 95,000 95,000 14-23

N-80 80,000 110,000 100,000 16-25

C-95 95,000 110,000 110,000 22-31

P-110 110,000 140,000 125,000 27-35

Q-125 125,000 150,000 135,000 30-38

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7.2.3 AÇOS API: COMPOSIÇÃO QUÍMICA

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7 – AÇOS API E PROPRIETÁRIOS

A API 5CT no item 7.1 diz que os aços devem seguir as composições descritas na C5 no anexo C.

Esta tabela limita a adição de CARBONO, MANGANÊS; MOLIBDÊNIO; CROMO; NÍQUEL; COBRE; FÓSFORO; ENXOFRE E SILÍCIO.

Estes elementos junto com o FERRO é irão ser processados na aciaria e a quantidade e a forma como serão adicionados serão determinantes para as características do aço que se deseja obter.

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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA

Os tubos OCTG podem ser produzidos por dois processos distintos:

SEAMLESS PROCESS – Processo de laminação que produz tubos sem costura.

ERW PROCESS – Processo de dobra e solda elétrica de chapas que produz tubos com costura.

A norma API regulamenta quais tipos de aço podem ser utilizados para a produção de tubos em cada processo.

O L80 por exemplo só pode ser produzido pelo processo seamless, enquanto o K55 pode ser produzido pelos dois sistemas.

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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA

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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA – Tubo com costura

Electric Resistance Welded Pipe - ERW

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7.2.4 AÇOS API: PROCESSOS DE MANUFATURA – Tubo sem costura

Seamless Pipe - S

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7.3 AÇOS PROPRIETÁRIOS:

São graus de aço desenvolvidos pelos fabricantes para atender demandas de desempenho que não são cobertas pelos graus API. Os grupos mais comuns são os seguintes:

Graus High Collapse

Os graus proprietários High Collapse (HC) oferecem uma maior resistência a pressão externado que os graus API. Isto só pode ser obtido devido à alta capacidade dos processos(laminação, tratamento térmico e desempeno a quente) que garantem uma adequadaespessura de parede, ovalização, limite de escoamento e tensões residuais, parâmetros estesque influenciam a performance ao colapso.

Graus Sour Service

São aços que possuem desempenho superior em ambientes com diferentes concentrações deH2S em diferentes cenários de tensões combinadas e temperaturas.

Graus com adição de Cromo (13Cr) para ambientes corrosivos

São aços que possuem desempenho superior em ambientes com diferentes concentrações deCO2 e CO2 combinado com H2S em diferentes cenários de tensões combinadas etemperaturas.

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7.3 AÇOS PROPRIETÁRIOS:

Deep Well Service - DW:

Usados em poços com mais de 4500m de profundidade. Possuem excelente resistência a tração e ao colapso.

Low Temperature Service – LT:

Usados em ambientes com temperaturas muito baixas (-45 °C), onde são necessários ductilidade altamente eficaz e tenacidade à fratura. Quando os metais não tem suficiente resistência ao impacto e são expostos a temperaturas baixas, eles se tornam muito frágeis.

Graus CRA:

São aços com grande adição de Cromo e Níquel em suas ligas e são usados em ambientes corrosivos severos. São aços com características inoxidáveis.

Podemos citar:

DUPLEX; SUPER DUPLEX; SUPER AUSTENÍTICO; INCONEL etc.

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7.3.1 AÇOS PROPRIETÁRIOS: CRA

DUPLEX:

Aço duplex é um tipo de aço inoxidável composto pela combinação de dois tipos demicroestrutura: Ferrítica e austenítica. Sua principal característica é a excelente resistênciaà corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em se passivar, ou seja acionar acamada superficial que é responsável pela proteção do aço em meios agressivos (esta camadaé extremamente fina 3° a 50A) e permanecer no estado passivo em diversos meios aos quais ésubmetido; Devido ao efeito do refino de grão obtido pela estrutura austenítica-ferrítica e aoendurecimento por solução sólida, estes aços apresentam resistência mecânica superior aosaços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Veja abaixo um exemplo de composição química:

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Porcentagem média Elemento químico

22% a 25% Cr

0,15% N

0,02% C

SUPER DUPLEX:

O grau é caracterizado por uma boa resistência à corrosão por cloretos, combinada com uma elevada resistência mecânica. Ele é particularmente adequada para utilização em ambientes agressivos, tais como a água salgada , cloratos aquecidos e ácidos, meios contendo cloreto.

Adequado para serviço em condições altamente corrosivos e de elevada resistência, onde for necessário, as propriedades de vêm sendo largamente utilizados offshore na exploração e produção de óleo e gás . Usado em permutadores de calor na indústria petroquímica e de processamento químico.

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EX: COMPOSIÇÃO QUÍMICAC 0.030 maxCr 24.0-26.0Cu 0.5 maxMn 1.20 maxMo 3.0-5.0N 0.24-0.32Ni 6.0-8.0P 0.035 maxS 0.020 maxSi 0.8 max

SUPER AUSTENÍTICO:

Uma linha de aços que alia alta resistência à corrosão e excelente trabalhabilidade. Por isso émuito requisitada na fabricação de peças que não podem ser corroídas e também deequipamentos químicos.Esses materiais são utilizados, principalmente, nas indústrias alimentícia, de bebidas,farmacêutica, hospitalar, química, petroquímica, de papel e celulose, além de máquinas eequipamentos.

Os aços Austeníticos são o grupo principal de aços inoxidáveis; a composição mais comum é18% Cr e 8% Ni (ex. aços 18/8, tipo 304). Um aço com melhor resistência à corrosão é criadopela adição de 2-3% de molibdénio, geralmente chamado de “aços à prova de ácido”: (tipo316). O grupo MC também inclui aços inoxidáveis Super Austeníticos com um teor de Ni acimade 20%. Os aços Austeníticos endurecidos por precipitação (PH) possuem uma estruturaaustenítica na condição tratada por calor e um teor de Cr superior a 16% e um teor de Nisuperior a 7%, com aproximadamente 1% de alumínio (Al). Um aço endurecido porprecipitação típico é o aço 17/7 PH.

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INCONEL:

Inconel é uma família de austenítica de níquel - cromo com base em superligas . O nome éuma marca registrada da Special Metals Corporation .Inconel ligas são tipicamente utilizados em aplicações de elevada temperatura. Ele é muitasvezes referida em Inglês como "Inco" (ou ocasionalmente "Iconel"). Nomes comerciais comunspara a liga Inconel 625 incluem: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, 625 eNickelvac Nicrofer 6020.A família de ligas de Inconel foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1940 por equipesde pesquisa no Wiggin Alloys ( Hereford, Inglaterra ), que já foi adquirida pela SMC, em apoioao desenvolvimento do White e motor a jato. Abaixo o exemplo de composição química:

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7.3.1 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Nomenclaturas

Cada fabricante adota o nome que melhor lhe convém, mas há um certo padrão. Em geral vem as iniciais da companhia que fabrica o aço, depois o limite mínimo de tensão em KSI para romper o limite elástico e depois o tipo de serviço que o material deve ser empregado (Ex: SS) ou o elemento de liga que o diferencia (Ex: Cr).

Assim temos:

Vallourec: VM

Sumitomo: SM

JFE: JFE

Tenaris: TN

US Steel: USS

Baos Steel: BG

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7.3.2 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Catálogos

Os fabricantes elaboram catálogos que orientam os clientes sobre as características físicas e químicas de seus aços. São nestas publicações também que temos definidos os códigos de cores e marcação de cada aço proprietário. Vejamos alguns exemplos:

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CÓDIGO DE CORES DA VALLOUREC

CÓDIGO DE CORES DA JFE

7.3.2 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Catálogos: CÓDIGO DE CORES DA SUMITOMO

7.3.2 AÇOS PROPRIETÁRIOS: Catálogos: CÓDIGO DE CORES DA TENARIS

8 – CORROSÃO E FRAGILIZAÇÃO

8.1 CORROSÃO

“Interação físico-química entre um metal e o meio envolvente, da qual

resultam mudanças nas propriedades do metal, levando frequentemente à

sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz parte ou ainda à

alteração do meio ” (Federação Européia de Corrosão).

“Deterioração de um material ou das suas propriedades devido à reação

com o meio envolvente” (NACE - The National Association of Corrosion

Engineers - USA).

Algumas definições entendem que “corrosão” tem que envolver uma reação eletroquímica.

Outras definições, mais abrangentes, poderão incluir todas as alterações induzidas pelo meio sobre os materiais neste caso não só metais mas também polímeros, cerâmicos, pedra, madeira, ... e admite também que, para além do próprio material, as suas propriedades podem deteriorar-se.

- É um processo espontâneo que ocorre frequentemente na natureza por ação de diversos fatores.

- ex.: proc. de desgaste por atrito, por erosão ou por fatores mecânicos.

- Deterioração sofrida por um material metálico em consequência da ação eletroquímica do meio (N-2561 / 96 - Petrobras).

- Ponto de vista eletroquímico: estudar apenas os fenômenos cujas origens são processos de oxidação de elementos metálicos.

8.1.1 Considerações Energéticas

• A corrosão resulta da tendência que os materiais têm em voltar ao seu

estado de menor energia, que é o que se encontra naturalmente no seu

minério de origem;

• A obtenção do metal faz-se à custa do fornecimento de energia (processos

metalúrgicos);

• A tendência do metal será, pois, voltar ao estado original, i.e., à sua forma

oxidada.

Minério + Energia => Metalurgia => Metal

Minério + Energia <= Corrosão <= Metal

8.1.2 Importância da Corrosão Metálica

• uso crescente de metais no campo tecnológico

• utilização de construções metálicas de grandes dimensões, mais susceptíveis à corrosão do que as estruturas (pesadas) de pedra (do passado) .

• meios cada vez mais agressivos, tanto em domínios de aplicação corrente (água e ar poluídos) como em domínios industriais (processos envolvendo reagentes agressivos e perigosos) .

• utilização de metais raros caros, em certas aplicações especiais (energia atômica, domínio espacial). A falta de materiais resistentes pode mesmo ser um entrave ao progresso nessas áreas.

8.1.3 Custos devidos à corrosão

• Custos diretos

• Custos de substituição de peças danificadas (incluindo energia e mão de obra)

• Custos de manutenção de sistemas de proteção (revestimentos, proteção catódica, ...)

8.1.3 Custos devidos à corrosão

• Custos indiretos

• Paralisações

• Perda de produto

• Perda de eficiência

• Contaminação de produtos

• Necessidade de super-dimensionamento dos projetos

• Outros custos

• Segurança de instalações, cuja falha pode resultar em perdas humanas

(automóveis, aviões, pontes, tubulações, tanques, etc)

• Degradação de monumentos

8.1.4 Seleção de um material

Para a seleção de um aço deve ser levada em consideração os seguintes fatores:

• Resistência mecânica;

• Resistencia a corrosão;

• Custo;

• Manufatura;

• Disponibilidade;

• Transporte;

• Armazenagem;

• Preservação;

• Manuseio e instalação;

8.1.5 Fatores Influentes na velocidade de corrosão

A velocidade do processo corrosivo pode ser expressa em termos da corrente decorrosão. Vale ressaltar : quanto menor for a corrente de intercâmbio, menor será amagnitude da corrente de corrosão.

Quanto menor a corrente de intercâmbio da reação catódica, menor será também amagnitude da corrente de corrosão.

Outros fatores importantes que têm influência sobre a velocidade de corrosão são aconcentração do agente corrosivo e a condutividade do meio ao qual o metal estáexposto.

Quando a concentração do agente corrosivo é pequena, a curva catódica atinge olimite difusional e a velocidade de corrosão passa a ser controlada pelo transportedo reagente ao centro de ataque no metal, sendo a corrente de corrosão tantomenor quanto menor for a concentração.

Um exemplo bem conhecido onde este efeito acelera os processos de corrosão éobservado em ambientes localizados perto do litoral pois, devido à alta umidade e àalta concentração iônica da atmosfera marítima, há uma maior corrosão dos metais.

8.1.5.1 Meios CorrosivosOs meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases.

Principais Meios Corrosivos e Respectivos Eletrólitos- atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;

- solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos;

- águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;

8.1.5.1 Meios Corrosivos

- água do mar: A água do mar em virtude da presença acentuada de sais, é umeletrólito por excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podemacelerar os processos corrosivos; estas águas contêm uma quantidade apreciável desais. Uma análise da água do mar apresenta em média os seguintes constituintesem gramas por litro de água: Cloreto (Cl-) 18,9799

Sulfato (SO -) 2,6486

Bicarbonato (HCO ) 0,1397

Brometo (Br-) 0,0646

Fluoreto (F-) 0,0013

Ácido Bórico (H3BO3) 0,0260

Sódio (Na+) 10,5561

Magnésio (Mg2+) 1,2720

Cálcio (Ca2+) 0,4001

Potássio (K+) 0,3800

Estrôncio (Sr 2+) 0,0133

8.1.5.1 Meios Corrosivos

- produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

Geração do meio corrosivo: como foi dito anteriormente oxigênio funciona comocontrolado dos processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica a velocidadede corrosão aumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorrepor ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de polarizaçãocatódica no sentido de maior corrente de corrosão;

PH de eletrólito: a maioria dos metais passivam-se em meios básicos (exceção paraos metais.

Temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reaçõesquímicas. Da mesma forma também em corrosão as taxas de desgaste aumentamcom o aumento da temperatura. Com a elevação da temperatura diminui-se aresistividade d eletrólito e consequentemente aumenta-se a velocidade decorrosão;

8.1.6 Formas de corrosão

As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidasprincipalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais:

Corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamenteuniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que nãoformam películas protetoras, como resultado do ataque;

Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão formam-se em placas que sedesprendem progressivamente. É comum em metais que formam películainicialmente protetora mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdemaderência, expondo o metal a novo ataque;

Corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob formalocalizada, com o aspecto de crateras. É frequente em metais formadores depelículas semi protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no casoda corrosão por aeração diferencial;.

8.1.5 Formas de Corrosão

Corrosão por pite: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de altaintensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordosangulosos. A corrosão por pite é frequente em metais formadores de películasprotetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, sãodestruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, possibilitando corrosãomuito intensa. Exemplo comum é representado pelos aços inoxidáveis austeníticosem meios que contêm cloretos;

Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta nocontorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados,expostos a meios corrosivos;

Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob aforma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no casoda corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos.

Corrosão por pite: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de altaintensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordosangulosos. A corrosão por pite é frequente em metais formadores de películasprotetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes agressivos, sãodestruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, possibilitando corrosãomuito intensa. Exemplo comum é representado pelos aços inoxidáveis austeníticosem meios que contêm cloretos;

Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta nocontorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados,expostos a meios corrosivos;

Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob aforma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no casoda corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos.

8.1.6 Corrosão por CO2

As falhas de corrosão, relacionadas com a corrosão por dióxido de carbono CO2 são responsáveis por 25% dos incidentes relacionados com segurança, 8,5% no aumento do capital gasto, 5% da perda de produção e 11,5% no aumento dos gastos com a extração (KERMANI, 2003).

O aço baixo carbono é amplamente utilizado devido ao seu baixo custo, por ser encontrado em volumes que atendem a demanda da indústria e por atenderem os requisitos mecânicos, estruturais e de fabricação. Embora a tecnologia de aços baixo carbono esteja bem desenvolvida, e seja economicamente viável sua aplicação nas indústrias, eles possuem baixa performance em relação à corrosão generalizada e por CO2. Dadas as condições associadas à produção de petróleo e gás e ao transporte destes, a corrosão sempre será um risco em potencial, principalmente na presença de fase aquosa em contato com o aço (KERMANI, 2003).

A corrosão por CO2 é frequentemente encontrada na indústria de petróleo e gás(KINSELLA, 1998) e ocorre em todos os estágios de produção, desde a prospecçãoaté as instalações de processamento (DURNIE, 2002; MORAMENDOZA, 2002).

A perda de produção e os custos de reparo ocasionados pela corrosão do açocarbono em contato com gases úmidos e linhas com múltiplas fases tornamindispensável a adoção de técnicas adequadas para monitoramento do processocorrosivo por CO2 , por técnicas eletroquímicas adequadas (de WAARD, 1975;DURNIE, 2002).

Os métodos de prevenção incluem a reposição das tubulações de aço carbono porligas resistentes à corrosão e o uso de inibidores e revestimentos não metálicos(MISHRA, 1997).

O CO2 se dissolve na água formando ácido carbônico (H2CO3), o qual é agressivo aoaço carbono (KINSELLA, 1998).

0 potencial de corrosão do ácido carbônico pode ser superior a qualquer outroácido completamente dissociado em um mesmo Ph (de WAARD, 1975).

A formação do produto de corrosão sobre a superfície sofre influência dacomposição do aço, do fluxo e das condições ambientais, como pH, temperatura,pressão, composição do eletrólito, existência de inibidores, dentre outros(KINSELLA, 1998; MORA-MENDOZA, 2002).

Sabe-se que a camada de produto de corrosão tem papel fundamental nomecanismo, na cinética e no tipo de corrosão por CO2. Quando existe uma camadaprotetora, a transferência de massa de e para a superfície metálica se torna o fatorde controle da taxa de corrosão, antes do desprendimento do hidrogênio (KINSELLA,1998).

A formação irregular da camada de corrosão e a sua destruição localizada são osprincipais fatores que contribuem para a corrosão localizada por CO2.

Camadas de corrosão protetoras são capazes de diminuir a taxa de corrosão inicialem até 3 vezes, levando a taxa nula de corrosão com o passar do tempo (KINSELLA,1998). A corrosão por CO2 pode ser ocasionada tanto pelas condições do meio,quanto pelos aspectos metalúrgicos ou materiais (MISHRA, 1997).

Fe2+ + CO32− ↔ FeCO3(s) (7)

Reação anódica

Formação do ácido carbônico

Reação catódica sobre a superfície do aço

8.1.7 Fragilização por H2S

O hidrogênio é um átomo de tamanho reduzido que consegue se difundirrapidamente pela malha cristalina de estruturas metálicas.

Essa permeação pode prejudicar as propriedades mecânicas de componentes dediversos setores industriais, principalmente quando em contato com as fontes dehidrogênio como o H2S.

O desgaste é designado fragilização por hidrogênio, e o material adquiresusceptibilidade à formação de falhas e de fraturas frágeis

O processamento e a aplicação de materiais metálicos susceptíveis à fragilização emcontato com hidrogênio representam um desafio para os engenheiros, pelos danosque afetam a integridade do componente e geram prejuízos.

As indústrias metalúrgica, química, petroquímica, aeroespacial e outras vinculadasprincipalmente a atividades com aços de alta resistência presenciam falhas por açãodo hidrogênio, dentre elas a perda de ductilidade e tenacidade, a geração de trincasinternas seguida por fraturas frágeis e o empolamento do material por gásaprisionado.

O hidrogênio é capaz de se difundir rapidamente na malha cristalina após absorvidona superfície metálica, como resultado da combinação entre a difusão e reaçõesquímicas. São as condições de operação que determinam a quantidade potencial dehidrogênio a ser integrada ao componente, e devem ser controladas para amenizartais efeitos degradativos. Para mitigação da fragilização por hidrogênio existemmedidas como a adição de elementos químicos, por exemplo Cu, Co, Ni, queenobrecem o metal, e tratamentos térmicos que melhoram as propriedadesmecânicas.

9 – DIAGRAMAS DE ESCOLHA DOS AÇOS

9 – INTRODUÇÃO

Os fabricantes de tubos de aço elaboraram diagramas que em função das pressões de CO2 e H2S combinadas com temperaturas poderiam indicar quais tipos de aços poderiam ser escolhidos e aplicados em determinadas situações.

Estes diagramas devem ser vistos apenas como referência, porque é altamente indicado que seja chamado um técnico da empresa que fabrica o aço para que junto com os engenheiros responsáveis pelo dimensionamento das tubulações do poço possam chegar a uma conclusão.

É importante ressaltar também que no modelo não são considerados os esforços atuantes e isto pode ser muito importante numa análise combinada que leve em conta todos os fatores de desempenho para a escolha correta do aço com o qual serão fabricados os tubos que comporão as colunas de revestimento e produção de poços de petróleo.

9.1 - VALLOUREC

9.2 - SUMITOMO

9.2 – ISO 15156

10 – CONEXÕES API

10.1 FUNDAMENTOS SOBRE CONEXÕES

10.1.1 DEFINIÇÃO

co.ne.xão(cs) sf (lat connexione) 1 Ligação de uma coisa com outra. 2 Mec Seção de tubo ou cano, de várias formas, para ligar as extremidades adjacentes de dois tubos ou canos. Segundo a forma e modo de ligação específicos, é denominada luva, cruzeta,

cotovelo, flange, níple, bucha, união. 3 Mec Ligação entre duas peças, mecanismos, dispositivos etc. 4 Eletr Ligação de dois condutores de um circuito ou de um aparelho elétrico a um circuito. 5 Dependência, relação, nexo.

10.1.1 EXEMPLOS

10.1.1 DEFINIÇÃO DE CONEXÃO ROSQUEADA

Ligação entre dois segmentos tubulares cilíndricos, por meio de uma união pino e caixa rosqueados e compatíveis.

10.1.1 EXEMPLOS CONEXÕES ROSCADAS

10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA

Sulcos contínuos e padronizados em alto ou baixo relevo que seguem uma trajetóriahelicoidal (espiral) no entorno de uma superfície cilíndrica.

Geralmente fabricadas por meio de usinagem em metais, podendo ainda seremfundidas, estampadas ou prensadas em diversos tipos de materiais.

Foram inventadas pelo filósofo e matemático pitagórico Arquitas de Tarento (428 aca 350 ac). Tarento atualmente na Itália, à época pertencia a Grécia. Arquitas éconsiderado o pai da matemática aplicada a mecânica.

10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA – ARQUITAS DE TARENTO

10.1.1 DEFINIÇÃO DE ROSCA - ESPIRAL

10.1.2 PARTES QUE COMPÕE UMA ROSCA

FLANCO DE ENTRADA

FLANCO DE CARGA

CRISTA

FLANCO DE ENTRADA (STABBING FLANK): É a face frontal do fio de rosca. É a parte que terá o primeiro contato do pino com a caixa no início do acoplamento.

FLANCO DE CARGA (LOAD FLANK): É a face traseira do fio de rosca. É a parte que será primeiramente tensionada quando a conexão for exposta a esforços de tração.

CRISTA (CREST): É a parte superior do filete de rosca. Poderá ou não estar em contato com a raiz da caixa.

RAIZ (ROOT): É a parte inferior do filete de rosca. Poderá ou não estar em contato com a crista da rosca.

10.1.3 DIÂMETROS QUE COMPÕE A ROSCA

DIÂMETRO MENOR

DIAMETRO MAIOR

DIAMETRO MÉDIO OU

10.1.3 DIÂMETROS QUE COMPÕE UMA ROSCA

DIÂMETRO MÉDIO OU PITCH: É o diâmetro médio da rosca.

DIÂMETRO MENOR: É o diâmetro medido da raiz da rosca.

DIÂMETRO MAIOR: É o diâmetro medido na crista da rosca.

10.1.3 TIPOS DE ROSCAS QUANTO A INCLINAÇÃO DO EIXO (CONICIDADE):

CILÍNDRICAS ou RETAS: São roscas que não possuem inclinação no eixo paralelo (crista ou raíz) ao eixo de centro do cilindro o qual a rosca fabricada. Exemplo: roscas em fusos de tornos, parafusos com porcas, etc.

10.1.3 TIPOS DE ROSCAS QUANTO A INCLINAÇÃO DO EIXO (CONICIDADE):

CÔNICAS: São roscas que possuem inclinação no eixo paralelo (crista ou raiz) ao eixo de centro do cilindro o qual a rosca fabricada. A medida desta inclinação é chamada de conicidade. Ex.: conexões em tubos de revestimento, de produção, de perfuração, etc.

10.1.4 DIMENSÕES BÁSICAS DE UMA ROSCA:

COMPRIMENTO

PROFUNDIDADE

10.1.4 DIMENSÕES DE UMA ROSCA:

Ângulo do cone

10.2 CONEXÕES API – PINO E CAIXA

10.2 CONEXÕES API

10.2.1 LINE PIPE: Conexão geralmente usada para condução de hidráulica de superfície do poço on shore até algum local de armazenagem. Geralmente trabalha com baixas pressões de linha.

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 ROSCA REDONDA: Conexão usada em tubing NU (10 e 8 fios por polegada); tubing EU (8 fios por polegada) e casing (versões curta e longa de 8 fios por polegada). Na versão tubing é usada em tubos de produção e na versão casing em tubos de revestimento.

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 ROSCA REDONDA

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 ROSCA REDONDA

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 ROSCA REDONDA – TUBING EU

Possui um reforço na parede do pino chamado de upset, o objetivo deste aumento de parede é aumentar a seção crítica do tubo e com isto aumentar também a resistência a tração.

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 ROSCA REDONDA – TUBING NU

Não possui nenhum reforço na conexão.

10.2 CONEXÕES API

10.2.2 LTC (LONG THREAD CASING) E STC (SHORT THREAD CASING).

A diferença básica entre estas conexões está no comprimento da rosca.

10.2 CONEXÕES API

10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING).

Conexão de formato trapezoidal. Sua origem está relacionada com as roscasquadradas que começaram a ser utilizadas depois de 1850 na indústria. É umaevolução de diversos formatos trapezoidais como outros tipos de buttress e a roscaACME. Possui 5 fios por polegada, passo é de 5,08mm e altura do filete é de1,575mm. O ângulo de entrada é de +10° e o de carga é de +3° a conicidade é de1/16 ou de 3°34´34” no diâmetro em tubos até 13 3/8” acima disto a conicidade éalterada para 1”/1FT o que dá em torno de 4°50´22” no diâmetro.

10.2 CONEXÕES API

10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING).DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES

10.2 CONEXÕES API

10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING). CORTE

10.2 CONEXÕES API

10.2.3 BTC (BUTTRESS THREAD CASING). CORTE

CAIXA BTCCALIBRES BTC

10.2 CONEXÕES API

10.2.4 EXTREME LINE

10.2 CONEXÕES API

10.2.4 EXTREME LINE – Perfil de rosca da conexão. Conexão integral com um selo de vedação contra gás (metal-metal). A conexão é reforçada com um recalque de pino e caixa que possibilita um aumento na resistência à tração. Não possui ombro de torque. Hoje está em desuso em função da adoção das conexões premiumproprietárias.

10.2 CONEXÕES API

10.2.4 EXTREME LINE – Acoplamento

10.2 CONEXÕES API

10.2.4 EXTREME LINE – Pino

11 – CONEXÕES PREMIUM

11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES

São conexões projetadas pelos fabricantes de tubos para atender às demandas pordesempenho não cobertas pelas conexões API.

Em geral, cada conexão Premium possui desenho diferente, salvo aquelas que são cópiasdas originais. Este desenho depois de concebido é patenteado.

Em geral possuem selo de vedação metal / metal e ombro de torque e são internamenteflush (lisas no acoplamento). Cada fabricante testa sua conexão e garante padrões dedesempenho diferentes em tração, compressão, vedação, pressão interna e externa.

As conexões Premium podem ser:

a) Tubo e luva – Pino no tubo e caixa acoplada.

b) Integral flush – Pino e caixa usinados no tubo. Não há diferenciação de diâmetrointerno e externo.

c) Integral semi-flush - Pino e caixa usinados no tubo. Há diferenciação de diâmetrointerno e/ou externo.

11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO TUBO E LUVA

Selos acoplados

Ombros acoplados

Filetes de rosca acoplados

Internamente flush

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO INTEGRAL FLUSH

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

11.1 CONEXÕES PREMIUM – DEFINIÇÕES – CONEXÃO INTEGRAL SEMI-FLUSH

Selos acoplados

1º Estágio filetes de rosca acoplados

Selos acoplados

2º Estágio filetes de rosca acoplados

Ombros acoplados

Selos acoplados

Ombros acoplados

11.2 CONEXÕES SEMI-PREMIUM – DEFINIÇÕES

São conexões projetadas a partir das conexões API mas possuem componentes que melhoram o desempenho em compressão, vedação, geometria interna, flexão, etc. Em geral não possuem vedação contra gás ou se possuem, esta característica é bastante limitada.

11.2 CONEXÕES SEMI-PREMIUM

Filetes de rosca modificados

Ombros de torque

12 – MARCAÇÃO DE FÁBRICA

11.1 DEFINIÇÕES

A marcação é o conjunto de informações formado por siglas, expressões e números que fornece todas os dados necessários a determinar a identificação de um tubo e sua respectiva conexão.

Estas informações são importantes porque fornecem dados de rastreabilidade, diferenciação e desempenho do produto.

A forma como esta marcação deve ser feita é normatizada pela API 5CT (ISO 11960), no capítulo 11. Lá estão descritos todos os requisitos de marcação dos tubos manufaturados segundo esta norma.

11.2 EXEMPLOS - JFE

11.2 EXEMPLOS - VALLOUREC

13 – FUNDAMENTOS DE INSPEÇÃO VISUAL

13.1 DEFINIÇÕES

A inspeção visual aplicada a tubos e conexões OCTG é o conjunto de procedimentos de verificação e controle de características superficiais e espaciais que garante a integridade e o desempenho projetado destes materiais.

O objetivo desta inspeção é evidenciar conformidade destes produtos com as normas API 5CT, API 5B e API 5A5.

13.1 DEFINIÇÕES – Segundo a ASM (Sociedade Americana de Metais)

“INSPEÇÃO VISUAL é uma técnica de ensaios não destrutivos que fornece um meio de detectar e analisar uma série de falhas de superfície, tais como corrosão, contaminação, acabamento superficial e descontinuidades superficiais em articulações (por exemplo, soldas, vedações, conexões de solda, e títulos adesivas) . A inspeção visual também é o método mais amplamente utilizado para a detecção e análise de fissuras superficiais.”

13.2 FATORES INFLUENTES NA INSPEÇÃO VISUAL

DISCIPLINA OPERACIONAL

OBJETO

INSPETORES MÉTODO REQUISITOS

LOCAL EQUIPAMENTOS

RESULTADO

13.2.1 MÉTODO

Segundo a API 5A5 (Field Inspection of New Casing, Tubing, and Plain End Drill Pipe), empresas que realizam inspeção de tubos OCTG devem ter os procedimentos escritos que fundamentem a educação e o treinamento para a realização da inspeção.Estes procedimentos escritos devem incluir o seguinte:a. Definir as atribuições e responsabilidades administrativas e operacionais para execução do procedimento escrito.b. Estabelecer requisitos de qualificação de pessoal.c. Exigir a documentação verificando todas as qualificações.d. Estabelecer documentação para registro e rastreabilidade das inspeções (8.7);

13.2.2 INSPETORES

Segundo a API 5A5 (Field Inspection of New Casing, Tubing, and Plain End Drill Pipe) existem os seguintes requisitos para a qualificação de pessoal de inspeção:Os requisitos de qualificação e capacitação de inspeção pessoal será daresponsabilidade da empresa de treinamento. O requisitos para cada qualificaçãoaplicável deve incluir o seguinte, no mínimo:a. Formação e experiência compatível com o inspetor - nível de qualificação.b. Os exames escritos e práticos, com notas aceitáveis para aprovação.c. Um exame de acuidade visual.d. Exame prático de inspeção de acordo com os requisitos de inspeção.e. Conhecimento das seções das normas API aplicáveis e relacionadas da à normade inspeção.

13.2.3 REQUISITOS

Segundo a API 5A5, item 8.3.3, todos os tubos devem receber uma numeração única de forma possibilitar a rastreabilidade durante todo o processo.Também é recomendado que:a. Os inspetores saibam o escopo da inspeção.b. Esteja claro qual norma ou procedimento será aplicável.c. A origem e o destino do material.d. Especificação do material.e. Se há inspeção de terceiros.f. Se há todos os equipamentos necessários a execução.g. Documentação e relatórios aplicáveis.

13.2.4 LOCAL

Segundo a API 5A5, item 10.4, para iluminação natural não é necessária a verificação de quantidade de LUX no local. Entretanto a noite é recomendado que a iluminação seja de 500 LUX e que seja verificada a cada quatro meses.Para inspeção interna é recomendado que haja uma iluminação de 1000 LUX.A banca de inspeção deve possibilitar o giro 360° da tubulação para todo o perímetro do corpo do tubo e da conexão sejam verificados.

13.2.4 LOCAL Espaço para movimentação

13.2.5 EQUIPAMENTOS

Segundo a API 5A5, item 10.3 podem ser utilizados vários equipamentos na inspeção, por exemplo:a. Gabaritos drift;b. Paquímetros;c. Micrometros;d. Escalas;e. Relógios comparadores;f. Trenas;g. Entre outros.

Todos estes equipamentos devem ser inspecionados antes do uso e calibrados conforme procedimento.

13.2.6 OBJETO

Os tubos a serem inspecionados devem:a. Ser identificados no ato do recebimento para o conhecimento de sua origem e

especificação.b. Aspectos como resíduos de produtos químicos ou radioativos devem ser

comunicados pelo cliente a empresa de inspeção.c. Devem ser estocados por especificação, cliente e origem (se aplicável).d. Devem ser numerados com códigos numéricos ou alfanuméricos para

estabelecer a rastreabilidade do produto.e. No ato da inspeção devem estar totalmente limpos (corpo e conexão).

13.2.6 OBJETO – Limpo antes da inspeção

13.2.7 CONCLUSÃO

A inspeção visual deve assegurar no fim do processo a integridade de tubos e conexões de forma que estes possam desempenhar suas funções, ou definir que tipo de reparo ou destinação final o tubo e conexão deverão ter.

FLANCO DE ENTRADA: OK!

OMBRO DE TORQUE: OK!SELO METAL/

METAL: OK!

FLANCO DE CARGA: OK!

CRISTA: OK!

RAÍZ: OK!

14 – FUNDAMENTOS DE MANUSEIO E ESTOCAGEM

14.1 OBJETIVOS

O manuseio e estocagem de tubos e conexões OCTG tem por um dos objetivos preservar a integridade física dos produtos durante a armazenagem e o transporte.

Outra função importante das tarefas de manuseio e estocagem é possibilitar a identificação rápida e eficaz dos produtos dentro da área de estocagem. Isto é fundamental para possibilitar agilidade nas operações de carregamento e descarregamento dos recursos que trabalham com tubos e conexões OCTG.

14.1 OBJETIVOS

14.2 ESTOCAGEM DE TUBOS DE AÇO CARBONO

Os tubos de aço carbono podem ser estocados em área descoberta. Mas devem estar apoiados em dormentes ou estruturas que os separem do solo e separados entre si por segmentos de madeira ou outros materiais não metálicos ou ainda por estruturas metálicas revestidas por polímeros.

Dormente de concreto

Segmentos de separação de camadas.

Os dormentes devem ter entre 40cm e 50cm de altura de forma a preservar os tubos do contato com o solo. A altura máxima das pilhas deve ser de 2m e a distância entre os dormentes de 6m para dormentes duplos e 3m para dormentes triplos.

1- Os suportes devem ser igualmente espaçados para evitar dobramento.2- Os tubos devem estar travados por cunhas ou suportes laterais.3- Se possível deixe uma inclinação de 2% para evitar acúmulo de água.4- Respeite o limite de 3m de altura.

É altamente recomendado o uso de contentores laterais. Eles tem por função suportar o peso dos tubos caso haja algum deslocamento da pilha. Entretanto no momento da estocagem os tubos não devem ficar encostados nestes contentores. A função deles é de contenção!

Contentores laterais.

Cunhas de estocagem.

14.3 ESTOCAGEM DE TUBOS DE AÇO COM ADIÇÃO DE Cr (CROMO ACIMA DE 9%) E LIGAS CRA (CORROSION RESISTANT ALLOYS)

1- Estes materiais devem seguir instruções e estocagem mais rigorosos, cujo principal objetivo é evitar o contato com umidade, cloretos, materiais ferrosos e o impacto entre as peças.

2- Devem ser estocados de preferência em área coberta.

3- Devem ser acondicionados em racks (estruturas de estocagem tubular) não metálicos.

4- Não devem ter contato com aço carbono.

5- Não devem sofrer impactos.

6- Devem ser içados com cintas de nylon ou revestidas com polímeros ao invés de cabos de aço.

7- As carregadeiras ou empilhadeiras devem ter os garfos revestidos para evitar o contato metal/metal.

Racks não metálicos.

Cinta não metálica.

Separação para embarque

Disposição no barco de transporte

14.4 GRAXA DE ESTOCAGEM

A principal função da graxa de estocagem é evitar a corrosão sobre a superfície usinada da conexão.

Existem no mercado diversas opções de graxas de estocagem e as condições e garantia de proteção devem ser discutidos com cada fabricante.

A graxa deve ser espalhada em toda a superfície usinada de modo a evitar a entrada de umidade ou condensação de água sobre a conexão.

14.4 GRAXA DE ESTOCAGEM – Aplicação na caixa

14.4 GRAXA DE ESTOCAGEM – Aplicação no pino

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO

Tem por principal função proteger a integridade das conexões.

Podem ser plásticos, metálicos ou mistos (partes metálicas e plásticas) e a forma de sua rosca deve ser compatível com a conexão que se quer proteger.

Devem cobrir toda a conexão, não deixando frestas para a entrada de impurezas e umidade.

Devem ser bem conectados para evitar o cruzamento de roscas e o “enjambramento” da rosca que depois irá dificultar muito a retirada do protetor.

Cada conexão tem o seu respectivo protetor, não tente adaptações.

Podem ser reaproveitados desde que sua integridade física esteja intacta e possibilite a proteção da conexão.

Podem ser reciclados.

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Plásticos; geralmente usados em tubos de menor diâmetro.

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Metálicos; geralmente usados em tubos de maior diâmetro. Estão em desuso.

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Mistos; geralmente usados em tubos de maior diâmetro. São os mais usados.

Parte plástica

Parte metálica

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Protetores devem estar bem apertados.

1- Os protetores devem permanecer nos tubos o maior tempo possível.2- Inspecione as conexões quando identificar danos expressivos no protetor.3- Utilize o protetor adequado para cada conexão.4- Não deixe espaços entre a conexão e o protetor.

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Não utilize soluções alternativas.

14.5 PROTETORES DE CONEXÃO – Conexões não protegidas podem sofrer processos de corrosão que inutilizam o produto e se utilizados oferecem riscos ao desempenho.

CORROSÃO

15 – FUNDAMENTOS DE APERTO MECÂNICO

15.1 DEFINIÇÃO:

É a operação de união entre dois elementos mecânicos usinados com conexões em forma de roscas, compatíveis entre si, por meio da aplicação de torque tangente à pontos da circunferência que circunscreve o limite exterior da seção tubular em rotação.

TORQUE

O torque é aplicado e vence a inércia gerando um movimento de rotação.

Simultaneamente pino se conecta com a caixa até ponto indicado pelo limite de torque ou comprimento de rosca.

15.1 DEFINIÇÃO:

15.1.1 DEFINIÇÃO DE TORQUE

Define-se como torque de uma força F em relação a um ponto P, denominado polo, o produto entre a intensidade dessa força pela distância “d” do ponto P, considerando sua distância em relação à sua linha de ação. Notamos aqui que a variação do momento angular pode ocorrer como resultado da variação da posição ou da variação da quantidade de movimento. Assim, a medida da intensidade do torque é:

T = ±F . d

Torque é uma grandeza vetorial.

O sinal do torque depende do sentido da rotação. Se positivo, indica que o movimento se dá no sentido anti-horário, e se negativo o movimento se dá no sentido horário.

15.1 DEFINIÇÃO:

15.1.1 DEFINIÇÃO DE TORQUE

As unidades de medida do torque são: N*m (SI) e LB*FT (Inglês).

N= NEWTON m=metro LB=Libra FT=pé

TORQUE IGUAL

15.2 OBJETIVO:

A operação de aperto tem como objetivo possibilitar a construção de colunas de revestimento e produção com a união de diversos tubos até alcançar o comprimento desejado. Esta operação pode ser feita nas fábricas ou no campo.

15.1 OBJETIVO:

15.3 EQUIPAMENTO DE APERTO:

Equipamento de aperto estar calibrado (célula de carga e manômetros ) e ser compatível com o torque que se quer aplicar. Mordentes devem estar em bom estado.

15.2 FATORES DE PROCESSO INFLUENTES NO APERTO: Todos os fatores devem ser verificados se estão em conformidade antes da operação de aperto mecânico.

15.3 VALORES DE TORQUE APLICADOS AO APERTO MECÂNICO:

• Torque máximo – não deve ser ultrapassado.

• Torque final (normalmente levemente superior ao dump torque)

• Torque ótimo / Dump Torque (normalmente o mesmo valor fixado)

• Torque mínimo (deve ser excedido)

• Máximo Shoulder Torque (Em geral 70% do torque ótimo)

• Mínimo Shoulder Torque (Em geral 5% do torque ótimo)

• Torque de referência (Em geral 3 a 5% do torque ótimo)

Todos estes valores de torque devem ser fornecidos pelo fabricante da conexão em caso de conexões premium ou na norma API (mínimo, ótimo e máximo) no caso de conexões API. A conexão buttress é apertada pelo comprimento (veja marcação de triângulo).

15.4 GRÁFICO DE TORQUE TÍPICO DE UMA CONEXÃO PREMIUM:

REFERÊNCIA

MIN. SHOUL.

MAX. SHOUL.

MÍNIMO

ÓTIMO

MÁXIMO

ACOPLAMENTO DAS ROSCAS

ACOPLAMENTO DOS SELOS

ACOPLAMENTO DOS SHOULDERS

15.4 GRÁFICO DE TORQUE TÍPICO DE UMA CONEXÃO API:

REFERÊNCIA

MÍNIMO

ÓTIMO

MÁXIMO

ACOPLAMENTO DAS ROSCAS

15.5 GRÁFICO DE TORQUE: EXEMPLO PRÁTICO

15.6 APERTO REALIZADO

15.7 APERTOS FORA DE ESPECIFICAÇÃO

Cada fabricante de conexões deve fornecer os critérios de aceitação dos gráficos de torque e as medidas corretivas caso estes gráficos não apresentem a forma desejada.

O comportamento das curvas de aperto nas diversas conexões não é objeto deste material.

Para mais informações consulte o fabricante de sua conexão.

16 – FUNDAMENTOS DE UTILIZAÇÃO DE TUBOS OCTG

16.1.1 REVESTIMENTO - CASING

Os tubos são dimensionados de acordo com os estudos de geofísicos e simulações de esforços por softwares especiais. Tudo isto é feito antes da perfuração. Com as informações adquiridas nesta etapa é elaborado um projeto de poço onde são contemplados todos os equipamentos necessários para o revestimento do poço.

16.1.1 REVESTIMENTO – CASING – Exemplo de esquema de poço

30” CASING CONDUTOR

20” CASING SUPERFÍCIE

13 3/8” CASING INTERMEDIÁRIO

9 5/8” CASING PRODUÇÃO

7” LINER PRODUÇÃO

5” TUBING PRODUÇÃO

16.1.1 REVESTIMENTO – CASING – Exemplos de esquema de poço

30” CASING CONDUTOR

20” CASING SUPERFÍCIE

9 5/8” CASING PRODUÇÃO

7” LINER

5” TUBING PRODUÇÃO

16.1.1 REVESTIMENTO – CASING – Exemplo de esquema de poço de acordo com a litologia.

16.1.1 REVESTIMENTO – CASING – Exemplo de estrutura de poço.

16.1.2 FUNÇÕES DA COLUNA DE REVESTIMENTO NO POÇO.

a. Prevenir desmoronamento das paredes do poço.

b. Evitar a contaminação da água potável

c. Permitir retorno do fluido de perfuração à superfície

d. Prover meios de controle de pressões

e. Permitir adoção de sistema de fluido de perfuração diferente

f. Impedir migração de fluidos das formações

g. Sustentar equipamentos de cabeça de poço

h. Sustentar outra coluna de revestimento

i. Isolar a água da formação produtora

j. Alojar equipamentos de elevação artificial

l. Confinar a produção ao interior do poço

16.1.2 FUNÇÕES DA COLUNA DE REVESTIMENTO NO POÇO.

K. Ser estanque

m. Ter resistência compatível com as solicitações

n Ter dimensões compatíveis com as atividades futuras

o. Ser resistente à corrosão e à abrasão

p. Apresentar facilidade de conexão

q Ter menor espessura possível

r. Possuir comprimento dos tubos o mais uniforme possível.

s. Ter as dimensões de ID e OD de acordo com norma.

t. Ter a melhor uniformidade de parede possível.

u. Possuir uma identificação que evite misturas entre os diversos tipos de tubos de revestimentos.

16.1.3 COLUNA DE REVESTIMENTO – SEQUÊNCIA DE DESCIDAApós cada etapa de perfuração é descida uma coluna de revestimento.

Broca de perfuração

16.1.3 COLUNA DE REVESTIMENTO – SEQUÊNCIA DE DESCIDA

30” CASING CONDUTOR – 100m

20” CASING SUPERFÍCIE – 1000m

13 3/8” CASING INTERMEDIÁRIO – 2000m

9 5/8” CASING PRODUÇÃO – 3500m

7” LINER PRODUÇÃO – 1000m

16.1.3 COLUNA DE REVESTIMENTO – SENDO ACOPLADA PARA DESCIDA NO POÇO

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO

Ao terminar a perfuração de um poço, é necessário deixá-lo em condições de

operar, de forma segura e econômica, durante toda a sua vida produtiva ou de

injeção. Ao conjunto de operações destinadas a equipar o poço para produzir óleo

ou gás (ou ainda injetar fluidos

nos reservatórios) denomina-se completação; ou seja, a partir do momento em que

a broca de perfuração penetra na formação produtora e o último revestimento é

descido inicia-se a completação. Qualquer intervenção no poço, após a conclusão

da perfuração faz parte da engenharia de completação.

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO – DIVISÃO DA COMPLETAÇÃO.A instalação dos equipamentos de completação pode ser dividida em quatro partes conforme o diagrama abaixo.

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO – DIVISÃO DA COMPLETAÇÃO.Em cada fase são instalados equipamentos que irão formar a coluna de produção.

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO – DIVISÃO DA COMPLETAÇÃO.Esquema simples de completação de um poço.

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO – TUBOS DA COMPLETAÇÃO.

Os tubos e conexões para compor a coluna de completação são escolhidos por suas

características de resistência físico-químicas.

Então são levados em consideração os seguintes aspectos:

1- Resistência aos esforços simples e combinados de tração, compressão, pressão

interna e externa.

2- Resistência a corrosão interna e externa causada por fluídos do poço ou fluídos

de circulação ou condicionamento.

3- Comprimentos precisos para evitar erros de balanceio.

4- OD e ID de acordo com as normas aplicáveis.

5- Os tubos e conexões precisam ser 100% compatíveis com os outros

equipamentos que compõe a coluna de produção.

16.2.1 COLUNA DE PRODUÇÃO – COMPLETAÇÃO DE UM POÇO – TUBOS DA COMPLETAÇÃO.

30” CASING CONDUTOR – 100m

20” CASING SUPERFÍCIE – 1000m

13 3/8” CASING INTERMEDIÁRIO – 2000m

9 5/8” CASING PRODUÇÃO – 3500m

7” LINER PRODUÇÃO – 1000m

5 1/2” TUBING PRODUÇÃO – 4500m

BIBLIOGRAFIA

1 – TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS – PEDRO C. SILVA TELLES

2 – FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO – JOSÉ EDUARDO THOMAS

3 – PROJETOS DE POÇOS DE PETROLEO – LUIZ ALBERTO SANTOS ROCHA

4 – CORROSÃO – FUNDAMENTOS, MONITORAÇÃO E CONTROLE – HERMANO CEZAR MEDABER

5 – ELEMENTOS FINITOS – HUMBERTO LIMA SORIANO

6 – ESTÁTICA DAS ESTRUTURAS – HUMBERTO LIMA SORIANO

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