ES2215736T3 - Junta tubular roscada estanca a la presion exterior. - Google Patents

Abstract

Junta tubular roscada del tipo que incluye un elemento macho (1) dispuesto en el extremo de un primer tubo (3) y un elemento hembra (2) dispuesto en el extremo de un segundo tubo (4) así como un medio de estanqueidad central (9), formado por una superficie de apoyo macho (10) y una superficie de apoyo hembra (11) aptas 5 para quedar apoyadas la una en la otra en la posición conectada de la junta, comprendiendo el elemento macho (1) una rosca macho cónica exterior (7) y comprendiendo el elemento hembra una rosca hembra cónica interior (8) que corresponde a la rosca macho (7), hallándose además previsto un medio de detención (12, 13, 21) para detener el enroscado del elemento macho (1) en el elemento hembra (2) en o posición determinada en la posición conectada de la junta, caracterizada porque la rosca macho (7) incluye una zona roscada macho situada en un solo cono y la rosca hembra incluye también una zona roscada hembra, y porque las superficies de apoyo macho y hembra del medio de estanqueidad central están dispuestas en una zona globalmente central de la zona roscada macho para la superficie de apoyo macho (10) y de la zona roscada hembra para la superficie de apoyo hembra (11) en la cual las roscas respectivas macho y hembra están interrumpidas.

Description

Junta tubular roscada estanca a la presión exterior.

La presente invención se refiere a una junta roscada para tubos, más especialmente para tubos de acero, que está destinada en particular a la industria del petróleo y del gas, y a los conjuntos o conexiones de tubos realizadas a partir de esta junta, particularmente interesante debido a su estanqueidad a presiones exteriores elevadas.

Se conocen juntas para tubos utilizados en la industria del petróleo y del gas en las cuales la unión está constituida por un elemento macho roscado exteriormente que se enrosca en un elemento hembra roscado interiormente, correspondiéndose las dos roscas macho y hembra. Estas juntas se utilizan en particular para la realización de columnas de tubos de extracción o de revestimiento para los pozos de petróleo y de gas.

Según las condiciones más o menos severas de explotación de los pozos de petróleo y de gas, se completa, de manera conocida, la estructura de base de las juntas, descrita anteriormente, equipando a éstas de dispositivos de estanqueidad de tipos diversos tales como aros o anillos de materia sintética o superficies metálicas apoyadas la una en la otra.

Se puede citar a título de ejemplo la patente EP 0 488 912 que es una junta de rosca cónica provista, en la zona situada después de la rosca macho próxima al extremo libre del elemento macho, de una superficie cónica macho y, en la zona correspondiente del elemento hembra, de una superficie cónica hembra correspondiente, formando este par de superficies macho y hembra, apoyadas la una en la otra cuando la junta está en la posición enroscada, una superficie de sello interna respecto al fluido que circula por el interior de los tubos. La junta descrita en la patente EP 0 488 912 está también provista de un tope que permite posicionar, durante el enroscado, los dos elementos roscados macho y hembra de manera precisa el uno con respecto al otro.

En ciertas aplicaciones, es necesario que las juntas resistan y permanezcan estancas tanto respecto a la presión interior del fluido que circula por el tubo como respecto a la presión exterior que existe alrededor del tubo. Esta estanqueidad es crítica para la fiabilidad de la junta cuando la presión exterior es elevada (por ejemplo superior a 600 bars), tanto si el fluido en cuestión es un líquido como si es un gas o una mezcla de ambos. En este caso, la superficie de sello interna tal como la descrita en la patente EP 0 488 912 no permite, más allá de una presión dada, resistir la penetración del fluido que progresa desde el exterior hacia el interior a lo largo de la rosca y llega a deformar o incluso a desencajar el labio macho en el que está situada dicha superficie de sello interna y a infiltrarse así por el interior del tubo.

Para resolver este problema, se ha pensado en equipar el tipo de junta según el documento EP 0 488 912 con una superficie de sello situada cerca del extremo libre del elemento hembra.

La patente FR 77 12851 describe así una junta provista de una superficie de sello interna cerca del extremo libre del elemento macho y una superficie de sello externa cerca del extremo libre del elemento hembra. Debería ser estanca a la presión interior y a la presión exterior. Pero según el documento FR 77 12851, cada una de estas dos superficies está asociada a un tope, lo que hace mucho más delicados el funcionamiento y la fabricación de la junta. En efecto, pueden producirse deformaciones anormales cuando las tolerancias dimensionales no se respetan perfectamente o cuando los pares de apriete son demasiado elevados, las cuales deformaciones pueden modificar fundamentalmente el funcionamiento de las dos superficies y hacerles perder su estanqueidad tanto respecto al fluido interno al tubo como al fluido externo al tubo.

La realización de una junta de este tipo es cara debido, por una parte, a las tolerancias de mecanizado necesarias para su buen funcionamiento y, por otra parte, a la cantidad de materia necesaria para realizar a la vez una superficie de sello interna y una superficie de sello externa que imponen la utilización de tubos más gruesos.

Se conocen también en la técnica anterior juntas cuyos elemento macho y elemento hembra incluyen una rosca cónica o cilíndrica constituida por dos zonas roscadas independientes (estas zonas roscadas pueden también denominarse escalones) desplazadas radial y axialmente y que están provistas de superficies de sello.

Tal es el caso de la patente EP 0 767 335 que describe una junta que incluye una rosca cónica con dos zonas roscadas independientes desplazadas radial y axialmente de tal manera que estas zonas roscadas estén situadas en dos conos diferentes desplazados axialmente el uno con respecto al otro, con una superficie de sello interna cerca del extremo libre del elemento macho y una superficie de sello externa cerca del extremo libre del elemento hembra. Sin embargo, debido a la situación de la superficie de sello externa cerca del extremo libre del elemento hembra, aquella no puede resistir presiones muy elevadas puesto que su rigidez no está soportada por suficiente materia en el extremo del tubo.

Se conoce también la patente EP 0 149 612 que describe una junta que incluye una rosca con dos zonas roscadas independientes desplazadas radial y axialmente, de tal manera que estas zonas roscadas estén situadas en dos conos diferentes desplazados axialmente el uno con respecto al otro, entre las cuales hay prevista una superficie de sello constituida por superficies macho y hembra en contacto de apoyo durante el enroscado, incluyendo igualmente esta junta una superficie de sello interna cerca del extremo libre del elemento macho así como un tope oblicuo en el extremo libre de dicho elemento macho.

Teniendo en cuenta su estructura con dos zonas roscadas independientes desplazadas radial y axialmente, la junta según el documento EP 0 149 612 necesita paredes de tubos relativamente gruesas y, teniendo en cuenta el coste y las dimensiones correspondientes, es difícil contemplar su realización bajo forma con copie o manguito.

En la presente invención se ha tratado de realizar una junta tubular roscada que, siendo estanca a la presión exterior, no presente los inconvenientes de las juntas anteriores.

Así, se ha tratado de realizar una junta que sea estanca a presiones exteriores elevadas, permaneciendo sin embargo estanca a la presión interior, y que sea simple, robusta y económica, tanto por la cantidad de materia y los grosores de tubos que necesita como por su gama de mecanizado.

Por "robusta", se entiende una junta que sea apta para resistir presiones elevadas, por ejemplo del orden de 600 bars a 1500 bars, y que sea fácil de montar en obra.

Se ha tratado igualmente de realizar una junta tubular roscada que difiera el mínimo posible de las juntas que existen ya en el mercado, cuya rosca esté constituida por una sola zona roscada, en oposición a las juntas roscadas cuya rosca incluye dos zonas roscadas independientes desplazadas axial y radialmente, de tal manera que sus zonas roscadas estén situadas en dos conos diferentes desplazados axialmente el uno con respecto al otro y que pueda realizarse a partir de tales juntas con una sola zona roscada sin modificar su estructura de conjunto.

Se ha tratado también de realizar una junta que disponga de un medio único de estanqueidad que pueda ser utilizado tanto respecto a la presión interior como a la presión exterior.

La junta según la invención está destinada a ser utilizada para la realización de canalizaciones o de columnas de tubos.

Su campo de utilización no está limitado a la industria del petróleo o del gas, sino que se extiende a cualquier aplicación en la cual se planteen o puedan plantearse los mismos tipos de problemas.

Se puede citar a título de ejemplo no limitativo la extracción de agua líquida o de vapor por geotermia.

En este contexto, las juntas se realizarán en cualesquiera materiales metálicos del tipo, por ejemplo, del acero o de una aleación ferrosa o no ferrosa que posea en particular las características mecánicas deseadas y la resistencia a la corrosión necesaria para la aplicación prevista.

La junta tubular roscada según la invención se encuentra descrita en la reivindicación 1.

Por "zonas globalmente centrales de la zona roscada macho y de la zona roscada hembra en las cuales las roscas macho y hembra están interrumpidas" se entiende una zona que se halla sensiblemente en el centro, según el eje de la junta, de la zona roscada macho y hembra, o en una parte que dista del punto medio según el eje de junta de la zona roscada macho y hembra de una longitud como máximo igual por cada lado a ¼ de la longitud, según el eje de la junta de la zona roscada.

Ventajosamente, se considerará que la zona roscada macho y la zona roscada hembra incorporan a la vez los hilos perfectos y los hilos de extremos imperfectos, desvanecientes o incompletos.

Este medio de estanqueidad se denominará en lo que sigue, por simple comodidad, "medio de estanqueidad central" o "medio central de estanqueidad" entendiéndose que esta expresión no debe interpretarse en su sentido estricto teniendo en cuenta las informaciones dadas anteriormente sobre la definición de las zonas globalmente centrales.

El medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho en el elemento hembra en posición determinada puede estar constituido o bien por medios ligados directamente con las roscas o bien por medios independientes de las roscas.

Siendo cónicas las roscas y, por lo tanto, ajustándose naturalmente por interferencia, el medio de detención ligado directamente con las roscas puede estar constituido, de forma conocida en sí, por un enroscado efectuado con un par predeterminado, o por dos referencias, una situada en el elemento macho y una en el elemento hembra, que se hacen coincidir al final del enroscado.

Si se trata de medios independientes de las roscas, el medio de detención puede ser un tope que se oponga, en la posición deseada, a que prosiga el enroscado relativo del elemento macho en el elemento hembra.

Según las condiciones de utilización previstas para la junta de la invención, la junta puede incluir un solo medio de estanqueidad descrito anteriormente, el medio de estanqueidad central, o puede incluir, además de este medio de estanqueidad central, un segundo medio de estanqueidad.

Este segundo medio de estanqueidad será ventajosamente un medio conocido en sí tal como, por ejemplo, un contacto de apoyo metal-metal determinado por dos superficies de apoyo dispuestas respectivamente la una cerca del extremo libre del elemento macho y la otra en la parte correspondiente del elemento hembra.

Las superficies de apoyo del medio de estanqueidad central pueden ser de cualquier tipo o forma siempre que sean aptas para pasar a apoyarse la una en la otra durante la conexión de la junta.

Por ejemplo, se pueden utilizar dos superficies cilíndricas, siendo la superficie de apoyo macho de un diámetro ligeramente superior al diámetro de la superficie de apoyo hembra a fin de determinar, en la conexión, un ajuste por interferencia de las dos superficies que cree la estanqueidad.

Se puede también utilizar por lo menos una superficie cilíndrica, siendo la otra superficie por ejemplo tórica o de cualquier naturaleza apta para crear un contacto de ajuste por interferencia con la primera.

La superficie de apoyo macho y la superficie de apoyo hembra no tienen necesariamente el mismo tipo de geometría.

De forma ventajosa, por lo menos una de las superficies de apoyo del medio de estanqueidad central, la superficie macho o la superficie hembra, estará constituida por una superficie cónica cuya conicidad va en el mismo sentido que la conicidad de la rosca pero, ventajosamente, cuyo ángulo con respecto al eje común del elemento macho y del elemento hembra es superior al ángulo del cono de la rosca con respecto a este eje.

A título de ejemplo no limitativo, la longitud del contacto entre sí de las superficies de apoyo macho y hembra del medio central de estanqueidad podrá estar comprendida entre 1 y 10 mm.

Las roscas de los elementos machos y hembras pueden ser de cualquier tipo, tal como por ejemplo roscas API (American Petroleum Institute) triangulares o trapezoidales, siendo estas últimas designadas por la API bajo el nombre de "buttress", denominación mundialmente conocida, y cuya utilización es general en la profesión para designar este tipo de roscas.

En el caso de roscas buttress, pueden ser con flancos de carga negativos, especialmente cuando están asociadas a un tope, para permitir un mejor enganche de las roscas entre sí.

La presente invención se refiere también a una conexión roscada de dos tubos que emplea la junta según la invención, cuya estructura acaba de describirse.

Pueden realizarse diversas variantes.

Según una primera variante, la conexión es del tipo denominado integral, llevando cada tubo a conectar, alternativamente en cada uno de sus extremos, un elemento macho y un elemento hembra según la junta de la invención, tales como se han descrito anteriormente.

Así, la conexión integral de dos tubos se realiza enroscando el elemento macho del extremo de un primer tubo en el elemento hembra del extremo del segundo tubo.

Según la configuración y el grosor de los tubos, podrá ser ventajoso realizar el elemento hembra en un extremo de tubo cuyo diámetro exterior se haya previamente expansionado, estando realizado el elemento macho en un tubo cuyo extremo podrá, si es necesario, haberse regruesado por ejemplo por conformación en caliente.

Según una segunda variante, la conexión de dos tubos es del tipo con manguito, es decir realizado utilizando un manguito que reúne a los dos tubos, y emplea dos juntas según la invención, cuya estructura se ha descrito anteriormente.

En este caso, un elemento macho, tal como se ha descrito anteriormente, se realiza en cada extremo de tubo y un elemento hembra, tal como se ha descrito anteriormente, se realiza en cada extremo de un manguito, pasando a enroscarse los dos elementos machos de los dos extremos de los dos tubos a conectar en los dos elementos hembras del manguito.

En este caso, los extremos libres de los dos tubos a conectar pueden pasar, en un primer modo de realización, al final del enroscado, a apoyarse el uno en el otro en el interior del manguito, constituyendo así un tope que permite detener el enroscado en posición determinada.

En un segundo modo de realización de la conexión con manguito, el extremo libre de cada tubo pasa a apoyarse en un talón previsto en la parte central del manguito.

Las figuras y los ejemplos que siguen describen a título de ejemplos no limitativos las juntas y las conexiones según la invención.

La figura 1 representa una vista en semisección axial del elemento macho y del elemento hembra de una junta roscada según la invención en una posición no conectada.

La figura 2 representa la junta según la invención de la figura 1 en la posición conectada.

La figura 3 representa en semisección axial una junta según la invención en la posición conectada, siendo esta junta una variante de la junta de la figura 2.

La figura 4 representa en semisección axial una junta según la invención en la posición conectada, siendo esta junta una variante de la junta de la figura 2.

La figura 5 es una representación ampliada de la parte I de la figura 2 en la cual se ha representado un primer modo de realización del medio de estanqueidad central de la junta según la invención.

La figura 6 es una variante de la figura 5 y representa un segundo modo de realización del medio de estanqueidad central de la junta según la invención.

La figura 7 es otra variante de la figura 5 y representa otro modo de realización del medio de estanqueidad central de la junta según la invención.

La figura 8 representa, en sección según el eje y en posición conectada, una conexión roscada del tipo con manguito según la invención, que emplea dos juntas roscadas igualmente según la invención, incluyendo el manguito un talón central.

La figura 9 representa, en sección según el eje y en posición conectada, otra conexión roscada del tipo con manguito según la invención, que emplea dos juntas roscadas igualmente según la invención, no incluyendo el manguito un talón central.

La figura 10 representa, en sección según el eje y en posición conectada, aún otra conexión roscada del tipo con manguito según la invención, que emplea dos juntas roscadas igualmente según la invención, no incluyendo el manguito un talón central.

A fin de representar mejor la invención, las figuras que siguen son voluntariamente esquemáticas, no respetándose necesariamente las dimensiones, los ángulos ni las relaciones de las dimensiones entre aquéllas, hallándose así ciertas dimensiones fuertemente exageradas.

En las figuras 1 y 2 se representan, en semisección axial por un plano que pasa por su eje X1-X1 común, el elemento macho 1 y el elemento hembra 2 dispuestos respectivamente en el extremo de un primer tubo de acero 3 y de un segundo tubo de acero 4 de una junta roscada 5 según la invención.

Estos elementos macho y hembra 1, 2 se representan conectados en la figura 2, estando la junta 5 en su posición enroscada. Se representan antes del enroscado en la figura 1.

En la figura 1, para una mejor representación de la junta antes de la conexión, el elemento hembra 2 se representa desplazado radialmente con respecto a su eje X1-X1.

El extremo en 6 del tubo 4 en el que está realizado el elemento hembra 2 tiene un diámetro exterior superior al diámetro del tubo 4 en la parte corriente, habiéndose obtenido este diámetro en 6 por expansión del extremo del tubo.

El elemento macho 1 comprende una rosca macho 7 exterior constituida por una zona roscada macho Fm. La rosca 7 es cónica y está representada esquemáticamente como es usual por las dos generatrices de las roscas tangentes respectivamente a las puntas de los hilos y a los fondos de los hilos.

Esta rosca 7 está realizada en un solo cono y la geometría del hilo es, de forma en sí conocida, del tipo adaptado a la aplicación deseada para la junta y sus condiciones de servicio.

Por oposición a las juntas roscadas cuya rosca incluye en cada elemento macho y hembra dos zonas roscadas (o dos escalones roscados) independientes desplazadas axial y radialmente, tal como por ejemplo la junta objeto de la patente EP 0 767 335, se calificará la junta de la presente invención como junta que tiene una rosca constituida por una sola zona roscada.

Así, la zona roscada macho Fm se considera como una sola zona roscada macho cuya longitud Lm cubre la longitud axial de la rosca de un extremo al otro, comprendiendo esta longitud los hilos imperfectos, desvanecientes o incompletos de los extremos.

En el elemento hembra 2 se halla una rosca hembra 8 interior, cónica, correspondiente a la rosca macho 7 y constituida por una sola zona roscada hembra Ff, representada de forma análoga a la rosca 7.

Incluye una sola zona roscada hembra cuya longitud Lf cubre la longitud axial de la rosca desde un extremo al otro, comprendiendo esta longitud hilos imperfectos, desvanecientes o incompletos de los extremos.

El medio de estanqueidad central está interpuesto entre el elemento macho 1 y el elemento hembra 2 en correspondencia con las roscas 7, 8.

Este medio 9 está constituido por una superficie de apoyo macho 10 y una superficie de apoyo hembra 11 dispuestas respectivamente en una zona globalmente central de la zona roscada macho Fm y de la zona roscada hembra Ff en la cual las roscas respectivamente macho y hembra están interrumpidas, siendo aptas estas dos superficies de apoyo 10 y 11 para estar en contacto de apoyo bajo presión la una en la otra en la posición conectada de la junta tal como se representa en 9 de la figura 2.

De este modo, el contacto bajo presión metal-metal entre las superficies 10 y 11 crea una estanqueidad bajo forma de una superficie anular continua que se opone a toda penetración de fluido desde el exterior de los tubos 3, 4 hacia el interior o inversamente.

Por "zona globalmente central" de la zona roscada macho Fm y de la zona roscada hembra Ff', se entiende una zona situada a la mitad de las longitudes Lm y Lf o una zona que dista del punto medio de las longitudes Lm y Lf una cantidad igual, a una y a otra parte de este punto medio, a ¼ de las longitudes roscadas Lm, Lf, eligiéndose la posición en particular en función de las presiones exteriores de los fluidos a las que es necesario oponerse y del grosor de los tubos.

A fin de hacer coincidir perfectamente las superficies 10 y 11 al final del enroscado, la junta según la invención incluye un medio de detención que permite detener el enroscado en una posición axial relativa determinada del elemento macho 1 con respecto al elemento hembra 2. En el caso de las figuras 1 y 2, este medio de detención está constituido de forma en sí conocida por dos referencias 12, 13 respectivamente marcadas voluntariamente con un trazo más grueso en el elemento macho en 12 y en el elemento hembra en 13. Es suficiente detener el enroscado de los elementos 1, 2 cuando estas referencias 12, 13 quedan en coincidencia, como se representa en la figura 2.

Estas referencias 12, 13 están posicionadas de manera que se desarrolla cierto ajuste por interferencia entre la rosca macho 7 y la rosca hembra 8 como consecuencia de la forma cónica de las roscas, lo que permite crear una interferencia de rosca entre la rosca macho 7 y la rosca hembra 8.

Por "interferencia", se entiende la diferencia positiva que existe antes del enroscado al nivel de las zonas Lm y Lf entre el radio con respecto al eje de la junta de un punto de la zona roscada macho 7 y el del punto que le corresponderá después del enroscado de la zona roscada hembra.

Ventajosamente se hará que la interferencia medida con respecto al eje de la junta entre las superficies de apoyo 10, 11 sea por lo menos igual y preferentemente superior a la interferencia que existe entre los hilos 7, 8, reduciendo esto el camino de apriete de los apoyos hasta la posición conectada.

A una y a otra parte del medio de estanqueidad central 9, las roscas, tanto de la zona roscada macho Fm como de la zona roscada Ff, se han interrumpido de modo tal que la junta pueda montarse y desmontarse sin dificultad como se verá por ejemplo en las figuras 5, 6 y 7.

La estanqueidad obtenida con el medio de estanqueidad central 9 descrito anteriormente es particularmente eficaz contra las presiones exteriores elevadas debido a que las superficies de apoyos macho y hembra 10, 11 en posición globalmente central están sostenidas por un grosor de metal suficientemente importante con respecto al grosor del tubo tanto para el elemento macho 1 como para el elemento hembra 2.

De forma ventajosa, por lo menos para ciertas condiciones de servicio, se vigilará que, en el elemento macho 1, el grosor de materia al nivel de la superficie de apoyo macho sea por lo menos igual al 50% del grosor del tubo 3.

Tales condiciones son imposibles de satisfacer cuando la superficie de sello de la junta está situada más allá de la rosca en el extremo del elemento macho como es por ejemplo el caso en la patente EP 0 488 912.

Aumentar el grosor al nivel de esta superficie para el elemento macho plantea problemas puesto que se estará obligado a dar a la junta, para realizarlo, una conicidad demasiado pequeña que implicaría dificultades con respecto a la introducción del elemento macho en el elemento hembra y necesitaría un dimensionamiento de diámetro y de longitud demasiado importante y por lo tanto demasiado caro para el elemento hembra.

La junta según la invención puede realizarse a partir de una rosca cónica clásica con una sola zona roscada.

De este modo, necesita grosores de tubos muy inferiores a lo que necesitan las juntas de la técnica anterior cuya rosca incluye dos zonas roscadas o escalones independientes desplazados axial y radialmente. Las juntas de la invención son por ello mucho más compactas, menos caras en cuanto a materia y más simples de mecanizar.

Por lo demás se observará que, debido a la posición globalmente centrada del medio de estanqueidad central 9, la zona roscada macho 7 puede extenderse hasta el extremo 14 del elemento macho con hilos perfectos, punto en donde se calcula la eficacia del elemento hembra 2.

De este modo, se pueden reducir las dimensiones de la junta al nivel del elemento hembra, es decir reducir el diámetro exterior de este elemento hembra 2 con respecto a una junta clásica provista de superficies de sello en el extremo del elemento macho.

Igualmente, la rosca hembra 8 puede prolongarse, hacia el extremo libre del elemento hembra, hasta que se alcance el diámetro exterior corriente del tubo 3. De este modo, la eficacia de la junta es del 100% del tubo 3. Esto no es posible con una junta provista de superficies de sello en el extremo libre del elemento hembra.

La figura 3 representa una variante de la junta de las figuras 1 y 2.

Esta junta 15 se representa en la posición conectada en semisección axial, representándose sólo la parte superior al eje X2-X2.

Como la junta 5 de las figuras 1 y 2, incluye un elemento macho 16 y un elemento hembra 17 que están provistos cada uno de una sola zona roscada cónica respectivamente macho 18 y hembra 19.

Un medio de estanqueidad central 20 está dispuesto en la zona globalmente central de las roscas macho 18 y hembra 19, aquí sensiblemente en el centro de la longitud L'f de la zona roscada hembra 19.

El medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho 16 en el elemento hembra 17 en posición determinada está constituido aquí por un tope 21 formado por un resalte interior 22 del elemento hembra, resalte transversal al eje X2-X2 en el que se apoya el extremo 23 del elemento macho 16, extremo al que se le ha dado la forma deseada para que se apoye en el resalte 22.

De este modo, el enroscado durante la conexión de la junta 15 es detenido por el tope 21 cuando se alcanza el par de apriete deseado.

Desde luego, se hará que, tanto al nivel de las roscas 18, 19 como al nivel del medio de estanqueidad central 20, la unión sea por ajuste por interferencia como consecuencia de las interferencias existentes.

Si es necesario se podrá, en este caso, elegir roscas machos y hembras 18, 19 del tipo denominado
"buttress" (según el American Petroleum Institute) con flancos negativos para tener un mejor enganche de la rosca macho 18 en la rosca hembra 19 y hacer apoyar así los flancos de las roscas que están por el lado opuesto al tope 21.

La figura 4 representa en semisección axial por encima del eje X3-X3 otra variante de la junta de las figuras 1 y 2.

Esta junta 24, representada en la posición conectada, incluye un elemento macho 25 y un elemento hembra 26 provistos cada uno de una sola zona roscada cónica respectivamente macho 27 y hembra 28.

Un medio de estanqueidad central 29 está situado aquí sensiblemente en el centro de la longitud L''f de la zona roscada hembra 28. Este medio está constituido como el medio de la figura 1 por una superficie de estanqueidad macho y por una superficie de estanqueidad hembra apoyadas la una en la otra en la posición conectada.

El medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho 25 en el elemento hembra 26 en una posición determinada está constituido aquí, de manera similar al ejemplo de la figura 3, por un tope 30, sirviendo el resalte cónico convexo 31 del elemento hembra como apoyo al extremo 32 cónico cóncavo correspondiente del elemento macho 25.

Aquí, el tope 30 es cónico entrante, siendo tal tope conocido en sí, mientras que, en el caso de la figura 3, el tope 21 era perpendicular al eje X2-X2.

Además, la junta 24 incluye un segundo medio de estanqueidad 33 situado entre el extremo interior 34 de las zonas roscadas macho 27 y hembra 28 y el tope 30, medio que está constituido por una superficie cónica convexa macho 35 que pasa, en la posición conectada, a apoyarse estancamente contra una superficie cónica hembra 36 correspondiente.

Aunque el medio de estanqueidad central 29 pueda servir para determinar una estanqueidad tanto respecto al fluido interior del tubo como respecto al fluido exterior del tubo, puede ser interesante, en ciertos casos particularmente severos, reservar el medio de estanqueidad central 29 a la estanqueidad respecto al fluido exterior y disponer, como es el caso de la figura 4, un segundo medio de estanqueidad 33, aquí en forma de superficies de sello aunque esta representación no sea limitativa, lo que determina o garantiza la estanqueidad respecto al fluido interior.

A título de variante, este medio de estanqueidad podría estar constituido por ejemplo por un anillo de estanqueidad, dispositivo de estanqueidad en sí conocido.

En el caso de que la junta presente un segundo medio de estanqueidad como el 33, es posible desplazar el medio central de estanqueidad 29 hacia el extremo del elemento hembra.

Ventajosamente, se vigilará que se disponga dicho medio central de estanqueidad de modo que quede en los límites del segmento AB de la rosca hembra de longitud L''f, representando a el punto medio de L''f y B el punto situado en el medio de la semilongitud de L''f por el lado del extremo libre del elemento hembra 26.

En el caso de que la junta sólo incluya el medio central de estanqueidad como se representa por ejemplo en la figura 3, si se desea hacer jugar a este medio una función ala vez para la estanqueidad externa y para la estanqueidad interna, se podrá ventajosamente desplazar el medio central de estanqueidad 20 desde la posición central a la mitad de la longitud C de la rosca hembra de longitud L'f disponiéndolo en los límites del segmento CD que representa ¼ de la longitud de L'f, siendo el desplazamiento, esta vez, hacia el extremo libre del elemento macho 16.

En todos los casos, se tratará de disponer, al nivel del medio central de estanqueidad (20, 29) en el plano de sección que pasa por este medio central de estanqueidad y perpendicular al eje cuya traza es P1-P1 (fig. 3) o P2-P2 (fig. 4), una cantidad de materia suficiente por el lado del elemento macho (h1m, h2m) y hembra (h1f, h2f) para soportar los apoyos.

A título de ejemplo no limitativo, h1m, h2m y h1f y h2f, si bien permanecen próximas al 50% del grosor del tubo 3, 4, podrán variar en límites del orden de 30% a 80 de dicho grosor.

Los valores de h1m o h2m pueden también ser un poco superiores a los 80% del grosor del cuerpo del tubo cuando el diámetro de la superficie periférica interior del elemento macho se ha hecho más pequeño que el del cuerpo del tubo, por ejemplo haciendo cónicas les paredes en el extremo macho.

Las figuras siguientes 5, 6 y 7 representan de forma ampliada la zona I de la figura 2 en diversas variantes de realización.

En la figura 5 se halla de nuevo la rosca cónica macho 7 y la rosca cónica hembra 8 conectadas, representadas por sus dientes respectivos.

La rosca representada a título de ejemplo no limitativo es del tipo API trapezoidal de tipo denominado "buttress" conocido en sí, con los flancos de carga macho 34 y hembra 35 apoyados uno en el otro y los flancos de enchufe macho 36 y hembra 37.

Las puntas 38 de los dientes de la rosca hembra 8 se apoyan ajustando por interferencia contra los huecos 39 de los dientes de la rosca macho 7 por interferencia de las roscas entre sí, y sucede lo mismo, de manera correspondiente, con las puntas de los dientes de la rosca macho que se apoyan contra los huecos de los dientes de la rosca hembra.

Desde luego, se pueden imaginar relaciones diferentes entre la rosca hembra y la rosca macho pero éstas siguen siendo siempre interferentes y en posición de ajuste por interferencia durante el enroscado.

Por ejemplo las puntas 38 de los dientes de la rosca hembra 8 pueden apoyarse ajustando por interferencia contra los huecos 39 de los dientes de la rosca macho 7 por interferencia de las roscas entre sí, mientras las puntas de los dientes de la rosca macho no se apoyan contra los huecos de los dientes de la rosca hembra.

G1 y G2 representan las generatrices de los conos que definen las dimensiones máximas de las roscas macho 7 y hembra 8. Voluntariamente, la pendiente de las generatrices se ha exagerado para facilitar la representación.

Se observa que la rosca, tanto la macho 7 como la hembra 8, se ha interrumpido en una longitud determinada para dejar espacio al medio de estanqueidad central 9. Esta longitud puede variar en una cantidad del orden de 3 a 5 pasos de la rosca.

Las superficies de apoyo macho 10 y hembra 11 que forman el medio de estanqueidad 9 son superficies troncocónicas paralelas de generatriz G3 cuya pendiente es ventajosamente superior a la pendiente de las roscas.

Preferentemente, se limitará el ángulo \alpha entre la pendiente de las generatrices G1, G2 y la pendiente de la generatriz G3 de las superficies de apoyo a 20°.

En la posición montada de la junta, las superficies 10, 11 se apoyan la una contra la otra con una presión de contacto que determina la estanqueidad.

Esta presión de contacto es tanto mayor cuanto mayor es el valor de interferencia al nivel de las superficies 10, 11, engendrando esta interferencia una deformación elástica fuente de dicha presión.

Voluntariamente, en la figura 5, se han representado las superficies 10, 11 por su geometría antes del enroscado de manera que se represente la interferencia real entre estas dos superficies, o sea dl, que se mide perpendicularmente al eje de la junta X1-X1. Cuanto mayor sea el valor de la interferencia, mayores serán las presiones de contacto de las superficies entre sí.

Cuando las superficies se hallan en contacto con una presión de contacto la una contra la otra, en el estado enroscado, la línea de contacto se realiza según la generatriz G3.

Las superficies de apoyo 10, 11 están rodeadas por rebajos 40, 41 necesarios corriente arriba y corriente abajo, para permitir, por una parte, la introducción y el enroscado sin problemas del elemento macho en el elemento hembra y, por otra parte, la necesaria salida de las herramientas de mecanizado.

Las figuras 6 y 7 representan variantes de realización del medio de estanqueidad central 42, 43.

En la figura 6, la superficie de apoyo macho 44 está constituida por una superficie troncocónica cuya generatriz G4 es paralela a las generatrices G1 y G2 de las roscas 7, 8. La superficie de apoyo hembra 45 está constituida por una superficie tórica.

En la figura 7, es la superficie de apoyo macho 46 la que es tórica y la superficie de apoyo hembra la que es troncocónica con una generatriz G5 paralela a las generatrices G1 y G2.

Las interferencias de las superficies de apoyos se representan en las figuras 6 y 7 en el punto en que son máximas, o sea respectivamente d2, d3.

Las superficies de apoyos representadas en las figuras 6 y 7 tienen la ventaja de ser superficies con un camino de apriete menos largo que las superficies 10 y 11 de la figura 5. Sin embargo, las presiones de contacto que desarrollan las superficies 44/45 ó 46/47 tienen un reparto diferente respecto al de las superficies 10, 11.

Las superficies de apoyo macho y de apoyo hembra cubiertas por la invención pueden ser de cualquier forma, siempre que sean aptas para quedar en apoyo la una en la otra, en la posición conectada de la junta.

Ventajosamente, las dimensiones máximas de estas superficies de apoyo estarán definidas por el espacio existente entre las generatrices G1 y G2 que definen los límites de las dimensiones de la rosca.

En la práctica, para reforzar el efecto del medio de estanqueidad central tal como 9, 42, 43 y/o el apoyo mutual de superficies tales como respectivamente 10-11, 44-45, 46-47 y también cuando la junta incluye un segundo medio de estanqueidad tal como 33, si necesario para eventualmente reforzar la eficacia de este segundo medio de estanqueidad, se hará falta reducir e incluso suprimir la interferencia radial entre las puntas y los huecos de rosca de una de las partes de las roscas situada por un lado del medio central de estanqueidad.

Para eso se podrá, en uno de esos dos elementos, es decir el elemento macho o el elemento hembra de la junta, desplazar de una distancia medida con respecto al eje de la junta del orden de 0,005 hasta 0,10 mm la posición de las generatrices tales como G1 y G2 tratando de manera separada la parte de la generatriz G1 si se trabaja en la rosca macho o de G 2 si se trabaja en la rosca hembra que se halla en figuras tales como 5, 6, 7 a la izquierda del medio central de estanqueidad, y la parte de la generatriz G1 o G2 que se halla en figuras tales como 5, 6, 7 a la derecha del medio central de estanqueidad.

De tal manera las dos partes de generatrices G1 o G2, es decir la parte que se halla a la izquierda del medio central de estanqueidad y la parte que se halla a la derecha, se quedan paralelas al mismo tiempo que se encuentran ligeramente desplazadas de la cantidad indicada con respecto al eje de la junta.

El funcionamiento global de la junta que acabamos de describir inmediatamente arriba y que queda fundamentalmente basado en una sola zona roscada hembra y en una sola zona roscada macho tales como se han definido anteriormente en el presente texto, no se encuentra modificado por lo tanto en su principio y las características de estanqueidad pueden aprovechar según el caso este desplazamiento radial de una de las roscas, macho o hembra, entre ambos lados de la zona del medio de estanqueidad central.

Las figuras 8, 9 y 10 representan tres modos de realización de una conexión del tipo con manguito de dos tubos empleando cada una dos juntas según la invención.

En la figura 8, se observa en sección axial que pasa por el eje X4-X4 la conexión 48 de dos tubos 49, 50 con la ayuda de un manguito 51.

Cada tubo que debe conectarse, tal como el 49, 50, incluye en su extremo un elemento macho tal como 53, 54.

El manguito 51 está provisto de un talón central 52 y cada extremo del manguito 51 incluye un elemento hembra tal como 55, 56.

La asociación, respectivamente, de los elementos 53-55 y 54-56 constituye cada una junta según la invención.

Los elementos machos 53, 54 y los elementos hembras 55, 56 son tales que su estructura corresponde a la descripción que ya se ha realizado anteriormente y que, asociados entre sí, constituyen cada uno una junta según la invención. En este caso, cada junta incluye, como en la figura 4, además del medio de estanqueidad central tal como 57, 58, un segundo medio de estanqueidad tal como 59, 60 del tipo del descrito en 33 de la figura 4.

El medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho en el elemento hembra en una posición determinada está constituido, aquí, por el talón 52 del manguito 51 que sirve de tope, tal como 61, 62, del mismo tipo que el tope representado en 30 de la figura 4.

La conexión según la invención está pues constituida por dos juntas igualmente según la invención.

La figura 9 es una variante del modo de realización según la figura 8 que representa en sección axial, según X5-X5, una conexión según la invención que une a dos tubos 63, 64 por medio de un manguito 65.

A diferencia de la figura 8, el manguito 65 no incluye talón, tal como el talón 52 de la figura 8.

Aquí, las dos juntas según la invención, constituidas por los elementos macho y hembra respectivos 66-67 y 68-69 que forman la conexión, incluyen un tope común 70 realizado por apoyo de los extremos 71, 72 de los elementos machos 66, 68 entre sí.

Este tope común constituye el medio común, para estas dos juntas según la invención, de detener el enroscado en posición determinada para hacer coincidir perfectamente las superficies de apoyo macho y hembra del medio de estanqueidad central 73, 74 de cada junta.

Además, un segundo medio de estanqueidad está previsto en 75, 76 en la zona central del manguito, más allá de las zonas roscadas de las juntas que constituyen la conexión que se realiza aquí de forma conocida en si por apoyo de metal-metal de dos superficies ajustadas por interferencia, cónicas, por ejemplo.

Para aumentar la precisión del posicionado central del tope común 70, se realizan rebajos 77, 78 en forma de resaltes tanto en el elemento macho 66, 68 de cada junta que forma la conexión como en el elemento hembra 67, 69.

Se hace que la distancia axial entre los resaltes hembras realizados en el manguito 65 sea ligeramente inferior a la distancia axial que existe entre los resaltes machos cuando los extremos 71, 72 de los elementos machos 66, 68 se apoyan en su tope común 70, de modo que estos resaltes no se opongan jamás a que los extremos 71, 72 de los elementos machos 66, 68 lleguen al tope 70.

Se observa así en la figura 9 que únicamente están en contacto los resaltes macho y hembra por el lado del rebajo 77, existiendo un ligero juego axial por el lado del rebajo 78 entre los resaltes macho y hembra correspondientes.

Se hace igualmente que el posicionado de los resaltes respectivamente machos y hembras de los rebajos 77, 78 sea tal que el tope común 70 se realice durante el enroscado en la parte central del manguito, es decir en el plano de su eje de simetría Y1-Y1 o en la inmediata proximidad de éste.

La figura 10 es una variante del modo de realización según la figura 9 y representa en sección axial, según X6-X6, una conexión según la invención que une a dos tubos 79, 80 por medio de un manguito 81.

A diferencia de la figura 9, las dos juntas según la invención constituidas por los elementos macho y hembra respectivos 82-83 y 84-85, que forman la conexión, sólo incluyen cada una su medio de estanqueidad central 86, 87.

Contrariamente a las figuras 8 ó 9, no existe un segundo medio de estanqueidad.

La conexión incluye aquí también un tope común 89 y rebajos 90, 91 realizados respectivamente tanto en los elementos machos 82, 84 como en los elementos hembras 83, 85 que sirven para posicionar perfectamente este tope 89 en el plano de simetría Y2-Y2 del manguito o cerca del mismo.

Los juegos axiales deseados se prevén para tener un funcionamiento de estos rebajos análogo al que acaba de describirse para la figura 9.

En cambio, la zona central 88 de la conexión no incluye superficie de sello y el extremo no roscado de los elementos machos 82, 84 desliza con juego radial libremente en la zona central 88 del manguito 81 hasta topar en 89.

Desde luego, según la invención también puede realizarse una conexión de dos tubos del tipo integral empleando una sola junta según la invención.

Se hará referencia, a título de ejemplo, para tal conexión a las figuras 1 y 2, así como a las figuras 3 y 4.

En este caso, cada tubo a conectar 3, 4 lleva alternativamente en sus extremos un elemento macho o un elemento hembra según la invención y la conexión se realiza enroscando un elemento macho 1 de un extremo de un primer tubo 3 en un elemento hembra 2 de un extremo de un segundo tubo 4.

Como se ha podido ver por medio de la descripción que precede, la junta según la invención y las conexiones que se realizan con estas juntas son particularmente compactas, presentando al mismo tiempo las cualidades de estanqueidad exterior e interior deseadas.

Ello resulta del hecho de que su rosca está constituida por una sola zona roscada, sin ruptura de la alineación del cono en el que están realizadas, contrariamente a las juntas existentes que incluyen dos zonas roscadas desplazadas axial y radialmente.

Además, debido a la posición del medio central de estanqueidad, se pueden prolongar los hilos perfectos de la rosca en los dos extremos cuando no se añade el segundo medio de estanqueidad.

Esto permite tener un coeficiente de eficacia de la junta superior al de una junta de igual dimensión que tenga superficies de sello en los extremos de las rocas.

Desde luego, la conicidad de la rosca se eligirá para poder realizar una conexión fácil del elemento macho en el elemento hembra.

Ventajosamente y de forma no limitativa, se eligirán roscas cuya pendiente con respecto al eje será de 2,86 grados o más.

La junta y la conexión según la invención, estando destinadas a resistir fuertes presiones, se realizarán frecuentemente, pero no exclusivamente, en tubos gruesos y de grandes diámetros.

Claims (20)

1. Junta tubular roscada del tipo que incluye un elemento macho (1) dispuesto en el extremo de un primer tubo (3) y un elemento hembra (2) dispuesto en el extremo de un segundo tubo (4) así como un medio de estanqueidad central (9), formado por una superficie de apoyo macho (10) y una superficie de apoyo hembra (11) aptas 5 para quedar apoyadas la una en la otra en la posición conectada de la junta, comprendiendo el elemento macho (1) una rosca macho cónica exterior (7) y comprendiendo el elemento hembra una rosca hembra cónica interior (8) que corresponde a la rosca macho (7), hallándose además previsto un medio de detención (12, 13, 21) para detener el enroscado del elemento macho (1) en el elemento hembra (2) en o posición determinada en la posición conectada de la junta, caracterizada porque la rosca macho (7) incluye una zona roscada macho situada en un solo cono y la rosca hembra incluye también una zona roscada hembra, y porque las superficies de apoyo macho y hembra del medio de estanqueidad central están dispuestas en una zona globalmente central de la zona roscada macho para la superficie de apoyo 5 macho (10) y de la zona roscada hembra para la superficie de apoyo hembra (11) en la cual las roscas respectivas macho y hembra están interrumpidas.

2. Junta según la reivindicación 1, caracterizada porque la zona roscada macho y la zona roscada hembra incorporan a la vez los hilos perfectos y los hilos de extremo o imperfectos, desvanecentes o incompletos.

3. Junta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el medio de estanqueidad central está dispuesto en una zona que dista del punto medio de la zona roscada macho o hembra una longitud como máximo igual a ¼ de la longitud de dicha 5 zona roscada de cada lado de dicho punto medio.

4. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho en el elemento hembra en posición determinada en la posición conectada de la junta está constituido por un medio ligado directamente con las roscas (12, 13).

5. Junta según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el medio de detención que permite detener el enroscado del elemento macho en el elemento hembra en posición determinada en la posición conectada de la junta está constituido por un medio independiente de las roscas.

6. Junta según la reivindicación 5, caracterizada porque el medio independiente de las roscas es un tope.

7. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque por lo menos una de las superficies de apoyo, el apoyo macho o el apoyo hembra, del medio central de estanqueidad está constituida por una superficie cónica cuya conicidad va en el mismo sentido que la conicidad de la rosca y en la que, ventajosamente, el ángulo con respecto al eje de la junta es superior al ángulo del cono de la rosca con respecto a este eje.

8. Junta según la reivindicación 7, caracterizada porque el ángulo de la superficie cónica de apoyo con el eje de la junta es superior con un valor como máximo igual a 20° al ángulo del cono de la rosca con respecto a este eje.

9. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la dimensión máxima de las superficies de apoyo macho y hembra del medio central de estanqueidad está definida por el espacio existente entre las generatrices (G1-G2) que definen los límites de dimensión de las roscas.

10. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la superficie de apoyo macho y la superficie de apoyo hembra del medio central de estanqueidad son dos superficies cónicas cuya conicidad es ventajosamente superior a la conicidad de las roscas.

11. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque incluye un segundo medio de estanqueidad.

12. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la parte de la generatriz (G1-G2) definiendo los límites de dimensión de las roscas que se halla situada por un lado del medio central de estanqueidad es para una de las roscas, la rosca macho o la rosca hembra, ligeramente desplazada radialmente con respecto al eje del tubo de la parte de la misma generatriz que se halla por el otro lado del medio central de estanqueidad.

13. Junta según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque el segundo medio de estanqueidad está realizado por una superficie de apoyo macho dispuesta cerca del extremo libre del elemento macho y una superficie de apoyo hembra dispuesta en la parte correspondiente del elemento hembra, pasando a apoyarse las superficies macho y hembra una en la otra durante la conexión de la junta.

14. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la interferencia al nivel de los apoyos macho y hembra del medio de estanqueidad central es superior a la interferencia entre la rosca macho y la rosca hembra.

15. Conexión roscada de dos tubos del tipo integral, caracterizada porque está realizada por una junta según una de las reivindicaciones 1 a 14, estando realizado el elemento macho de la junta en el extremo del primer tubo, estando realizado el elemento hembra en el extremo del segundo tubo.

16. Conexión según la reivindicación 15, caracterizada porque el elemento hembra está realizado en un extremo de tubo que previamente ha sido expansionado, estando realizado el elemento macho en un extremo de tubo que opcionalmente ha sido regruesado.

17. Conexión roscada de dos tubos (49, 50) del tipo realizado por manguito (51), caracterizada porque está realizada por dos juntas según una de las reivindicaciones 1 a 14, estando realizado un elemento macho (53, 54) en cada extremo de tubo (49, 50), estando realizado un elemento hembra (55, 56) en cada extremo de un manguito (51), estando conectado un elemento macho de cada tubo en cada uno de los elementos hembras de un extremo del manguito.

18. Conexión según la reivindicación 17, caracterizada porque el extremo libre de cada elemento macho (49, 50) pasa, en la posición conectada, a apoyarse en una parte del manguito (51) que forma talón central (52), creando así dos topes (61, 62).

19. Conexión según la reivindicación 17, caracterizada porque los dos extremos libres (71, 72) de los elementos machos (66, 68) pasan, en la posición conectada, a apoyarse uno en el otro formando así un tope común (70, 89).

20. Conexión según la reivindicación 19, caracterizada porque unos rebajos (77, 78, 90, 91) que forman resaltes están realizados en cada elemento macho (66, 68) y cada elemento hembra (67, 69) cerca de la parte central del manguito, los cuales resaltes permiten posicionar con precisión dicho tope común

\hbox{(70, 89).}