ES2307732T5 - Junta roscada para tuberías de acero que tienen resistencia a excoriación y propiedades mejoradas para evitar la oxidación - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Junta roscada para tuberfas de acero que tienen resistencia a excoriacion y propiedades mejoradas para evitar la oxidacion

Campo Tecnico

Esta invencion se refiere a una junta roscada para tuberfas de acero y en particular tuberfas de pozo petrolffero que tienen una resistencia a excoriacion, propiedades para evitar la oxidacion y hermeticidad a gas mejoradas, y que puede usarse sin necesidad de aplicar una grasa lubricante lfquida que contiene un polvo de metal pesado tal como una grasa compuesta.

Tecnica Anterior

Las tuberfas de pozo petrolffero tales como tubos y cubiertas usados en la perforacion de pozos de petrolfferos estan conectadas entre sf mediante juntas roscadas. En el pasado, la profundidad de los pozos petrolfferos era tfpicamente de

2.000 a 3.000 metros, aunque mas recientemente, la profundidad de los pozos petrolfferos puede alcanzar los 8.000 a

10.000 metros en campos de petroleos submarinos y otros pozos profundos. Una junta roscada para tuberfas de pozo petrolffero se ve sometida a diversas fuerzas en su entorno de uso, incluyendo cargas tales como fuerzas de traccion axial provocadas por el peso de la tuberfa del pozo petrolffero y la junta roscada, la combinacion de presiones interna y externa, y el calor geotermico que aumenta cuando aumenta la profundidad. Por lo tanto, se necesita una junta roscada para mantener la hermeticidad a gas que no se rompa en dichos entornos.

Durante el proceso de bajar el tubo o cubierta al pozo, una junta que se sujeta una vez para conexion a menudo es necesario aflojarla y despues volver a apretarla. El API (Instituto de Petroleo Americano) requiere que no ocurra excoriacion que es un defecto irrecuperable, y se mantenga la hermeticidad a gas incluso si se repite el anclaje (montaje) y aflojado (desenroscado) diez veces para una junta de tubo y tres veces para una junta de cubierta.

Las tuberfas de pozo petrolffero generalmente se conectan usando una junta roscada con una estructura de elementos hembra y elementos macho que tiene una parte de contacto metal a metal que forma un buen sellado. En esta junta roscada, tfpicamente, se forma un elemento macho en la superficie externa de cada extremo de una tuberfa de pozo petrolffero, teniendo el elemento macho una parte roscada externamente y una parte de contacto metalica sin roscas. Dicha parte de contacto metalica se denomina en lo sucesivo en este documento "parte de contacto metalica no roscada". Un elemento hembra de ajuste se forma en la superficie interna de un miembro de acoplamiento separado, con forma de manguito, y tiene una parte roscada internamente y una parte de contacto metalica no roscada para ajustarse con las partes roscada y no roscada correspondientes del elemento macho. Cuando el elemento macho se atornilla al elemento hembra para el montaje, las partes de contacto metalicas no roscadas del elemento macho y el elemento hembra se ponen en contacto ajustado entre sf para formar un sello metalico.

Para garantizar propiedades de sellado adecuadas entre el sello metalico de una junta roscada en el entorno de una tuberfa de pozo petrolffero, una presion superficial extremadamente alta que puede superar el lfmite de fluencia del material para la junta roscada debe aplicarse a las partes de contacto metalicas no roscadas durante el montaje. Esta alta presion facilita que tenga lugar la excoriacion. Por lo tanto, antes del montaje, una grasa lubricante denominada grasa compuesta, que es un lfquido viscoso, fluido, se aplica a las partes de contacto metalicas y las roscas para conferir una resistencia a excoriacion y hermeticidad a gas aumentadas. Como la grasa compuesta tiene buenas propiedades para evitar la oxidacion, frecuentemente se aplica a una junta roscada antes de transportar la junta para evitar que la junta se oxide antes de usarla en el pozo petrolffero.

Se ha propuesto en la tecnica anterior someter una junta roscada a un tratamiento superficial para mejorar la retencion de una grasa compuesta y conferir una menor friccion.

Por ejemplo, la Publicacion de Patente No Examinada Japonesa N° 61-79797 (1986) describe una junta roscada que tiene una parte roscada metalizada con Zn o Sn y un sello metalico (parte de contacto metalica no roscada) metalizada con oro o platino. La Publicacion de Patente Examinada Japonesa N° 3-78517 (1991) describe una junta de tuberfa que tiene un recubrimiento de una resina sintetica que contiene el 20-90% de disulfuro de molibdeno que tiene un diametro de partfcula de 10 micrometres o menor disperso en su interior. La Publicacion de Patente No Examinada Japonesa N° 8-103724 (1996) describe un metodo para el tratamiento superficial de una junta de tuberfa de acero que comprende formar un recubrimiento inferior de conversion qufmica de fosfato de manganeso y un recubrimiento superior de resina que contiene disulfuro de molibdeno. La Publicacion de Patente No Examinada Japonesa N° 8-105582 (1996) describe un metodo para el tratamiento superficial de una junta tuberfa que comprende formar una primera capa de nitruro, una segunda capa metalizada de hierro o aleacion de hierro, y un tercer recubrimiento, por encima de todos, de resina que contiene disulfuro de molibdeno.

La Publicacion de Patente No Examinada Japonesa N° 62-258283 (1987) (US 4.871.194) describe una junta para tuberfas de pozo petrolffero que tiene un recubrimiento metalizado poroso de cinc o una aleacion de cinc al menos sobre la superficie de su parte de sello metalico, estando formado el recubrimiento por metalizado por chorro que se realiza emitiendo un chorro de partfculas que tienen un nucleo de hierro o una aleacion de hierro recubierta con una capa de cinc o aleacion de cinc. Se describe allf que el recubrimiento metalizado no sufre la fractura retrasada provocada por fragilizacion de hidrogeno y tiene una buena retencion de lubricante debido a su naturaleza porosa, dando como resultado la ventaja de que la hermeticidad a gas y la resistencia a excoriacion pueden obtenerse incluso con tuberfas

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de pozo petrolffero de acero de alta resistencia, altamente aleado. De esta manera, el recubrimiento formado por metalizado por chorro se contempla usando una grasa compuesta como lubricante.

Todas las juntas roscadas descritas en las publicaciones de patente mencionadas anteriormente se supone que se usan con una grasa compuesta para asegurar una resistencia a excoriacion suficiente. Sin embargo, el uso de una grasa compuesta implica problemas con respecto al entorno y hermeticidad a gas a alta temperatura como se describe a continuacion.

Una grasa compuesta contiene una gran cantidad de un polvo de un metal pesado tal como plomo, cinc, o cobre. Como una parte de una grasa compuesta aplicada a una junta roscada se descarga al entorno circundante por lavado o agotado durante el montaje, el uso de una grasa compuesta aumenta la preocupacion de provocar contaminacion medioambiental. Ademas, la aplicacion de una grasa compuesta empeora el entorno de trabajo.

Recientemente, han aumentado los pozos petrolfferos de alta temperatura que tienen una temperatura tan alta como 250-300°C debido a un aumento de la profundidad, asf como los pozos petrolfferos inyectados con vapor, a los que se inyecta vapor a una alta temperatura cerca de la temperatura crftica, (por ejemplo, aproximadamente 350°C) para mejorar la recuperacion de crudo. Se requiere que las juntas roscadas para pozos petrolfferos que se usan en dicho entorno de alta temperatura tengan una buena resistencia al calor, como se pone de evidencia manteniendo la hermeticidad a gas en un ensayo donde una junta que se ha anclado se mantiene a una temperatura por encima de 350°C durante un cierto periodo y despues se somete a desenroscado y re-montaje. Con una grasa compuesta, la lubricidad puede disminuir a una temperatura tan alta debido a la evaporacion de uno o mas constituyentes de la grasa, conduciendo de esta manera a un fallo para obtener una hermeticidad a gas deseada cuando la junta aflojada se vuelve a anclar en el ensayo.

Para eliminar la necesidad de aplicar una grasa compuesta, se ha propuesto una junta roscada que tiene un recubrimiento lubricante solido. Por ejemplo, una junta roscada que tiene un recubrimiento lubricante solido que comprende una resina tal como una resina epoxi que tiene disulfuro de molibdeno como lubricante solido disperso en su interior se describe en las Publicaciones de Patente No Examinadas Japonesas N° 8-233163 (1996), 8-233164 (1996), y 9-72467 (1997). Las juntas roscadas que tienen recubrimientos de lubricante solido se mencionan tambien en los documentos jP 11-173471, JP 2000-130654 y US 4.630.849. Los lubricantes solidos se usan para miembros deslizantes en el documento JP-03-247777.

Sin embargo, dicho recubrimiento de lubricante solido es inferior en relacion con una grasa compuesta respecto a la capacidad para proteger una junta roscada de oxidacion en condiciones de campo durante el transporte de la junta roscada al sitio de uso de la misma en un pozo petrolffero. Por lo tanto, la junta roscada es apta para oxidarse y de esta manera formar ampollas o provocar la desunion en el recubrimiento de lubricante solido, que a su vez hace que el montaje de la junta sea inestable, conduciendo a la aparicion de excoriacion o una disminucion en la hermeticidad a gas. El documento JP 04-110396 se refiere a un metodo para obtener un sulfonato calcico puro, altamente basico. Los documentos JP 10-158676 y JP 11-050078 describen lubricantes que incluyen sales de metal alcalinoterreo altamente basicas.

US 4,871,194 describe una junta de tuberfa de pozo petrolffero, que comprende una capa porosa de chapado por explosion formada por la explosion de partfculas metalicas tales como zinc y aluminio

Descripcion de la Invencion

Un objeto de la presente invencion es proporcionar una junta roscada para tuberfas de acero que tienen resistencia a excoriacion, hermeticidad a gas, y propiedades para evitar la oxidacion mejoradas, que pueden asegurar la hermeticidad a gas en su parte de sello metalico despues de someterlas a montaje y desenroscado repetidamente sin aplicacion de una grasa lubricante lfquida que contiene polvo de metal pesado tal como una grasa compuesta.

Otro objeto de la presente invencion es proporcionar una junta roscada para tuberfas de acero que tienen resistencia a excoriacion mejorada, hermeticidad a gas, y propiedades para evitar la oxidacion, que pueden asegurar hermeticidad a gas en su parte de sello metalico despues de someterlas a montaje y desenroscado repetidamente, incluso se usa para anclar tuberfas de un pozo petrolffero situadas en un entorno a alta temperatura, tal como el que se encuentra en los pozos petrolfferos profundos a alta temperatura o pozos petrolfferos inyectados con vapor y/o incluso si esta hecha de cualquier amplia variedad de aceros incluyendo desde acero al carbono hasta un acero altamente aleado.

Los presentes inventores han descubierto estos objetos pueden conseguirse formando, sobre la superficie de una parte roscada y una parte de contacto metalica no roscada de una junta roscada, una capa inferior o de sub-recubrimiento de un recubrimiento poroso de cinc o aleacion de cinc que tiene una rugosidad superficial de 5 a 40 pm indicada por Rmax, tal como la formada por metalizado por impacto, por ejemplo, tal como metalizado por chorro y un recubrimiento lubricante solido superior. Aunque no se pretende cenirse a una teorfa, el mecanismo para esta se considera que es el siguiente.

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Un recubrimiento metalizado por chorro de cinc o aleacion de cinc puede formarse sobre la superficie de una junta roscada para tubenas de acero independientemente del material de acero para la junta que incluye desde acero al carbono hasta acero altamente aleado que contiene mas del 13% en peso de Cr empleando, como material para el chorro, partfculas que tienen un nucleo basado en hierro cuya superficie esta cubierta con cinc o una aleacion de cinc como se describe en la Publicacion de Patente Examinada Japonesa N° 59-9312 (1984).

A diferencia de un recubrimiento electrometalizado, el recubrimiento metalizado por chorro resultante es poroso. Por lo tanto, cuando un recubrimiento lubricante solido se forma sobre la misma, el recubrimiento metalizado por chorro inferior puede mejorar la adhesion del recubrimiento lubricante solido. Como resultado, es posible aprovechar el recubrimiento lubricante hasta el maximo de su rendimiento y de esta manera obtener una resistencia a excoriacion y hermeticidad a gas mejoradas sin usar una grasa compuesta.

El cinc presente en la capa inferior es un metal basico y se ioniza preferentemente respecto al hierro que constituye el sustrato de junta roscada y de esta manera presenta un efecto de proteccion de sacrificio para evitar la corrosion de la junta. Sin embargo, debido a que el recubrimiento poroso de la capa inferior incluye numerosos huecos y tiene una gran area superficial, el efecto de proteccion de sacrificio de esta capa tiende a perderse pronto si la capa inferior ya no se trata mas. La formacion del recubrimiento lubricante superpuesto sirve para sellar los huecos de la capa inferior y permite que la capa inferior tenga un efecto de proteccion sostenida para conseguir las propiedades de oxidacion mejoradas. En particular, cuando el recubrimiento superpuesto es un recubrimiento lubricante solido, puede obtenerse una mejora aun mayor en la resistencia a excoriacion, propiedades para evitar la oxidacion, y hermeticidad a gas, haciendo posible de esta manera proporcionar una junta roscada que tiene un rendimiento mejorado incluso en un entorno a alta temperatura.

De esta manera, para mejorar la resistencia a excoriacion, las propiedades para evitar la oxidacion, y la hermeticidad a gas, es importante que un recubrimiento lubricante solido se forme sobre una capa porosa inferior de cinc o aleacion de cinc.

La presente invencion es una junta roscada para tubenas de acero que comprende un elemento macho y un elemento hembra capaces de ajustarse entre sf, teniendo el elemento macho una parte roscada externamente y una parte de contacto metalica no roscada como superficie de ajuste, y teniendo el elemento hembra una parte roscada internamente y una parte de contacto metalica no roscada como superficie de ajuste, donde la superficie de ajuste de al menos uno del elemento macho y el elemento hembra se recubre con una capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc que tiene una rugosidad superficial de 5 a 40 pm indicado por Rmax y un recubrimiento lubricante superior que es un recubrimiento lubricante solido.

Una junta roscada de acuerdo con una realizacion de la presente invencion tiene la capa porosa de cinc o aleacion de cinc y el recubrimiento lubricante superpuesto en la superficie de ajuste de solo uno del elemento macho y el elemento hembra. En esta realizacion, la otra superficie de ajuste puede estar no recubierta o recubierta con uno o mas recubrimientos seleccionados entre una capa porosa de cinc o aleacion de cinc, un recubrimiento metalizado metalico, un recubrimiento de fosfato, un recubrimiento de oxalato, y un recubrimiento de borato.

Breve Descripcion de los Dibujos

La Figura 1 es un diagrama esquematico que muestra la estructura ensamblada de una tubena de acero y un miembro de acoplamiento roscado conectado a la tubena en el momento del transporte.

La Figura 2 es un diagrama esquematico que muestra una junta roscada para tubenas de acero.

Descripcion de las Realizaciones de la Invencion

Como se ilustra en la Figura 1, una tubena de acero tfpica para usar en una tubena de pozo petrolffero se transporta en un estado en el que la tubena de acero A tiene un miembro de acoplamiento con forma de manguito B conectado previamente a un extremo de la misma. La tubena de acero A tiene una parte roscada externamente 3A en la superficie externa en cada extremo para formar un elemento macho 1. El miembro de acoplamiento roscado B tiene una parte roscada internamente 3B en su superficie interna en cada lado para formar un elemento hembra 2. El elemento macho 1 y el elemento hembra 2 tienen formas tales que son capaces de ajustarse entre sf

En principio, una tubena de acero A puede tener un elemento macho formado en uno de sus extremos y un elemento hembra formada en su extremo opuesto de manera que dos tubenas de acero pueden conectarse entre sf sin usar un miembro de acoplamiento diferente. Tambien es posible que una tubena de acero A tenga una rosca interna formada en la superficie interna en cada extremo para definir un elemento hembra y que un miembro de acoplamiento B tenga una rosca externa en la superficie externa en cada lado para definir un elemento macho.

La Figura 2 muestra esquematicamente la estructura de una junta roscada para tubenas de acero que comprende un elemento macho y un elemento hembra, cada uno de los cuales tiene una parte de sello metalico. Un elemento macho 1, que se forma tfpicamente sobre la superficie externa de una tubena de acero en cada uno de sus extremos, esta

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compuesto por una parte de contacto metalica no roscada 4 localizada en la punta de la tuberfa y una parte roscada externamente 3A que se extiende hacia dentro desde la parte de contacto metalica 4. Por otro lado, un elemento hembra 2, que se forma tfpicamente sobre la superficie interna de un miembro de acoplamiento roscado en cada lado y que es capaz de ajustarse con el elemento macho 1, esta compuesta por una parte roscada internamente 3B que se extiende hacia dentro desde la punta del miembro y una parte de contacto metalica no roscada 4 localizada hacia adentro de la parte roscada 3B. Las partes roscadas 3A y 3B y las partes de contacto metalicas no roscadas 4 del elemento macho 1 y el elemento hembra 2 constituyen superficies de ajuste.

Se requiere que las superficies de ajuste del elemento macho y el elemento hembra de una junta roscada tengan resistencia a excoriacion, hermeticidad a gas, y propiedades para evitar la oxidacion. De acuerdo con la presente invencion, la superficie de ajuste de al menos uno del elemento macho y el elemento hembra de una junta roscada se recubre con una capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc y un recubrimiento lubricante solido superior, haciendo posible de esta manera proporcionar a la superficie de ajuste con todas las propiedades descritas anteriormente requeridas por la misma sin aplicacion de una grasa compuesta. Al contrario del caso cuando una grasa compuesta se aplica a la superficie de ajuste, la superficie de ajuste recubierta de una manera descrita anteriormente puede presentar estas propiedades eficazmente incluso en un entorno a alta temperatura.

La capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc formada sobre la superficie de ajuste de una junta roscada puede ser cualquier recubrimiento poroso de cinc o aleacion de cinc que tenga una buena adhesion a la superficie de acero de la junta roscada. Dicho recubrimiento poroso puede formarse mediante un metodo de metalizado por impacto que es uno de los metodos de metalizado con proceso en seco. El metalizado por impacto produce un recubrimiento metalizado compuesto por partfculas metalicas que se unen una a otra y se enlazan fuertemente a la superficie del sustrato. El recubrimiento metalizado incluye numerosos huecos pequenos distribuidos uniformemente entre las partfculas. El metodo de metalizado por impacto incluye metalizado mecanico en el que las partfculas se hacen chocar sobre un objeto a metalizar en un tambor rotatorio y el metalizado por chorro en el que las partfculas se hacen chocar sobre un objeto a metalizar mediante un aparato de emision de chorro.

Como solo es necesario metalizar la superficie de ajuste de una junta roscada de acuerdo con la presente invencion, es adecuado el metalizado por chorro que es capaz de metalizado local. Los aparatos de emision de chorro que puede usarse para el metalizado por chorro incluyen un aparato de emision de chorro con fluido a alta presion en el que se emite un chorro de partfculas usando un fluido a alta presion tal como aire comprimido y un aparato de emision de chorro mecanico que usa una paleta rotatoria tal como un impulsor. Pueden emplearse ambos aparatos.

Las partfculas para usar en el metalizado por impacto, tal como metalizado por chorro de acuerdo con la presente invencion, son partfculas metalicas que tienen cinc o una aleacion de cinc al menos en la superficie de las mismas. Aunque las partfculas pueden estar compuestas totalmente de cinc o una aleacion de cinc, se prefieren partfculas para emision de chorro descritas en la Publicacion de Patente Examinada Japonesa N° 59-9312 (1984). Las partfculas de emision de chorro son partfculas que tienen un nucleo de hierro o una aleacion de hierro que esta recubierta con una capa de cinc o aleacion de cinc que forma una capa de aleacion hierro-cinc entre ellas.

Dichas partfculas pueden prepararse, por ejemplo, por recubrimiento de un polvo de hierro o una aleacion de hierro como nucleo con cinc o una aleacion de cinc (por ejemplo, un aleacion Zn-Fe-Al) mediante metalizado electrolftico o no electrolftico seguido de tratamiento termico para formar una capa de aleacion de hierro-cinc interfacial, o por un metodo de aleacion mecanica. Estan disponibles en el mercado con el nombre comercial "Hierro Z" de Dowa Teppun Kogyo, Japon. Preferiblemente, estas partfculas tienen un contenido de cinc o una aleacion de cinc en el intervalo del 20 al 60% en peso y un tamano de partfcula de 0,2 a 1,5 mm.

Cuando las partfculas que tienen un nucleo basado en hierro recubiertas con cinc o una aleacion de cinc se emiten en chorro sobre un sustrato, solo el cinc o la aleacion de cinc con la que esta recubierto el nucleo se adhiere al sustrato, formando de esta manera un recubrimiento de cinc o de aleacion de cinc sobre el sustrato. El metodo de metalizado por chorro puede formar un recubrimiento metalizado poroso que tiene una buena adhesion sobre una superficie de acero independientemente de la composicion del acero. Por lo tanto, es posible formar una capa porosa de cinc o aleacion de cinc que tenga una buena adhesion sobre una superficie de ajuste de una junta roscada de cualquiera de una amplia variedad de materiales de acero, desde un acero al carbono hasta un acero altamente aleado.

Se evita que una junta roscada de acuerdo con la presente invencion se oxide incluso en un entorno a alta temperatura, y a alta humedad, debido a la capa inferior de recubrimiento metalizado poroso que contiene cinc capaz de presentar una buena proteccion de sacrificio. Esta proteccion mediante la capa inferior del recubrimiento que contiene cinc poroso se sostiene cubriendola con un recubrimiento superior lubricante solido. La naturaleza porosa de la capa de sub- recubrimiento permite al recubrimiento lubricante tener una buena adhesion.

El espesor de la capa inferior de cinc o aleacion de cinc es preferiblemente de 5 a 40 micrometros en vista de las propiedades para evitar la oxidacion y adhesion. No pueden asegurarse unas propiedades suficientes para evitar la oxidacion con un espesor menor de 5 micrometros. Un espesor mayor de 40 micrometros puede disminuir la adhesion del recubrimiento lubricante solido superpuesto. El espesor es mas preferiblemente de 5 a 30 micrometros y aun mas preferiblemente de 10 a 25 micrometros.

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En vista de la adhesion de la capa inferior, es preferible que la superficie de ajuste del sustrato de una junta roscada sobre la que se forma la capa inferior tenga de una rugosidad superficial de 3 a 30 micrometros indicada por Rmax. La adhesion suficiente no puede asegurarse con una rugosidad superficial de menos de 3 micrometros indicada por Rmax. Por otro lado, una rugosidad superficial del sustrato que es mayor de 30 micrometros (Rmax) provoca que la junta roscada tenga un aumento de friccion, como resultado de lo cual la capa inferior puede tender a romperse o separarse por fallo para soportar una fuerza de cizalla o una fuerza de compresion generada por una alta presion aplicada durante el montaje de una junta roscada.

Para ajustar la rugosidad superficial de la superficie de ajuste de una junta roscada al intervalo de 3 a 30 micrometros (Rmax), la superficie de ajuste puede someterse a un pretratamiento adecuado tal como decapado o inyeccion de chorro antes de la formacion de la capa inferior de cinc o aleacion de cinc por impacto. El pretratamiento es ventajoso tambien en el sentido de que expone una superficie activa reciente, aumentando de esta manera la adhesion de la capa inferior formada sobre la superficie. La emision de chorro puede realizarse por cualquier tecnica conocida tal como chorro de arena, chorro de disparo, chorro de grava, chorro de hilo metalico, o similares. Aunque se prefiere realizar el pretratamiento de la superficie de ajuste como se ha descrito anteriormente, los objetos de la presente invencion pueden conseguirse formando la capa de cinc o aleacion de cinc mediante metalizado por impacto sobre la superficie sin dicho pretratamiento.

La capa porosa de cinc o aleacion de cinc formada sobre la superficie de ajuste de una junta roscada tiene una rugosidad superficial de 5 a 40 micrometres en Rmax en los casos donde el recubrimiento lubricante se forma sobre la misma. Si tiene un Rmax de menos de 5 micrometros, el recubrimiento lubricante puede tener una adhesion o retencion insuficiente. Por otro lado, si tiene un Rmax mayor de 40 micrometros, la junta roscada puede tener un aumento de friccion y la capa inferior puede tender a romperse o separarse por fallo para soportar una fuerza de cizalla o una fuerza compresiva generada por una alta presion aplicada durante el montaje de una junta roscada. En una realizacion donde solo uno o un primer elemento del elemento macho y el elemento hembra se somete a tratamiento superficial de acuerdo con la presente invencion mientras que el otro segundo elemento se trata superficialmente para formar la capa porosa de cinc o aleacion de cinc en solitario, la capa de cinc o aleacion de cinc formada sobre el segundo elemento preferiblemente tiene una rugosidad superficial menor de 1 a 10 micrometros en Rmax para asegurar la durabilidad del recubrimiento lubricante formado sobre el primer elemento. La rugosidad superficial de una capa de cinc o aleacion de cinc formada por metalizado por chorro puede controlarse mediante el diametro o el espesor del recubrimiento de las partfculas emitidas en chorro y la velocidad del chorro.

En la capa inferior de un recubrimiento poroso metalizado con cinc o aleacion de cinc, se forma un recubrimiento lubricante solido. El recubrimiento lubricante normalmente se forma por aplicacion, que puede realizarse por cualquier metodo conocido en la tecnica incluyendo recubrimiento por cepillado, inmersion, y pulverizacion al aire o sin aire. Como la capa inferior es porosa, puede proporcionar el recubrimiento lubricante solido o superpuesto con buena adhesion.

Un recubrimiento lubricante solido esta constituido basicamente por un aglutinante y un polvo que presenta una accion de lubricacion de solido (en lo sucesivo en este documento dicho polvo se denomina "polvo de lubricacion") distribuido en el aglutinante. Dicho recubrimiento puede formarse a partir de una composicion de recubrimiento que comprende un polvo lubricante disperso en un fluido que contiene aglutinante. En el recubrimiento lubricante solido resultante, el polvo lubricante se enlaza a la junta roscada mediante el aglutinante, aunque puede estirarse para hacerlo fino mediante la presion aplicada durante el montaje de una junta roscada para ejercer su lubricidad.

Los ejemplos de polvo lubricante incluyen, aunque sin limitacion, polvos de disulfuro de molibdeno, disulfuro de volframio, compuestos de molibdeno organicos (por ejemplo, dialquiltiofosfatos de molibdeno y dialquiltiocarbonatos de molibdeno), PTFE (politretafluoroetileno) y BN (nitruro de boro). Puede usarse uno o mas de estos.

El aglutinante puede ser una resina organica o un compuesto polimerico inorganico.

Una resina organica que tiene resistencia termica y un nivel moderado de dureza y resistencia al desgaste es adecuada para usarla como aglutinante. Los ejemplos de dicha resina incluyen resinas termoestables tales como resinas epoxi, poliamidas, poliamideimidas, policarbodiimidas, resinas fenolicas y resinas de furano, asf como resinas termoplasticas tales como polietersulfonas, polietercetonas, polietilenos, y resinas de silicona. Se prefiere una resina termoestable.

Se dispersa un polvo lubricante en un fluido de resina, que comprende una resina organica disuelta o dispersa en un disolvente adecuado, para formar una composicion de recubrimiento. El disolvente puede ser una o mas clases seleccionas entre diversos disolventes de bajo punto de ebullicion incluyendo hidrocarburos (por ejemplo, tolueno) y alcoholes (por ejemplo, alcohol isopropflico), dependiendo de la resina usada.

La composicion de recubrimiento se aplica sobre la capa inferior descrita anteriormente formada sobre la superficie de ajuste de una junta roscada y se seca para retirar el disolvente para formar un recubrimiento lubricante solido. En los casos donde el aglutinante es una resina termoestable, el recubrimiento lubricante solido resultante se somete preferiblemente a tratamiento termico para curado. El tratamiento termico se realiza preferiblemente a una temperatura de 120°C o mayor y mas preferiblemente de 150-380°C durante un periodo de 30 minutos o mayor y mas

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preferiblemente de 30-60 minutos.

Un compuesto polimerico inorganico que puede usarse como aglutinante es un compuesto de tipo oxido metalico que tiene una estructura reticulada tridimensional de enlaces de metal-oxfgeno tales como Ti-O, Si-O, Zr-O, Mn-O, Ce-O, o Ba-O. Dicho compuesto polimerico inorganico puede formarse por hidrolisis de un compuesto organometalico hidrolizable ejemplificado por un alcoxido metalico como compuesto de partida, seguido de condensacion del hidrolizado resultante. Los alcoxidos metalicos utiles incluyen aquellos compuestos en los que los grupos alcoxi son los inferiores tales como metoxi, epoxi, isopropoxi, propoxi, isobutoxi, terc-butoxi o similares. Un alcoxido metalico preferible es un alcoxido de titanio o silicio, y particularmente un alcoxido de titanio. El compuesto mas preferible es isopropoxido de titanio ya que tiene propiedades de formacion de pelfcula excelentes.

Como compuesto de partida, un compuesto inorganico hidrolizable, tal como tetracloruro de titanio puede usarse tambien en lugar del compuesto organometalico. Ademas, parte del compuesto organometalico hidrolizable puede ser un compuesto tal como un agente de acoplamiento de silano o un agente de acoplamiento titanato en el que parte de los grupos organicos unidos al metal son grupos no hidrolizables (por ejemplo, grupos alquilo y en particular grupos alquilo sustituidos que tienen un grupo funcional tal como un grupo amino o epoxi). En dichos casos, los grupos no hidrolizables permanecen en el compuesto polimerico inorganico producido por hidrolisis del compuesto de partida y condensacion posterior del hidrolizado. Por lo tanto, el producto no puede denominarse compuesto polimerico "inorganico" en un sentido estricto, aunque se incluye en el compuesto polimerico inorganico que puede usarse en este documento.

Cuando el aglutinante es un compuesto polimerico inorganico, puede dispersarse un polvo lubricante en una solucion de un material de partida para este compuesto tal como un alcoxido metalico para formar una composicion de recubrimiento. La composicion de recubrimiento se aplica sobre la capa inferior descrita anteriormente formada sobre la superficie de ajuste de una junta roscada y despues se somete a humidificacion y opcionalmente a calentamiento para promover la hidrolisis y condensacion del alcoxido metalico, dando como resultado la formacion de un recubrimiento lubricante solido que comprende el polvo lubricante distribuido en un recubrimiento de un compuesto polimerico inorganico formado a partir de enlaces metal-oxfgeno. El disolvente usado para disolver un alcoxido metalico puede seleccionarse entre diversos disolventes organicos tales como alcoholes (por ejemplo, alcohol etflico, alcohol isopropflico y alcohol butflico), cetonas, hidrocarburos, e hidrocarburos halogenados. Para promover la formacion de un recubrimiento, el alcoxido metalico en la solucion resultante puede hidrolizarse previamente parcialmente. Ademas, una pequena cantidad de agua y/o acido como catalizador hidrolftico puede anadirse a la composicion de recubrimiento en una pequena cantidad para acelerar la hidrolisis despues de la aplicacion de la composicion.

La humidificacion que se realiza despues de la aplicacion para promover la hidrolisis del alcoxido metalico puede realizarse permitiendo que repose en la atmosfera, que tiene preferiblemente una humedad del 70% o mayor durante un cierto periodo. La humidificacion va seguida preferiblemente de calentamiento para acelerar la hidrolisis del alcoxido, condensacion del hidrolizado, y descarga del alcohol formado como subproducto de la hidrolizacion, haciendo posible de esta manera formar un recubrimiento en un corto periodo. Este calentamiento provoca tambien que el recubrimiento lubricante solido resultante tenga una adhesion reforzada y una resistencia a excoriacion mejorada. El calentamiento se realiza preferiblemente a una temperatura cerca del punto de ebullicion del subproducto alcohol en el intervalo de 100 a 200°C. El calentamiento con aire caliente es mas eficaz.

La proporcion en masa (o proporcion en peso) del contenido de polvo lubricante (B) al contenido de aglutinante (A), es decir, B/A es preferiblemente al menos 0,3 y como maximo 9,0. Si esta proporcion es menor de 0,3, el recubrimiento lubricante solido resultante tiene una menor lubricidad y puede no dar una mejora suficiente en la resistencia a excoriacion. Si la proporcion en masa B/A es mayor de 9,0, el recubrimiento lubricante solido tiene una menor adhesion, dando como resultado problemas que incluyen una retirada significativa del polvo lubricante del recubrimiento. En los casos en los que se desea una mejora adicional en la resistencia a excoriacion, tal como en casos en los que se desea una interferencia de rosca extremadamente alta en la parte roscada, la proporcion en masa B/A es mas preferiblemente al menos 0,5 y como maximo 7,0. En los casos en los que se desea un nivel mayor de resistencia a excoriacion como es el caso con un acero altamente aleado, es mas preferiblemente al menos 3,0 y como maximo 6,5.

Preferiblemente, el recubrimiento lubricante solido tiene un espesor en el intervalo de 5 a 40 micrometres. El polvo lubricante presente en el recubrimiento lubricante se extiende para cubrir toda la superficie de ajuste a una alta presion durante el montaje de la junta roscada, presentando de esta manera una resistencia a excoriacion mejorada. Si el espesor del recubrimiento lubricante es menor de 5 micrometros, la cantidad de polvo lubricante presente en el recubrimiento lubricante es tan pequena que la mejora en la lubricidad por el mecanismo descrito anteriormente no se consigue suficientemente. Un recubrimiento lubricante que tiene un espesor mayor de 40 micrometros tiende a separarse facilmente. Dicho recubrimiento grueso puede dar como resultado tambien una disminucion de la hermeticidad a gas debido a una hermeticidad insuficiente durante el montaje, o si la presion aplicada mediante el montaje aumenta para asegurar la hermeticidad a gas, la excoriacion ocurrira facilmente. El espesor del recubrimiento del lubricante solido esta mas preferiblemente en el intervalo de 15 a 40 micrometros.

Pueden anadirse opcionalmente diversos aditivos al recubrimiento lubricante solido en una cantidad que no interfiera con la resistencia a excoriacion del recubrimiento. Por ejemplo, pueden anadirse uno o mas polvos seleccionados entre

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los materiales cinc, cromatos, sflice, y alumina, haciendo de esta manera posible mejorar las propiedades para evitar la oxidacion del propio recubrimiento lubricante solido.

El tratamiento superficial de dos capas descrito anteriormente que incluye la formacion de una capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc y un recubrimiento lubricante solido superior puede aplicarse a la superficie de ajuste de uno o ambos del elemento macho y el elemento hembra que constituyen una junta roscada. Aunque se prefiere aplicar dicho tratamiento superficial de dos capas a toda la superficie de ajuste del elemento macho y/o el elemento hembra, tambien es posible aplicarlo unicamente a una parte de la superficie de ajuste, tal como solo a la superficie de la parte de contacto metalica no roscada en la superficie ajuste

El tratamiento superficial de dos capas puede conseguir los objetos de la presente invencion incluso en los casos donde se aplica a uno cualquiera del elemento macho o el elemento hembra, que es ventajoso en terminos de costes. En dichos casos, el tratamiento superficial de dos capas se realiza de una forma relativamente facil sobre el elemento de junta (normalmente un elemento hembra) formado sobre el miembro de acoplamiento que es mas corta que la tuberfa de acero. El otro elemento de junta (por ejemplo, un elemento macho), al que el tratamiento superficial de dos capas no se aplica, puede estar no recubierto. En particular, cuando el elemento macho y el elemento hembra se sujetan temporalmente antes del transporte como se muestra en la Figura 1, el otro elemento de junta, por ejemplo, el elemento macho, puede evitarse que se oxide incluso aunque no este recubierto, ya que la superficie de ajuste del elemento macho se pone en contacto fntimo con las capas de tratamiento superficial formadas sobre la superficie de ajuste del elemento hembra mediante montaje temporal.

Sin embargo, cuando un miembro de acoplamiento roscado se conecta a una tuberfa de acero en un extremo de la tuberfa como se muestra en la Figura 1, el ensamblaje resultante tiene otro elemento macho y elemento hembra en el extremo opuesto de la tuberfa de acero y la mitad no conectada del miembro de acoplamiento, respectivamente. Cuando solo los elementos hembra formadas en ambos lados de un miembro de acoplamiento se someten a tratamiento superficial de dos capas de acuerdo con la presente invencion, el elemento macho formado en una tuberfa de acero en un extremo que no esta conectado al miembro de acoplamiento se expone desnudo a la atmosfera si no esta recubierto.

Cuando el tratamiento superficial de acuerdo con la presente invencion se aplica a solo un elemento del elemento macho y el elemento hembra, el otro elemento puede someterse a un tratamiento superficial adecuado para formar un recubrimiento capaz de conferir propiedades para evitar la oxidacion unicamente o en combinacion con lubricidad.

Dicho recubrimiento incluye una capa porosa de cinc o aleacion de cinc como la empleada capa inferior en la presente invencion, un recubrimiento metalizado metalico, un recubrimiento de fosfato, un recubrimiento de oxalato, y un recubrimiento de borato. Una capa porosa de cinc o aleacion de cinc y un recubrimiento metalizado metalico tiene una alta capacidad para conferir propiedades para evitar la oxidacion mientras que un recubrimiento de fosfato, un recubrimiento de oxalato, y un recubrimiento de borato que estan formados todos por un tratamiento de conversion qufmica tienen una alta capacidad para mejorar las propiedades de deslizamiento (lubricidad).

El recubrimiento metalizado metalico puede formarse por un metalizado con cinc, metalizado con aleacion de cinc, metalizado con nfquel, o metalizado con cobre, por ejemplo. El recubrimiento de fosfato incluye un recubrimiento de fosfato de manganeso, un recubrimiento de fosfato de cinc, un recubrimiento de fosfato de calcio y cinc, un recubrimiento de fosfato de hierro y cinc y similares. El recubrimiento de oxalato puede formarse, por ejemplo, sumergiendo en una solucion acuosa de acido oxalico (C2H2O4) para formar un recubrimiento compuesto por oxalatos metalicos tales como oxalato de hierro (FeC2O4) y oxalato de nfquel (NiC2O4). El recubrimiento de borato puede ser un recubrimiento de un borato metalico tal como borato potasico. El peso del recubrimiento de estos recubrimientos puede seleccionarse para que confiera propiedades para evitar la oxidacion y/o lubricidad suficientemente aunque no en una cantidad excesiva. Pueden aplicarse dos o mas de estas capas, tales como una capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc o un recubrimiento metalizado metalico y un recubrimiento superior de fosfato, oxalato, o borato.

Tambien es posible unir un protector adecuado a un elemento macho expuesto y/o un elemento hembra para evitar que se oxide antes de usarlo en un pozo petrolffero.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se dan para ilustrar la presente invencion, y no pretenden restringirla. En la siguiente descripcion, una superficie de ajuste que comprende una parte roscada y una parte de contacto metalica no roscada de un elemento macho se denomina superficie del elemento macho y la de un elemento hembra se denomina superficie de del elemento hembra.

La superficie del elemento macho y la superficie del elemento hembra de una junta roscada (diametro externo: 17,8 cm (7 pulgadas), espesor de la pared: 1,04 cm (0,408 pulgadas)) hechas de un material seleccionado entre un acero al carbono A, un acero de Cr-Mo B, un acero con un 13% de Cr C, y un acero altamente aleado D, cada uno de los cuales tiene una composicion mostrada en la Tabla 1 se sometieron al tratamiento superficial mostrado en la Tabla 2, que

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indica el tipo de acero (Tabla 1) de la junta roscada, y las condiciones para el pretratamiento incluyendo la formacion de una capa inferior para la formacion de un recubrimiento lubricante solido o un recubrimiento lubricante lfquido, sin polvo de metal pesado. El espesor de la capa inferior y el del recubrimiento lubricante se determinaron mediante una galga de espesor de pelfcula disponible en el mercado midiendo el peso del recubrimiento y convirtiendolo en espesor. La Tabla 3 muestra la composicion de una composicion de recubrimiento usada para formar un recubrimiento lubricante lfquido. La composicion de recubrimiento para formar un recubrimiento lubricante solido o lfquido se aplico mediante recubrimiento por cepillado.

El tratamiento con chorro de arena mostrado en la Tabla 2 se realizo con arena del N° 80 para una rugosidad superficial de 10 micrometros o arena del N° 62 para una rugosidad superficial de 20 micrometros.

La capa de Zn y la capa de Zn-Fe mostradas en la columna de pretratamiento en la Tabla 2 son una capa porosa de cinc y una capa porosa de aleacion cinc-hierro, respectivamente, formadas mediante metalizado por chorro. El metalizado por chorro se realizo usando partfculas comercializadas por Dowa Teppun Kogyo con el nombre comercial "Hierro Z" que teman un nucleo de hierro recubierto con cinc metalico o una aleacion cinc-hierro (Zn-Fe-Al). Estas partfculas que tienen un recubrimiento de cinc se usaron para formar una capa de cinc porosa y aquellas que teman un recubrimiento de aleacion cinc-hierro se usaron para formar una capa porosa de aleacion cinc-hierro.

Entre los recubrimientos lubricantes solidos mostrados en la Tabla 2, aquellas en las que el aglutinante era una resina organica (por ejemplo, una resina de poliamideimida) se sometieron, despues de la formacion del recubrimiento, a un tratamiento termico para curado durante 30 minutos a una temperatura mostrada "T" en la Tabla 2 para endurecer el recubrimiento.

Los recubrimientos lubricantes solidos en los que el aglutinante era un compuesto polimerico inorganico que teman un esqueleto Ti-O que se muestra como "Ti-O" en la Tabla 2 se formaron por aplicacion de una composicion de recubrimiento que se preparo dispersando un polvo de lubricante en una solucion de isopropoxido de titanio disuelto en un disolvente mixto 3:1:3 de xileno:alcohol butflico:tricloroetileno. Posteriormente, los recubrimientos se humidificaron dejando reposar durante 3 horas en la atmosfera, y se calentaron durante 30 minutos soplando aire caliente a 150°C.

En la Tabla 2, "M" indica la proporcion en masa del polvo lubricante a aglutinante (resina organica o compuesto polimerico inorganico) en un recubrimiento lubricante solido, y "D" indica el diametro de partfcula medio del polvo lubricante.

Los recubrimientos lubricantes lfquidos que estaban libres de un polvo de metal pesado se formaron por aplicacion de una composicion de recubrimiento mostrada en la Tabla 3 y se dejaron reposar durante 12 horas a temperatura ambiente para evaporar el disolvente.

El tratamiento superficial de las dos capas de acuerdo con la presente invencion se aplico a la superficie del elemento macho en el Ejemplo 3, a ambas superficies del elemento hembra y el elemento macho en el Ejemplo 4, y a las superficies del elemento hembra en los restantes Ejemplos.

Para comparacion, se formo una capa inferior de recubrimiento de fosfato de manganeso en el Ejemplo Comparativo 1 y la de metalizado de hierro y un fosfato de manganeso se formo en el Ejemplo Comparativo 2. Ambos se recubrieron con un recubrimiento lubricante solido. Unicamente se formo una capa inferior porosa de cinc sobre ambas superficies de los elementos macho y hembra en el Ejemplo Comparativo 3.

A modo de ejemplo, en el Ejemplo 1 mostrado en la Tabla 2, una junta roscada hecha de un acero al carbono A que tema la composicion mostrada en la Tabla 1 se sometio al siguiente tratamiento superficial. La superficie del elemento hembra se sometio a molienda mecanica (hasta una rugosidad superficial de 3 micrometros) y despues a metalizado por chorro para formar una capa porosa de cinc que tema un espesor de 12 micrometros como capa inferior. Posteriormente, un recubrimiento lubricante solido que tema un espesor de 27 micrometros se formo en la capa inferior. El recubrimiento lubricante solido comprendfa una resina de poliamideimida que contema disulfuro de molibdeno en polvo que tema un diametro de partfcula medio de 5 micrometros, y la proporcion en masa del disulfuro de molibdeno en polvo a la resina era 4:1. El recubrimiento lubricante solido resultante se sometio despues a un tratamiento termico para curarlo a 260°C durante 30 minutos para endurecer el recubrimiento. La superficie del elemento macho se sometio unicamente a molienda mecanica (hasta una rugosidad superficial de 3 micrometros).

Tambien en los Ejemplos 2 a 13 y Ejemplos Comparativos 1 a 3, el elemento macho y el elemento hembra de una junta roscada hecha de acero indicada en la Tabla 2 se sometieron al tratamiento superficial indicado en la Tabla 2 de la manera descrita anteriormente. El recubrimiento de oxalato formado sobre la superficie del elemento macho por tratamiento de conversion qmmica en el Ejemplo 12 se penso que era un recubrimiento compuesto por oxalato de hierro y oxalato de mquel.

La junta roscada tratada superficialmente en la que el elemento macho y el elemento hembra no se anclaron se ensayo

para las propiedades para evitar la oxidacion de la siguiente manera. Para las juntas roscadas de los Ejemplos 1 a 13 y

Ejemplos Comparativos 1 y 2, el elemento macho y/o el elemento hembra que tenia un recubrimiento lubricante solido o liquido formado sobre el mismo se sometio a un ensayo de pulverizacion de sal durante 336 horas de acuerdo con JIS Z2371 y despues se examino para oxidacion. Para la junta roscada del Ejemplo Comparativo 3 en la que no se formo un recubrimiento lubricante, ambos elemento macho y elemento hembra se ensayaron de la manera anterior.

5 Usando las juntas roscadas que se han sometido a ensayo de pulverizacion con sal, se repitieron el montaje y desenroscado hasta un maximo de 20 veces en las condiciones mostradas en la Tabla 4 para examinar la aparicion de deformacion y excoriacion. Para simular un pozo petrolifero en un entorno a alta temperatura, en los ciclos 11 y 16, el montaje a alta temperatura fue seguido de calentamiento durante 24 horas a 400°C, y despues la temperatura se enfrio de nuevo a temperatura ambiente, realizandose el desenroscado. En los restantes ciclos 1 a 10, 12 a 15, y 17 a 20, el 10 montaje o desenroscado se realizaron a temperatura ambiente sin calentamiento. La velocidad de montaje fue de 10 rpm y el par de montaje era 14,02 kJs (10.340 pielibras).

La Tabla 5 muestra los resultados de la deformacion y excoriacion en la repeticion del ensayo de montaje y desenroscado y la oxidacion en el ensayo de pulverizacion con sal.

15 Tabla 1

Composicion de Acero de Junta Roscada (% en peso)

(Equilibrio: Fe e impurezas inevitables)

Tipo

C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo

A

0,24 0,30 1,30 0,02 0,01 0,04 0,07 0,17 0,04

B

0,25 0,25 0,80 0,02 0,01 0,01 0,05 0,95 0,18

C

0,19 0,25 0,80 0,02 0,01 0,04 0,10 13,0 0,04

D

0,02 0,30 0,50 0,02 0,01 0,50 7,00 25,0 3,20

Tabla 2

Ejemplo

TA2 Elemento macho3 Elemento hembra4

N01

Pretratamiento Recubrimiento Lubricante Pretratamiento Recubrimiento Lubricante

Ej. 1

A Molienda (R=3) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=12) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=4) (t=27) (T=260)

Ej. 2

B Molienda (R=2) Ninguno 1. Chorro de arena (R=19) 2. Capa de Zn-Fe (t=15) Resina epoxi MoS2 (D=5, M=5) BN (D=3, M=1) (t=20) (T=230)

Ej. 3

A 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=8) Ti-O MoS2 (D=2, M=3) WS2 (D=3, M=2) (t= 10) Molienda (R=2) Ninguno

Ej. 4

D 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=8) Ti-O MoS2 (D=2, M=3) (t= 15) 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn-Fe (t=15) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=3,5) (t=35) (T=260)

Ej. Com. 5

A Molienda (R=2) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn-Fe (t=1,5) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=3) (t=25) (T=260)

Ej. 6

A Molienda (R=2) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa Zn-Fe (t=50) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=3) (t=25) (T=260)

Ej. 7

B Molienda (R=3) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa Zn (t= 15) Recubrimiento lubricante liquido A en la Tabla 3 (t=30)

Ej. 8

B Molienda (R=3) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa Zn-Fe (t= 15) Recubrimiento lubricante liquido B en la Tabla 3 (t=100)

Ej. 9

C 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=12) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=15) Resina de poliamideimida MoS2 (D=3, M=4) (t=30) (T=260)

Ej. 10

B 1. Molienda (R=3) 2. Recub. Fosfato Zn (t=20) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=15) Resina de poliamideimida MoS2 (D=3, M=4) (t=30) (T=260)

Ej. 11

C 1. Molienda (R=3) 2. Recub. Fosfato Zn (t=20) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa de Zn (t=20) Recubrimiento lubricante liquido C en Tabla 3 (t=150)

Ej. 12

C 1. Molienda (R=3) 2. Recub. oxalato (t=10) Ninguno 1. Chorro de arena (R=20) 2. Capa de Zn-Fe (t=25) Resina de epoxi MoS2 (D=5, M=4) (t=27) (T=230)

Ej. 13

A 1. Molienda (R=3) 2. Recub. Borato K (t=5) Ninguno 1. Chorro de arena (R=10) 2. Capa de Zn-Fe (t=1,5) Grafito de resina fenolica (D=2,M=4) (t=25) (T=200)

Ej. Comp. 1

A Molienda (R=3) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Recub. Fosfato Mn (t=20) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=4) (t=25) (T=200)

Ej. Comp. 2

C Molienda (R=3) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Metalizado Fe (t= 15) 3. Recub. Fosfato Mn (t=20) Resina de poliamideimida MoS2 (D=5, M=4) (t=35) (T=260)

Ej. Comp. 3

A 1. Molienda (R=2) 2. Capa de Zn (t=8) Ninguno 1. Molienda (R=3) 2. Capa Zn (t= 15) Ninguno

I-------------1---------1---------------------------------------1----------------------------------------------------------------------1----------------------------------------------------------------------1---------------------------------------------------------------------

(Notas) Ej: Ejemplo; Ej Comp.: Ejemplo Comparative 2TA: Tipo de Acero (en Tabla 1)

3,4 "Ti-O" indica un compuesto polimerico inorganico que tiene un esqueleto de Ti-O "R" indica una rugosidad superficial, Rmax (pm);

5 "D" indica el tamano de partfcula medio (pm) de un polvo lubricante;

"M" indica la proporcion en masa de polvo lubricante/aglutinante;

"t" indica el espesor de un recubrimiento (pm); y

"T" indica la temperatura (°C) de tratamiento termico para curar un recubrimiento lubricante solido.

Ejemplo Comparative

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Tabla 3

Composicion de recubrimiento para formar un recubrimiento lubricante liquido (% en peso)

Componente

Composicion de recubrimiento

A

B C

Disolvente

5 0 4 0 5 0

Lubricante base

Z-1 2 5 - 1 5

Z-2

- 2 0 -

Z-3

- - 5

Polvo de resina

Y-1 - 4 -

termoplastica

Y-2 - - 5

Agente de presion extrema

X-1 - 2 2

X-2

- 3 -

X-3

- - 3

W-1 1 0 - -

Otro lubricante

W-2 1 0 1 5 2 0

W-3 5 1 6 -

Numero de Base (mgKOH/g)

2 0 0 8 3 1 6 0

Numero de Sap. (mgKOH/g)

4 0 4 5 7 2

Disolvente: alcohol mineral (JIS K2201 4)

Lubricante base:

Z-1: Sulfonato calcico altamente basico (numero de base: 400 mgKOH/g)

Z-2: Salicilato de Mg altamente basico (numero de base: 150 mgKOH/g)

Z-3: Fenato calcico altamente basico (numero de base: 400 mgKOH/g)

Polvo de resina termoplastica:

Y-1: Polietileno en polvo (diametro de partfcula: 20 pm)

Y-2: Resina acrflica en polvo (diametro de partfcula: 2 pm)

Agente de presion extrema:

X-1: Manteca de cerdo sulfurada (S: 10%, Numero de Saponificacion 180 mgKOH/g)

X-2: Hidrgenofosfato de dilaurilo

X-3: Dialquilditiofosfato de cinc (Zn: 8%, P: 9%, S: 17%)

Otros lubricantes:

W-1: Jabon calcico de acido graso de sebo de ternera (Numero de Sap. 20 mgKHO/g)

W-2: Trioleato trimetilolpropano (Numero de Sap. 20 mgKHO/g)

W-3: Aceite mineral purificado (ISO VG46).

Numero de base y numero de saponificacion (numero sap.) son valores para el recubrimiento formado despues de la evaporation del disolvente.

5 Tabla 4

Procedimiento de montaje y desenroscado repetido

Montaje y desenroscado a temperatura ambiente (TA)

Montaje a TA ^ calentamiento durante 24 horas a 400°C ^ refrigeration a TA ^ desenroscado a TA

Montaje y desenroscado a TA

Montaje a TA ^ calentamiento durante 24 horas a 400°C ^ refrigeracion a TA ^ desenroscado a TA

Montaje y desenroscado a TA

Tabla 5

Ejemplo Aparicion de deformation o excoriation 1 (Figura: Numero de ciclos) Oxidation2

N° 3

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Elem. macho Elem. hembra

Ej. 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. 3

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

Ej. 4

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Ej. Comp. 5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A A A - A

Ej. 6

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A A - 0

Ej. 7

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A A A - 0

Ej. 8

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A A - 0

Ej. 9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. 10

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. 11

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A A A - 0

Ej. 12

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. 13

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0

Ej. Comp. 1

0 0 A A A X X

Ej. Comp. 2

0 0 0 A A A X X

Ej. Comp 3

X 0 0

Ciclos 1 - 10 Ciclo 11

Ciclos 12 - 15 Ciclo 16

Ciclos 17 - 20

5

10

15

20

25

30

35

40

45

(Notas) 1)O: No hay deformacion o excoriacion;A: Ligera deformacion (reparable); X: Excoriacion (irreparable);-: No realizado

2) O: Sin oxidacion;A: Oxidacion ligera aunque no problematico;

X: Oxidacion significativa (problematico);-: No ensayado

3) Ej: Ejemplo; Ej. Comp: Ejemplo Comparativo * Ejemplo Comparativo

Como puede observarse en la Tabla 5, las juntas roscadas de los Ejemplos 1 a 13 en los que el elemento hembra y/o el elemento macho se han sometido a tratamiento superficial de acuerdo con la presente invencion han mejorado la resistencia a excoriacion y propiedades para evitar la oxidacion. Respecto a las propiedades para evitar la oxidacion, se observo una ligera oxidacion en el ensayo de pulverizacion de sal en el Ejemplo 5 en el que la capa inferior porosa de aleacion de cinc-hierro tenia un espesor pequeno de 1,5 micrometros, aunque no era de una extension problematica. En este Ejemplo 5, y en el Ejemplo 6 en el que la capa inferior tenia un gran espesor de 50 micrometros, asf como en los Ejemplos 7, 8 y 11 en los que el recubrimiento lubricante era lfquido, ocurrio una ligera deformacion durante el montaje en los ciclos 18 o 19 y posteriormente en el ensayo repetido de montaje y desenroscado, aunque el ensayo pudo realizarse hasta el final del ciclo 20 realizando un procedimiento de reparacion normal. A partir de los resultados de los Ejemplos 7, 8 y 11 se estima que un recubrimiento lubricante lfquido de cinc de polvo pesado tiene una lubricidad ligeramente menor que un recubrimiento lubricante solido.

En los Ejemplos Comparativos 1 y 2 en los que la capa inferior estaba compuesta por fosfato de manganeso o una combinacion de metalizado con hierro y fosfato de manganeso, se observo oxidacion en toda la superficie en el ensayo de pulverizacion con sal. Adicionalmente, aunque la capa inferior de fosfato de manganeso era una capa porosa, ocurrio excoriacion en el ciclo 11 o 12 en el ensayo repetido de montaje y desenroscado, y el ensayo tenia que detenerse en ese ciclo. Parece que la excoriacion ocurrfa facilmente por oxidacion, lo que provocaba que el recubrimiento lubricante se separara facilmente y la superficie del sustrato tuviera una rugosidad aumentada.

En el Ejemplo Comparativo 3 no se observo oxidacion en el ensayo de pulverizacion con sal. Sin embargo, ocurrio excoriacion en el ciclo 6 en el ensayo repetido de montaje y desenroscado. Se confirmo que la excoriacion no podia evitarse mediante metalizado por chorro en la capa de cinc porosa sola en la tecnica anterior a menos que se recubriera con una grasa compuesta convencional que contenfa un polvo de metal pesado.

Aplicabilidad Industrial

Una junta roscada de acuerdo con la presente invencion presenta lubricidad, propiedades para evitar la oxidacion, y hermeticidad a gas mejoradas sin aplicacion de un lubricante de grasa que contiene un polvo de metal pesado tal como una grasa compuesta. Adicionalmente, estas propiedades se mantienen a una alta temperatura, aunque sin una grasa compuesta. Como resultado, incluso en los casos en los que se usa para conectar tuberfas de pozo petrolffero a una alta temperatura en el pozo petrolffero, tal como un pozo profundo o un pozo al que se ha inyectado vapor, es posible eliminar o minimizar la aparicion de excoriacion durante la repeticion del montaje y desenroscado y mantener una buena hermeticidad a gas sin una posible contaminacion ambiental por polvo de metal pesado.

La presente invencion se ha descrito con respecto a ciertas realizaciones y la descripcion mostrada anteriormente es simplemente para ilustracion y no pretende restringir la presente invencion. Los especialistas en la tecnica entenderan que pueden realizarse numerosas variaciones y modificaciones en la invencion descrita anteriormente.

Claims (7)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   REIVINDICACIONES

   1. Una junta roscada para tuberfas de acero que comprende un elemento macho (1) y un elemento hembra (2) capaces de ajustarse entre si, teniendo el elemento macho (1) una parte roscada externamente (3A) y una parte de contacto metalica no roscada (4) con una superficie de ajuste, y teniendo el elemento hembra (2) una parte roscada internamente (3B) y una parte de contacto metalica no roscada, (4) como superficie de ajuste, donde la superficie de ajuste de al menos uno del elemento macho y el elemento hembra esta recubierta con una capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc que tiene una rugosidad superficial de 5 a 40 pm indicada por Rmax y un recubrimiento lubricante superior que es un recubrimiento solido.
2. 2. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion1 donde la capa inferior porosa de cinc o aleacion de cinc y el recubrimiento lubricante superior estan formados sobre la superficie de ajuste de uno del elemento macho y el elemento hembra.
3. 3. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 2 donde la superficie de ajuste del otro elemento macho o hembra tiene uno o mas recubrimientos seleccionados entre la capa porosa de cinc o aleacion de cinc, un recubrimiento metalizado metalico, un recubrimiento de fosfato, un recubrimiento de oxalato, y un recubrimiento de borato.
4. 4. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 1 donde la capa porosa de cinc o aleacion de cinc tiene un espesor de 5 a 40 micrometros.
5. 5. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 1 donde la capa porosa de cinc o aleacion de cinc se forma mediante metalizado por impacto.
6. 6. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 5 donde el metalizado por impacto esta representado por un metalizado por chorro.
7. 7. Una junta roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde el recubrimiento lubricante solido comprende un polvo que presenta una accion de lubricacion de solido disperso en un aglutinante organico o inorganico.