ES2349166T3 - Junta roscada para tuberías de acero. - Google Patents
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Abstract
Una junta roscada para tuberías de acero que comprende una punta (1) y una caja (2), teniendo la punta una rosca macho (11), una superficie de sellado (13), y una superficie sobresaliente (14), teniendo la caja una rosca hembra (21), una superficie de sellado (23) y una superficie sobresaliente (24), estando la rosca macho interengranada con la rosca hembra, interfiriendo la superficie de sellado de la punta radialmente con la superficie de sellado correspondiente de la caja, y estando la superficie sobresaliente de la punta apoyada axialmente con la superficie sobresaliente correspondiente de la caja, en la que (i) la superficie sobresaliente de la punta se proporciona en una cara terminal de la punta, (ii) la superficie de sellado de la punta se localiza sobre un lado terminal de la tubería cerca de la rosca macho, (iii) una parte delantera (15) se proporciona sobre la punta, entre la superficie de sellado y la superficie sobresaliente, no estando en contacto dicha parte delantera con la parte de la caja orientada hacia la parte delantera de la punta, el ahusado de la superficie delantera es entre 2 y 25 grados y la superficie de sellado (13) de la punta se dispone radialmente hacia dentro, como se mide desde el eje de la punta de (i) la tangente (61) a la cresta de la rosca macho y el ápice de la punta y (ii) la línea de extensión (62) del valle de la rosca macho, caracterizada por que hay una discontinuidad de la superficie entre la superficie de sellado y la superficie externa de dicha parte delantera.
Description
Junta roscada para tuberías de acero.
La presente invención se refiere, en general, a
una junta roscada para su uso en la conexión de tuberías de acero,
tales como tuberías de pozo petrolífero u OCTG (bienes tubulares
para exploración y explotación petrolera) incluyendo tuberías y
carcasas, tuberías elevadoras y tuberías lineales para su uso en la
exploración y producción de pozos petrolíferos y pozos de gas y,
particularmente, a una junta roscada para tuberías de acero que
tiene una estabilidad excelente con respecto a la presión externa y
resistencia a compresión.
Las juntas roscadas se usan ampliamente para
conectar tuberías de acero, tales como OCTG y tuberías elevadoras,
para su uso en equipos industriales de producción de petróleo.
En el pasado, las juntas roscadas convencionales
especificadas por las normas API (Instituto de Petróleo Americano)
se usaban típicamente para conectar tuberías de acero, para su uso
en la exploración y producción de petróleo y gas. Sin embargo, en
años recientes, los entornos en los que tiene lugar la exploración y
producción de crudo de petróleo y gas natural, se han hecho cada
vez más severos, por lo que las juntas roscadas de alto rendimiento
especiales, denominadas juntas premium, se están usando cada vez
más.
Una junta premium normalmente comprende, en cada
tubería, una rosca ahusada, una parte de sello de metal a metal, es
decir, una superficie de sellado que tiene la capacidad de formar un
sello cuando está en contacto íntimo con el sello de metal a metal
del otro miembro de la junta, y una parte sobresaliente de par de
torsión, es decir, una superficie sobresaliente que funciona como
un elemento de detención durante la constitución de la junta.
En el pasado, puesto que los pozos verticales
eran los más habituales, una junta roscada para OCTG podía funcionar
adecuadamente siempre y cuando pudiera soportar una carga de
tracción debido al peso de las tuberías fijadas a la misma y
pudiera evitar las fugas de un fluido de alta presión que pasa a
través de su interior. En años recientes, sin embargo, debido a que
los pozos se están haciendo más profundos, debido a que el número de
pozos direccionales y pozos horizontales que tienen una perforación
de pozo curvada está aumentando y debido al desarrollo de pozos en
entornos severos, tales como en alta mar o en mayores latitudes, ha
aumentado, se requiere una variedad más amplia de propiedades para
las juntas roscadas, tal como resistencia a compresión, resistencia
a torsión, hermeticidad contra la presión externa y facilidad de
manipulación en el campo.
Las Figuras 2(a) y 2(b) son vistas
explicativas esquemáticas de una junta premium de tipo de
acoplamiento ordinario para OCTG, que comprende un miembro roscado
externamente 1 (denominado posteriormente como miembro de punta o
simplemente punta, y un miembro roscado internamente correspondiente
2 (denominado posteriormente como miembro de caja o simplemente
caja).
El miembro de punta 1 tiene, en su superficie
exterior, una rosca macho 11 y una parte no roscada 12, denominada
reborde, que se localiza en el extremo de la punta 1 y es adyacente
a la rosca macho 11. El reborde 12 tiene una parte de sello de
metal a metal 13 en la superficie periférica externa del reborde y
una parte sobresaliente de par de torsión 14 en la cara terminal
del reborde.
El miembro de caja correspondiente 2 tiene, en
su superficie interna, una rosca hembra 21, una parte de sello de
metal a metal 23 y una parte sobresaliente de par de torsión 24, que
son porciones capaces de adaptarse o entrar en contacto con la
rosca macho 11, la parte de sello de metal a metal 13 y la parte
sobresaliente de par de torsión 14, respectivamente, de la punta
1.
La Figura 3 es un diagrama esquemático que
ilustra la forma y dimensiones de una rosca trapezoidal,
ejemplificada por una rosca de refuerzo API. La mayor parte de las
roscas para uso en juntas premium son roscas trapezoidales
modeladas sobre esta rosca de refuerzo API. La mayoría de las roscas
copian casi directamente las dimensiones de la rosca de refuerzo
API con respecto a la relación de aspecto de los dientes de la
rosca, el ángulo del flanco y otras características.
En la Figura 3, si la rosca es una rosca de
refuerzo API que tiene un paso de rosca de 5 TPI (5 roscas por
pulgada), por ejemplo, la altura de rosca 74 es 1,575 mm, la carga
del ángulo del flanco 71 es 3 grados, el ángulo del flanco de
perforación 72 es 10 grados y el hueco axial 73 entre los flancos de
perforación es de aproximadamente 100 \mum (es decir, de 30 a 180
\mum) como media.
Se proporciona un solapamiento en la dirección
radial denominado interferencia entre las superficies de sellado de
la punta y la caja. Cuando la junta se aprieta hasta que las
superficies sobresalientes de la punta y la caja se apoyan unas en
otras, las superficies de sellado de los dos miembros se ponen en
contacto íntimo entre sí sobre toda la circunferencia de la junta
para formar un sello.
Las superficies sobresalientes funcionan como
elementos de detención durante el apriete, y pueden soportar casi
toda la carga de compresión aplicada a la junta. Por lo tanto, no
pueden resistir una gran carga de compresión a menos que el espesor
de la pared de las superficies sobresalientes sea grande (o a menos
que la rigidez de los salientes sea alta).
Cuando se aplica presión externa a una junta
premium convencional, tal como se ha descrito anteriormente, la
presión externa aplicada penetra a través de los huecos entre las
roscas hasta una porción 31, mostrada en la Figura 2, justo antes
de las partes del sello.
El espesor de pared de un reborde es mucho más
fino que el de un cuerpo de tubería, por lo que puede experimentar
una disminución de radio debido a la presión externa penetrante. A
media que la presión externa aumenta, se forma un hueco entre las
superficies de sellado, dando como resultado una fuga, es decir, una
situación en la que el fluido externo entra en el interior de una
tubería.
Si se aplica una carga de compresión a una junta
premium en situaciones tales como cuando una OCTG se dispone en un
pozo horizontal o pozo direccional, puesto que la mayor parte de las
juntas tienen un hueco relativamente grande entre los flancos de
perforación, como es el caso con la rosca de refuerzo API descrita
anteriormente, las roscas tienen una escasa capacidad para resistir
las cargas de compresión, por lo que la mayor parte de una carga de
compresión la soportan los salientes.
Sin embargo, el espesor de pared (el área que
soporta la carga para una carga de compresión) de una superficie
sobresaliente normalmente es mucho menor que el de un cuerpo de
tubería. Por lo tanto, si se aplica una carga de compresión
equivalente al 40 al 60% del límite elástico del cuerpo de la
tubería, la mayor parte de las juntas premium experimentan una
deformación plástica considerable de la parte sobresaliente del par
de torsión de la caja, dando como resultado una reducción
significativa en la hermeticidad de las superficies de sellado
adyacentes.
La hermeticidad de una junta con respecto a la
presión externa puede mejorarse aumentando la rigidez de la punta
para aumentar su resistencia a la deformación por contracción
radial. Para este fin, a menudo se usa un método en el que un
proceso de trabajo para reducir el diámetro del extremo de la
tubería, denominado embutición, se realiza previamente para
aumentar el espesor de la pared del reborde.
Sin embargo, si la cantidad de embutición es
demasiado grande, en el caso de la carcasa, una tubería que se
inserta en la carcasa puede caer en la parte embutida y, en el caso
de una tubería, la parte embutida puede provocar turbulencia en un
fluido, tal como el crudo de petróleo que fluye por el interior de
la tubería y provocar erosión. Por lo tanto, el espesor de la pared
de la pared del reborde de la punta no puede aumentarse mucho por
embutición.
Otras técnicas convencionales para aumentar la
rigidez del extremo de una punta para mejorar su hermeticidad se
describen en la Patente de Estados Unidos Nº 4.624.488 y la Patente
de Estados Unidos Nº 4.795.200. Estas patentes describen técnicas
en las que la hermeticidad se aumenta proporcionando una parte
cilíndrica que no está en contacto con una caja en el extremo de la
superficie de sellado de una punta, tal como para aumentar la
rigidez con respecto a la deformación por contracción radial de la
periferia de la superficie de sellado de la punta y hacer contacto
con las superficies de sellado de una junta uniformemente.
Con una junta de tubería, incluso si se realiza
la embutición, es necesario proporcionar una junta ahusada como una
superficie de sellado y una superficie sobresaliente dentro de un
espesor de pared limitado. Sin embargo, en la técnica anterior
descrita anteriormente, la superficie sobresaliente debe disponerse
en una localización distinta del reborde porque el extremo de la
punta no se apoya en la caja, por lo que el espesor de pared del
reborde se reduce necesariamente.
De esta manera, hay un límite a la extensión en
la que la rigidez del reborde puede aumentarse, tal como para
resistir una disminución en el radio provocada por la presión
externa y la hermeticidad con respecto a la presión externa no
puede mejorarse significativamente. Además, debido a que a la
superficie sobresaliente no se le puede dar una anchura radial
suficiente, no puede conseguirse un alto nivel de resistencia a
compresión y la hermeticidad es mala bajo una combinación de
compresión y presión externa.
Las técnicas para dar a una rosca la capacidad
de soportar una carga de compresión para mejorar la resistencia a
compresión se describen en la Patente de Estados Unidos Nº 5.829.797
y la Patente de Estados Unidos Nº 5.419.595, por ejemplo. La
Patente de Estados Unidos Nº 5.829.797 describe roscas en las que
los flancos de carga y los flancos de perforación de roscas
trapezoidales entran en contacto entre sí y se proporcionan huecos
radiales tanto en los valles de la rosca como en las crestas de la
rosca. Esta rosca tiene una capacidad muy alta de soportar una
carga de compresión porque los flancos de perforación están siempre
en contacto.
La Patente de Estados Unidos Nº 5.419.595
describe una rosca en la que el hueco entre los flancos de
perforación de las roscas trapezoidales se reduce a 30 \mum o
menor, de manera que los flancos de perforación se ponen en
contacto entre sí sólo cuando se aplica una carga de compresión.
Aunque la capacidad de esta rosca para soportar una carga de
compresión es menor que la de la rosca descrita en la Patente de
Estados Unidos Nº 5.829.797, es mucho mayor que la de la rosca de
refuerzo ordinaria.
Sin embargo, con la rosca descrita en la Patente
de Estados Unidos Nº 5.829.797, si la anchura de los dientes de
rosca varía, pueden ocurrir grandes variaciones en la resistencia a
compresión, propiedades anti-desgaste, constitución
del par de torsión y otras propiedades. Por lo tanto, es necesario
hacer que las tolerancias de fabricación sean extremadamente
pequeñas y, como resultado, esta rosca tiene el problema de que no
es adecuada para la producción en masa y es extremadamente cara de
fabricar.
La Patente de Estados Unidos Nº 5.419.595 tiene
un problema similar. En concreto, el hueco entre los flancos de
perforación debe ajustarse a un valor de 0 a 30 m. En este caso, las
variaciones permisibles en la anchura del diente de rosca macho y
el diente de rosca hembra son, cada una, de sólo \pm 7,5 \mum,
de manera que los cortes de rosca se hacen extremadamente caros e
inadecuados para producción en masa.
Los documentos GB 1.220.856 y JP
58-157087 describen una junta roscada de acuerdo con
la sección de precaracterización de la reivindicación 1.
El documento US 4.548.431 describe un manguito
roscado para miembros de tubería de perforación con barrena en
tierra, que tiene características que aumentan la cantidad de par de
torsión requerido para realizar la conexión. El manguito roscado
tiene tanto salientes de constitución externos como internos. La
punta y caja se dimensionan de manera que la cara de la caja está
en contacto con el saliente externo, mientras que hay aún una
holgura entre la cara de la punta y el saliente interno. A un par de
torsión de constitución normal, el saliente externo se apretará a
su cantidad normal. El saliente interno se apretará hasta su límite
sólo si se encuentra un par de torsión adicional mientras se
perfora. El saliente interno se añade a la cantidad de par de
torsión requerido para producir la conexión del manguito
roscado.
Los documentos JP 08-247351 y CN
2366656 Y describen un tipo de acoplamiento de la junta para
tuberías de pozo petrolífero, que incluye partes no roscadas para
formar un sello.
El objeto de la presente invención es resolver
los problemas de la técnica anterior descritos anteriormente y
proporcionar una junta roscada para tuberías de acero que tenga una
excelente resistencia a compresión y que mejore en gran medida la
hermeticidad global con respecto a la presión externa, no sólo
cuando se somete a presión externa sino también cuando se somete a
una carga combinada de compresión y presión externa o tensión y
presión externa.
La presente invención proporciona una junta
roscada para tuberías de acero que comprende una punta y una caja,
teniendo la punta una rosca macho, un superficie de sellado y una
superficie sobresaliente, teniendo la caja una rosca hembra, una
superficie de sellado y una superficie sobresaliente,
interengranándose la rosca macho con la rosca hembra, interfiriendo
radialmente la superficie de sellado de la punta con la superficie
de sellado correspondiente de la caja y apoyándose la superficie
sobresaliente de la punta axialmente en la superficie sobresaliente
correspondiente de la caja, en la que (i) la superficie
sobresaliente de la punta se proporciona en una cara terminal de la
punta; (ii) la superficie de sellado de la punta se localiza en un
lado del extremo de la tubería, cerca de la rosca macho; (iii) una
parte delantera (15) se proporciona sobre la punta, entre la
superficie de sellado y la superficie sobresaliente, no entrando en
contacto dicha parte delantera con la parte de la caja orientada
hacia la parte delantera de la punta, siendo el ahusado de la
superficie de sellado entre 5 y 25 grados y disponiéndose la
superficie de sellado (13) de la punta radialmente hacia dentro,
como se mide desde el eje de la punta de (i) la tangente (61) a la
cresta de la rosca macho y el ápice de la punta y (ii) la línea de
extensión (62) del valle de la rosca macho, caracterizado por que
hay una discontinuidad de la superficie entre la superficie de
sellado y la superficie externa de dicha parte delantera.
La Figura 4 es una ilustración esquemática de un
reborde usado en los estudios básicos realizados en conexión con la
presente invención.
Para conseguir el objeto descrito anteriormente,
los presentes inventores realizaron un análisis por elementos
finitos con respecto a los siguientes cuatro factores de diseño,
para determinar la forma de un reborde, de una junta premium que
tiene la estructura descrita anteriormente: (1) el espesor del
reborde 41, (2) la longitud del reborde 42, (3) el ángulo del
saliente 43 y (4) el ahusado del sello (ahusado de la superficie de
sellado) 44. Para cada factor, investigaron su efecto sobre la
hermeticidad con respecto a la presión externa.
Como resultado, se encontró que el espesor del
reborde 41 y la longitud del reborde 42 tenían el mayor efecto
sobre la hermeticidad con respecto a la presión externa y que cuanto
más grueso sea el espesor del reborde y más larga la longitud del
reborde, más marcada es la mejora de hermeticidad con respecto a la
presión externa.
Se encontró que para mejorar la resistencia a
compresión, el espesor del reborde se aumenta preferiblemente tanto
como sea posible. Como para el ángulo del saliente 43, la
hermeticidad bajo una carga combinada de compresión y presión
externa se mejora si el ángulo del saliente de una punta es tal que
una parte externa del saliente de una punta se ahúsa para formar
una superficie sobresaliente con forma de gancho como se representa
(denominándose dicho ángulo más adelante como ángulo de gancho).
Sin embargo, dicho ángulo de saliente da como resultado un mayor
daño a la superficie sobresaliente de un miembro de caja mediante
una carga de compresión. Por lo tanto, si se proporciona un ángulo
de saliente, la superficie sobresaliente del miembro de caja se
refuerza preferiblemente, o una rosca que tiene una alta capacidad
de soportar una carga de compresión se usa preferiblemente.
Se encontró que el ahusado del sello 44 sólo
tiene un pequeño efecto sobre la hermeticidad con respecto a la
presión externa. Sin embargo, si el ahusado del sello es demasiado
grande, la presión de contacto sobre el sello (presión del sellado)
se reduce notablemente cuando se aplica tensión y si el ahusado del
sello es demasiado pequeño, ocurre desgaste sobre las superficies
de sellado debido a un aumento en la distancia de deslizamiento
durante la constitución y rotura.
Basándose en los resultados anteriores, los
presentes inventores se dieron cuenta de que si se aumentaba tanto
el espesor del reborde como la longitud del reborde (se alargaba)
tanto como fuera posible, la hermeticidad con respecto a la presión
externa puede mejorarse considerablemente y que la resistencia a
compresión puede mejorarse al mismo tiempo.
Con respecto a las roscas, la aplicación de
técnicas convencionales de las Patentes de Estados Unidos Nº
5.829.797 y 5.419.595 a la forma de la rosca es mejor si sólo se
tiene en cuenta la resistencia a compresión. Sin embargo, estas
técnicas convencionales tienen los problemas descritos anteriormente
y no son adecuadas para producción en masa.
Los presentes inventores se dieron cuenta de
que, puesto que la resistencia a compresión por el propio saliente
puede mejorar considerablemente mediante la forma del reborde
descrita anteriormente, que tiene un espesor de reborde aumentado,
incluso aunque no se empleen roscas de rendimiento
ultra-alto que no se producen fácilmente, la
resistencia a compresión de una junta global puede mejorar
significativamente empleando roscas de alto rendimiento que se
produzcan fácilmente.
Basándose en esta idea, los presentes inventores
realizaron la investigación de la realización respecto al hallazgo
de que cuanto más larga sea la longitud de reborde, mejor será la
hermeticidad con respecto a la presión externa. Como resultado, se
encontró que las superficies de sellado de la punta y la caja están
en contacto sólo en el lado inferior de la misma (el lado más cerca
de las roscas), mientras que un aumento en el volumen de la parte
restante que no hace contacto del reborde desde el extremo de la
parte en contacto a la punta del reborde sirve para aumentar la
rigidez del reborde contra la presión externa.
En la realización de la Figura 4, que no
representa la presente invención, incluso si aumenta la longitud
del reborde, puesto que la parte que no está en contacto del reborde
desde el extremo de la superficie de sellado a la punta del reborde
se ahúsa, aumentar la longitud del reborde no aumenta
significativamente el volumen de la parte que no está en contacto
del reborde e indeseablemente da como resultado una disminución en
el área de la superficie sobresaliente, disminuyendo de esta manera
la capacidad de la parte sobresaliente para soportar una carga de
compresión. Por lo tanto, la forma del reborde se cambió a la
mostrada en la Figura 1.
En la Figura 1, para aumentar el espesor de la
pared de la superficie del reborde tanto como sea posible y
aumentar el volumen de la parte que no está en contacto del reborde
desde la superficie de sellado al extremo del reborde tanto como
sea posible, una parte 15 (denominada más adelante parte delantera)
de un reborde 12 entre una parte de sellado 13 y una parte
sobresaliente 13 de un miembro de punta 1 se hace casi cilíndrica y
la superficie externa de la parte delantera 15 se hace para que no
haga contacto con un miembro de caja 2.
Dando al reborde dicha forma, el espesor de
pared de la superficie sobresaliente y el espesor de pared de la
superficie de sellado aumentan satisfactoriamente tanto como sea
posible dentro de un espesor de pared limitado de la tubería. Sin
embargo, debido a errores de fabricación, la sección transversal de
la tubería no es un círculo perfecto sino que tiene variaciones u
ovalidades en el espesor de la pared. Por lo tanto, puede formarse
un chaflán 16 sobre el borde interno de la parte terminal de la
punta mediante una cantidad correspondiente a la tolerancia en
fabricación de la tubería para asegurar que el borde interno del
extremo de la punta no sobresaldrá más allá de un círculo perfecto
de un diámetro predeterminado centrado sobre el eje de la junta. En
dicho caso, el borde interno de la caja 2 también puede tener un
chaflán correspondiente 26 como se describirá posteriormente.
Sobre la punta, si la rosca se proporciona tan
cerca como sea posible a la superficie de sellado, la rigidez del
reborde de la punta contra la presión externa se aumenta
adicionalmente y, por lo tanto, la hermeticidad con respecto a la
presión externa aumenta también.
Este concepto es bastante diferente del de la
técnica anterior descrito en la Patente de Estados Unidos Nº
4.624.488 y la Patente de Estados Unidos Nº 4.795.200, en que el
extremo de la punta se usa como una superficie sobresaliente y, por
lo tanto, el espesor del reborde puede aumentarse en gran medida
comparado con la técnica anterior en la que la superficie
sobresaliente está en una localización diferente.
Además, debido a que el espesor de pared de la
parte delantera puede aumentar tanto como sea posible, la
hermeticidad con respecto a la presión externa puede aumentar en
gran medida, simplemente aumentando ligeramente la longitud axial
de la parte delantera (denominada más adelante la longitud
delantera).
Adicionalmente, la superficie sobresaliente
puede ampliarse, y la parte sobresaliente puede conseguir su máxima
capacidad de soporte de una carga de compresión. En consecuencia, si
la capacidad de soporte de una carga de compresión es algo mayor
que la de la rosca de refuerzo, la resistencia a compresión de la
junta roscada puede mejorarse considerablemente empleando el
reborde que tiene la parte delantera.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que
ilustra las formas de un reborde y la periferia del reborde de una
junta roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente
invención.
Las Figuras 2(a) y 2(b) son vistas
explicativas esquemáticas de una junta premium de tipo de
acoplamiento ordinario para OCTG, en las que la Figura 2(a)
es una vista ampliada de una parte de la Figura 2(b) y la
Figura 2(b) es una vista global en corte.
La Figura 3 es una vista esquemática que ilustra
la forma y las dimensiones de una rosca trapezoidal ejemplificada
por una rosca de refuerzo API.
La Figura 4 es una vista explicativa esquemática
de los factores que determinan la forma de un reborde usado en
estudios básicos en conexión con la presente invención.
La Figura 5 es una vista explicativa esquemática
de los factores que definen las formas del reborde y la periferia
del reborde de una junta roscada para tuberías de acero de acuerdo
con la presente invención.
La Figura 6 es una vista explicativa esquemática
de las formas del reborde y la periferia del reborde de una junta
roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención,
en la que una superficie sobresaliente está en ángulo.
La Figura 7(a) es una vista explicativa
esquemática que muestra relación posicional entre el diámetro
interno entre un surco de caja y una línea que se extiende desde el
valle de una rosca hembra, y la Figura 7(b) es una vista
explicativa esquemática que muestra la relación posicional entre una
superficie de sellado de una punta y una línea que se extiende
desde el valle de una rosca macho o una tangente a la rosca macho y
la parte delantera.
La Figura 8 es un diagrama esquemático que
ilustra otra realización de la presente invención, en la que se
proporciona un segundo saliente en cada cara terminal de una
caja.
La Figura 9 es un diagrama esquemático que
ilustra otra realización de la presente invención, en la que se
proporciona un segundo sello en un extremo de una caja.
La Figura 10 es un diagrama esquemático que
muestra un ejemplo de una realización de la presente invención, en
la que una junta de la presente invención se proporciona sobre un
miembro de punta, cuyo extremo se ha sometido a embutición.
La Figura 11 es un diagrama esquemático que
ilustra una junta integral.
La Figura 12 es un diagrama esquemático que
ilustra la secuencia en la que se aplica una carga a una muestra
durante el análisis FEM de los ejemplos.
La Figura 13 es una vista explicativa
esquemática de una junta premium convencional usada como un ejemplo
comparativo.
La Figura 14 es un diagrama esquemático que
ilustra otra realización en la que la rosca macho comprende una
parte de rodaje donde la envoltura del valle de la rosca macho tiene
un ahusado reducido comparado con el del ahusado de la rosca.
La Figura 15 es un diagrama esquemático de otra
realización que tiene una superficie de sellado
tórico-cónica en la caja, que coopera con la
superficie ahusada de la punta.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se describirá ahora con
mayor detalle con referencia a las figuras y con respecto a las
realizaciones preferidas. En las figuras, los mismos miembros o
partes de una junta tienen los mismos números de referencia.
Las Figuras 1 y 5 son vistas explicativas
esquemáticas de una junta roscada para tuberías de acero de acuerdo
con la presente invención, que comprende un miembro de punta 1 y un
miembro de caja 2 conectados entre sí mediante una conexión
roscada. El miembro de punta 1 tiene una rosca macho 11, al menos
una superficie de sellado 13 y al menos una superficie
sobresaliente 14 formada sobre la parte terminal de una tubería. El
miembro de caja 2 tiene una rosca hembra 21, al menos una
superficie de sellado 23 y al menos una superficie sobresaliente 24
correspondiente a (capaz de ajustarse o de ponerse en contacto con)
la rosca macho 11, la superficie de sellado 13 y la superficie
sobresaliente 14, respectivamente, del miembro de punta 1 formado
sobre el extremo de una tubería. Esta junta es un tipo de junta
premium.
En dicha junta roscada para tuberías de acero,
la constitución se completa cuando la superficie sobresaliente 14
en la cara terminal del miembro de punta 1 se apoya contra la
superficie sobresaliente correspondiente 24 del miembro de caja
2.
De acuerdo con la presente invención, el miembro
de punta tiene una parte delantera 15 que no entra en contacto con
la parte correspondiente del miembro de caja 2 (es decir, la parte
de la caja 2 orientada hacia la parte delantera 15 de la punta 1).
La parte delantera 15 se localiza entre la superficie de sellado 13
(que está localizada sobre la periferia externa del miembro de
punta más cerca del extremo del miembro de punta que la rosca macho
del miembro de punta) y la superficie sobresaliente 14 (que está
localizada en la cara terminal del miembro de punta). Como
resultado, puesto que la longitud del reborde 12 aumenta sin una
disminución en la superficie sobresaliente 14, la hermeticidad de
la junta contra la presión externa puede mejorar significativamente.
Además, proporcionando la rosca macho 11 en las proximidades (y,
preferiblemente, en la cercanía inmediata) de la superficie de
sellado 13 de la punta 1, aumenta la rigidez del reborde 12 contra
las reducciones de diámetro, y la hermeticidad contra la presión
externa aumenta adicionalmente.
Con referencia a la Figura 5, en una realización
preferida de la presente invención, se ha encontrado que una junta
roscada para tuberías de acero, que tiene la configuración descrita
anteriormente, puede mejorarse especificando su forma y
dimensiones.
En concreto, los presentes inventores realizaron
estudios sobre los intervalos de dimensiones y formas de cada parte
para obtener, de una forma más eficaz, los efectos descritos
anteriormente de la presente invención.
Para una junta premium normal, se requiere una
resistencia a compresión equivalente a aproximadamente el 20% del
límite elástico del cuerpo de la tubería, aunque algunos pozos
requieren una resistencia a compresión equivalente a más del 60%
del límite elástico.
Se aplica una carga de compresión no sólo a la
parte sobresaliente, sino también a la rosca. Si se emplea una
rosca que tiene una mayor capacidad de soporte de carga de
compresión, la carga en la parte sobresaliente puede reducirse
correspondientemente. Sin embargo, si el espesor del reborde 41 (el
espesor de la pared de la punta en el centro de la región de
contacto con el sello 50) tiene una proporción de espesor de reborde
(proporción del espesor del reborde al espesor de la pared del
cuerpo de la tubería) de al menos el 25% y, preferiblemente, al
menos el 50%, puede obtenerse una resistencia a compresión
suficiente mediante el reborde solo (sin el uso de una rosca que
tenga una alta capacidad de soporte de carga de compresión).
El límite superior de la proporción de espesor
de reborde puede aumentarse aproximadamente un 85% (del espesor de
la pared del cuerpo de la tubería), si se realiza la embutición
descrita más adelante.
Puesto que la hermeticidad con respecto a la
presión externa mejora a medida que aumentan el espesor de la parte
de sellado y la parte delantera del reborde, el ángulo 46 del
chaflán 16 proporcionado sobre la superficie interna del extremo
del reborde es preferiblemente de 9 a 76 grados respecto al eje de
la junta.
Sin embargo, un cambio abrupto en el diámetro
interno de la tubería puede provocar turbulencia y erosión, de
manera que el diámetro interno 48 de la caja se ajuste para que sea
casi igual al diámetro interno 49 del reborde de la punta, y un
chaflán 26 que tiene un ángulo de chaflán 47 y una forma similar a
la de la punta se proporciona sobre la periferia interna de la
superficie sobresaliente de la caja. De esta manera, el ángulo de
chaflán de la parte de caja está preferiblemente en el intervalo de
104 a 171 grados por las mismas razones dadas con respecto al
chaflán de la punta.
De esta manera, el cambio en el diámetro de la
junta se minimiza, por lo que la aparición de turbulencia puede
evitarse y, al mismo tiempo, la parte sobresaliente de la caja se
refuerza. Por lo tanto, la extensión de una carga de compresión
capaz de ser soportada por las partes sobresalientes aumenta para
mejorar la resistencia a compresión de la junta.
La longitud delantera 45 depende del tamaño de
la tubería, aunque es aproximadamente de 4 mm a 20 mm para el
tamaño de las tuberías usadas como OCTG (que tiene un diámetro
externo de aproximadamente 50 a 550 mm).
Como se ha indicado anteriormente, cuanto más
larga sea la longitud delantera será mejor, pero el efecto de
mejorar la hermeticidad se satura cuando la longitud delantera
alcanza un cierto nivel, por lo que una longitud delantera máxima
de 20 mm es adecuada para un producto real.
Preferiblemente, cuando las roscas macho y
hembra son roscas ahusadas, la rosca macho comprende, en el lado de
la superficie de sellado de la rosca, una parte de rodaje que se
forma por primera vez durante el corte de la rosca para hacer la
rosca macho. En esta parte de rodaje, la envoltura del valle de la
rosca macho tiene un ahusado reducido comparado con el del ahusado
de la rosca (véase la Figura 14). Dicho ahusado reducido de la
envoltura del valle de la rosca en la parte de rodaje produce varios
beneficios: facilidad de mecanizado de la superficie de sellado de
la punta sin arañazos y un aumento en la rigidez del reborde, siendo
así más fuerte a la presión externa. Preferiblemente, como se
describe posteriormente, la parte de rodaje de la rosca macho no se
engrana con las roscas hembra. Más preferiblemente, una envoltura de
los valles de rosca macho en la parte de rodaje es una superficie
cilíndrica.
La forma de la superficie de sellado de la punta
o caja puede ser:
(i) una superficie ahusada resultante de la
rotación alrededor del eje de la junta de una línea recta inclinada
respecto al eje, o
(ii) una superficie abombada resultante de la
rotación alrededor del eje de la junta de una curva y, más
particularmente, una superficie tórica si la curva es un aro
circular o
(iii) una superficie
tórico-cónica resultante de la rotación alrededor
del eje de la junta de una línea combinada de la línea recta
inclinada y el arco circular.
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Preferiblemente, la superficie de sellado de una
de la punta y la caja (por ejemplo, la de la punta) es una
superficie ahusada, mientras que la superficie de sellado del otro
miembro (por ejemplo, la de la caja) es una superficie tórica o una
superficie tórico-cónica, estando la parte ahusada
de la superficie de sellado tórico-cónica sobre el
lado delantero y teniendo sustancialmente el mismo ahusado que la
superficie de sellado ahusada (véase la Figura 15).
La cooperación de una superficie de sellado
ahusada y una superficie de sellado tórico-cónica ha
mostrado una estabilidad excelente de la presión de contacto (y, de
esta manera, la hermeticidad) para las diversas condiciones de uso,
por ejemplo, dando como resultado de un ciclo de carga tal como el
de la Figura 12.
Para superficies de sellado
tórico-cónicas abombadas, tóricas o con una parte
tórica, el radio de curvatura de la superficie preferiblemente es
mayor de 20 mm y, más preferiblemente, mayor de 40 mm.
Por las razones indicadas anteriormente, el
ángulo de la superficie de sellado con respecto al eje de la junta,
es decir, el ahusado del sello 44 es de 5 a 25 grados y, más
preferiblemente, de 10 a 20 grados.
La existencia de un ahusado del sello implica,
en la punta, una discontinuidad de la superficie entre la superficie
de sellado y la superficie externa de la parte delantera.
La superficie de sellado requiere una región de
contacto sustancial que tiene una longitud axial de al menos
aproximadamente 1 a 1,5 mm para garantizar las propiedades de
sellado.
Sin embargo, si la superficie de sellado es
demasiado larga, no puede obtenerse un espesor de pared suficiente
de la parte sobresaliente del par de torsión y el coste requerido
para acabar la superficie de sellado aumenta, dando como resultado
una reducción de productividad.
Por lo tanto, la longitud axial 50 de la región
de la superficie de sellado, donde hay un contacto sustancial, es
de 2 a 8 mm y, preferiblemente, de 3 a 5 mm.
La superficie sobresaliente puede ser
sustancialmente perpendicular al eje de la junta, como se muestra en
la Figura 5. Sin embargo, de acuerdo con las investigaciones
descritas anteriormente, la hermeticidad cuando se aplica una carga
de compresión mejora si se proporciona un ángulo de gancho, como se
muestra en la Figura 6, aunque si el ángulo de gancho es demasiado
grande, la rigidez de la superficie sobresaliente de la caja se
reduce, dando como resultado una disminución en la resistencia a
compresión. Por lo tanto, si se proporciona un ángulo de saliente
43, es preferible que sea de 4 a 16 grados con respecto a un plano
perpendicular al eje de la junta.
La Figura 6 es una vista explicativa esquemática
de la forma del reborde y la periferia del reborde cuando se
proporciona un ángulo de gancho sobre la superficie sobresaliente de
una junta roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente
invención.
En estas realizaciones, el saliente de la punta
es una superficie individual que se extiende sin discontinuidad
entre una superficie externa y una superficie interna de la
punta.
Las interferencias están presentes entre las
superficies de sellado y entre las roscas de la punta y la caja. Si
las superficies de sellado están demasiado cerca para engranar de
forma roscada las partes de las roscas, la extensión de
interferencia sustancial entre las superficies de sellado se reduce
indeseablemente debido a la interferencia entre las roscas.
Sin embargo, en lo que respecta a la punta, como
se ha descrito anteriormente, la presencia de una rosca adicional
en la parte entre la rosca y la superficie de sellado es deseable
para aumentar la rigidez de la punta contra la presión externa.
De esta manera, la estructura de la punta es
preferiblemente tal que la rosca macho se extiende para estar tan
cerca como sea posible de la superficie de sellado. Para este
propósito, la superficie de sellado se separa preferiblemente de la
rosca macho por una distancia igual a, como máximo, un paso de rosca
para aumentar la rigidez del reborde. Al mismo tiempo, se
proporciona un surco circunferencial en la caja para evitar que las
partes de las roscas cerca de las superficies de sellado de la punta
y la caja se engranen entre sí. Si se proporciona una parte de
rodaje en la rosca macho, la parte de rodaje de la rosca macho
corresponde a la parte que se acaba de mencionar de la rosca macho,
que se evita que se engrane con la rosca hembra mediante el surco
32.
Si la longitud axial 51 del surco
circunferencial 32 es pequeña, la interferencia sustancial entre las
superficies de sellado se reduce debido a la interferencia de la
rosca. Por otro lado, si la longitud axial 51 del surco 32 es
demasiado grande, la capacidad del sellado se reduce y los costes de
fabricación aumentan innecesariamente. Un intervalo preferido para
la longitud 51 del surco 32 es 1,5 a 3,5 veces el paso de rosca.
La Figura 7(a) es una vista explicativa
esquemática que muestra la relación posicional entre el diámetro
interno del surco de la caja y una línea 63 que se extiende a lo
largo del valle de la rosca hembra, y la Figura 7(b) es una
vista explicativa esquemática que muestra la relación posicional
entre la superficie de sellado de la punta y una línea 62 que se
extiende a lo largo de la raíz de la rosca macho o la tangente 61 a
la rosca macho y la parte delan-
tera.
tera.
Como se muestra en la Figura 7(a), el
diámetro interno del surco circunferencial de la caja es
preferiblemente tal que la superficie interna del surco se disponga
radialmente hacia fuera de la línea de extensión 63 del valle de la
rosca hembra con respecto al eje de la caja. Sin embargo, si el
diámetro interno del surco aumenta excesivamente, el diámetro
externo de la caja también aumenta desventajosamente. Por lo tanto,
el diámetro interno del surco debe ser mayor que la distancia
radial desde el eje de la caja a la línea de extensión 63 del valle
de la rosca hembra sólo hasta la extensión de que la fabricación
pueda realizarse fácilmente.
Como se muestra en la Figura 7(b), la
relación posicional entre la rosca, la superficie de sellado y la
parte delantera (la superficie externa) de la punta, es tal que la
superficie de sellado se dispone radialmente hacia dentro (como se
mide a partir del eje de la punta), tanto de la tangente 61 a la
cresta de la rosca macho y el ápice de la punta (la parte
delantera) como la línea de extensión 62 del valle de la rosca
macho.
Empleando dicha disposición, se hace difícil que
la superficie de sellado se dañe incluso aunque el extremo de la
punta golpee contra algo durante el trabajo en el campo y puede
evitarse una reducción de la hermeticidad.
El hueco entre los flancos de perforación y el
ángulo del flanco de perforación influye significativamente en la
resistencia a compresión de las roscas. Como se ha descrito
previamente, el hueco entre los flancos de perforación es de 30
\mum a 180 \mum para una rosca de refuerzo API. Suponiendo que
la tasa de aparición de errores para una rosca de refuerzo API
tiene una distribución normal, los productos que tienen un hueco
entre los flancos de perforación de aproximadamente 100 \mum serán
los más numerosos. Sin embargo, dicho tamaño de hueco no produce
una resistencia particularmente alta a compresión.
Realizando investigaciones basadas
principalmente en el método de elementos finitos, los presentes
inventores encontraron que se obtiene una alta resistencia a
compresión si el hueco entre los flancos de perforación es como
máximo de 90 \mum.
Sin embargo, si el hueco de perforación es
demasiado pequeño, la presión (denominada presión de dopante) de un
lubricante denominado dopante que se recubre sobre las roscas
durante la constitución, puede subir a un nivel anormal y afectar
negativamente al rendimiento de la junta. Adicionalmente, si los
flancos de perforación entran en contacto entre sí, como se ha
descrito en la Patente de Estados Unidos Nº 5.829.797 descrita
anteriormente, puede ocurrir desgaste o variaciones en el par de
torsión de constitución.
De esta manera, los efectos de la presente
invención pueden obtenerse ajustando un hueco entre los flancos de
perforación, para que esté en el intervalo de 10 \mum a 150
\mum, en vista de la distribución normal de los errores de
fabricación. Preferiblemente, el hueco entre los flancos de
perforación es de 20 a 90 \mum para obtener efectos mejorados
adicionales.
La capacidad de las roscas para soportar una
carga de compresión aumenta a medida que disminuye el ángulo del
flanco de perforación. A la inversa, a medida que aumenta el ángulo
del flanco de perforación, la rosca macho y la rosca hembra se
deslizan a lo largo de una pendiente y la capacidad de las roscas
para soportar una carga de compresión se reduce. El límite superior
del ángulo del flanco de perforación, para que la capacidad para
soportar una carga de compresión no se reduzca gravemente, es de
aproximadamente 36 grados.
Por otro lado, si el ángulo del flanco de
perforación es demasiado pequeño, el daño debido a desgaste de la
herramienta de corte de la rosca se agrava, y se hace muy difícil
mantener las tolerancias de fabricación. Por lo tanto, el límite
inferior se ajusta a 3 grados.
En la descripción anterior, se describió una
realización de la presente invención en la que una superficie de
sellado y una superficie sobresaliente se proporcionan sobre el
reborde en el extremo de una punta, pero son posibles realizaciones
distintas de las descritas anteriormente para tuberías de acero para
aplicaciones especiales.
Por ejemplo, como se muestra en las Figuras 8 y
9, cuando la presente invención se aplica a una tubería de
perforación con un extremo recalcado o una OCTG con un espesor de
pared extremadamente grande, es posible una realización en la que
se proporcione una segunda serie de superficies sobresalientes 33
y/o una segunda serie de superficies de sellado 34, con la punta 1
y la caja 2 en combinación con la estructura del reborde de la
punta 12, que tiene la parte delantera de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 8 es un diagrama esquemático que
ilustra una realización de la presente invención que tiene una
segunda serie de superficies sobresalientes de la punta y la caja en
la cara terminal de la caja.
La Figura 9 es un diagrama esquemático que
ilustra una realización de la presente invención que tiene una
segunda serie de superficies de sellado de la punta y la caja en el
extremo de la caja.
La Figura 10 es un diagrama esquemático que
muestra un ejemplo de una realización de la presente invención, en
la que la junta de la presente invención se proporciona sobre un
miembro de punta que tiene un extremo que se ha sometido a
embutición para reducir tanto el diámetro de la tubería en el
extremo como para aumentar el espesor de la pared en el reborde de
la punta.
La presente invención proporciona una
hermeticidad suficiente incluso aunque el extremo de la punta no se
haya sometido a embutición. Sin embargo, si se desea obtener un
nivel muy alto de resistencia a torsión o resistencia a compresión,
por ejemplo, el espesor de la pared de la superficie sobresaliente
puede aumentarse formando la junta roscada de la presente invención
sobre el extremo de una punta que se ha sometido previamente a
embutición (véase la Figura 10). En este caso, sin embargo, el
cambio en el diámetro interno de la junta debería seleccionarse
adecuadamente de manera que no ocurra turbulencia.
Las realizaciones de la presente invención se
han descrito usando una junta de tipo acoplamiento como se muestra
en la Figura 2 como un ejemplo. Sin embargo, la presente invención
como se ha descrito anteriormente puede aplicarse a una junta
integral como se muestra en la Figura 11 (una en la que las tuberías
se conectan directamente entre sí sin usar un acoplamiento pero, en
lugar de ello, proporcionando una punta en un extremo de un cuerpo
de tubería y proporcionando una caja en el otro extremo).
La Figura 11 es un diagrama esquemático que
ilustra una junta integral en la que un miembro de punta 1 y un
miembro de caja 2 proporcionados en las partes terminales
respectivas de los cuerpos de tubería se engranan directamente
entre sí para formar una junta roscada.
Para demostrar claramente los efectos de la
presente invención, se realizó un análisis de simulación numérica
mediante el método de elementos finitos elastoplásticos para las
muestras mostradas en la Tabla 1.
Las muestras mostradas en la Tabla 1 eran todas
juntas roscadas de tipo acoplamiento para OCTG, tales como las
mostradas en la Figura 2 para su uso con tuberías de acero de 14 cm
(5-1/2 pulgadas), del Nº 20 (lb/pie) (diámetro
externo de 139,7 mm y espesor de pared de 9,17 mm). El material de
acero usado para todas las muestras fue el especificado como P110
en las normas API.
La muestra B era un ejemplo comparativo en forma
de una junta premium convencional. Tenía una forma del reborde de
la punta como la mostrada en la Figura 13. En la Figura 13, los
números de referencia que son iguales a los usados previamente
indican los mismos miembros.
Las muestras C - O tenían básicamente la misma
estructura de junta que para la muestra A, excepto que las
dimensiones de la diversas partes se variaron como se muestra en la
Tabla 1.
Sin embargo, para la muestra J, el extremo de un
cuerpo de tubería que tenía el tamaño descrito anteriormente se
sometió a recalcado mediante una superposición externa, de manera
que su diámetro externo aumentó a 148,4 mm y, como se muestra en la
Figura 8, cada segundo saliente, constituido por una superficie
plana perpendicular al eje de junta y que tiene un espesor
correspondiente a la cantidad en la que se recalcó el cuerpo de
tubería, se proporciona sobre la cara terminal de la caja y sobre
la punta correspondiente.
La muestra L era otro ejemplo comparativo en el
que las superficies sobresalientes se proporcionaron sobre la cara
terminal de la caja (en lugar de sobre la cara terminal de la punta
de acuerdo con la presente invención) y sobre la posición
correspondiente de la punta.
La forma roscada como se define en la Figura 3
será la misa para todas las muestras con respecto al ahusado
(1/18), la altura de la rosca 74 (1,575 mm), el paso de rosca (5,08
mm), y el ángulo del flanco de carga 71 (3 grados). El hueco axial
73 de los flancos de perforación y el ángulo del flanco de
perforación 72 se variaron y se muestran en la Tabla 1, junto con
las otras dimensiones de la junta, incluyendo la proporción de
espesor del reborde (la proporción del espesor de reborde 41 al
espesor de la pared de la tubería, en el que el espesor del reborde
se midió en el centro de la parte de sellado de contacto 50), la
longitud de la parte delantera (longitud delantera) 45, el ahusado
de las superficies de sellado (ahusado del sello) 44, la longitud
axial de la parte de contacto con el sello (longitud del sello 50),
el ángulo del saliente 43, los ángulos de chaflán de los salientes
de punta y caja, 46 y 47, la presencia o ausencia del surco
circunferencial 32 y la distancia entre la rosca y la superficie de
sellado de la punta (en términos de paso de rosca) (véanse las
Figura 5 y 6).
En el análisis de elementos finitos, el material
se moldeó como un material elastoplástico con un endurecimiento
isotrópico que tiene un módulo elástico de 210 GPa y un límite
elástico nominal en la forma de un rendimiento de desplazamiento
del 0,2% del límite elástico de 110 ksi (578 MPa).
La constitución se realizó para cada muestra,
poniendo en contacto las superficies sobresalientes de la punta y
la caja y realizando después un 1,5/100 giros de rotación.
En un primer análisis, se aplicó una carga de
compresión (2852 kN) correspondiente al 100% del límite elástico
del cuerpo de la tubería a cada muestra de constitución, y la
resistencia a compresión se evaluó basándose en la proporción del
par de torsión residual definido como el valor del par de torsión
mantenido restante después de retirar la carga (correspondiente al
par de torsión de rotura, que es el par de torsión sin tensión de
la conexión después de la carga) dividido por el par de torsión de
constitución (cuanto mayor sea la proporción, tendrá lugar un menor
aflojamiento de la junta. Un valor de al menos el 405 se considera
necesario).
En un segundo análisis, la secuencia de carga
mostrada en la Figura 12 y la Tabla 2 se aplicó a cada muestra de
constitución. La hermeticidad con respecto a la presión externa se
evaluó comparando los valores mínimos de la presión de contacto del
sello media en la secuencia (cuanto más grande sea el valor, mejor
será la hermeticidad).
Los resultados se muestran en la Tabla 3. A
partir de los resultados en la Tabla 3, puede verse que una junta
roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención
tenía un mayor nivel de resistencia del par de torsión restante y
mantenía una mayor presión de contacto del sello que cualquiera de
las juntas comparativas y que, por lo tanto, tenía una resistencia
excelente a la compresión y hermeticidad con respecto a la
presión
externa.
externa.
De esta manera, de acuerdo con la presente
invención, se obtiene una junta roscada para tuberías de acero que
tiene una resistencia excelente a compresión y hermeticidad con
respecto a la presión externa. Al mismo tiempo, puede facilitarse
la manipulación de la junta en el campo. Aunque la presente
invención tiene un rendimiento adecuado incluso aunque el
procesamiento de embutición no se realice, si se realiza la
embutición para aumentar el espesor de la pared del reborde de la
punta, puede mejorarse adicionalmente no sólo la resistencia a
compresión y hermeticidad con respecto a la presión externa, sino
también la resistencia a torsión. Para tuberías especiales tales
como tuberías con un espesor de pared extremadamente grande,
proporcionando adicionalmente un segundo saliente y/o parte de
sello metal a metal, puede obtenerse un alto nivel de resistencia a
compresión como resistencia a torsión y/o hermeticidad con respecto
a la presión externa.
Aunque la presente invención se ha descrito con
respecto a las realizaciones preferidas, son simplemente
ilustrativas y no pretenden limitar la presente invención. Los
expertos en la materia deben entender que pueden hacerse diversas
modificaciones de las realizaciones descritas anteriormente sin
alejarse del alcance de la presente invención, como se expone en
las reivindicaciones.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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Claims (17)
1. Una junta roscada para tuberías de acero que
comprende una punta (1) y una caja (2), teniendo la punta una rosca
macho (11), una superficie de sellado (13), y una superficie
sobresaliente (14), teniendo la caja una rosca hembra (21), una
superficie de sellado (23) y una superficie sobresaliente (24),
estando la rosca macho interengranada con la rosca hembra,
interfiriendo la superficie de sellado de la punta radialmente con
la superficie de sellado correspondiente de la caja, y estando la
superficie sobresaliente de la punta apoyada axialmente con la
superficie sobresaliente correspondiente de la caja, en la que (i)
la superficie sobresaliente de la punta se proporciona en una cara
terminal de la punta, (ii) la superficie de sellado de la punta se
localiza sobre un lado terminal de la tubería cerca de la rosca
macho, (iii) una parte delantera (15) se proporciona sobre la
punta, entre la superficie de sellado y la superficie sobresaliente,
no estando en contacto dicha parte delantera con la parte de la
caja orientada hacia la parte delantera de la punta, el ahusado de
la superficie delantera es entre 2 y 25 grados y la superficie de
sellado (13) de la punta se dispone radialmente hacia dentro, como
se mide desde el eje de la punta de (i) la tangente (61) a la cresta
de la rosca macho y el ápice de la punta y (ii) la línea de
extensión (62) del valle de la rosca macho, caracterizada por
que hay una discontinuidad de la superficie entre la superficie de
sellado y la superficie externa de dicha parte delantera.
2. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada por que la
parte delantera (15) tiene una superficie externa que es
cilíndrica.
3. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que
la longitud axial de la punta (15) es entre 4 mm y 20 mm para
tuberías que tienen un diámetro externo entre 50 y 550 mm.
4. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizada por que la junta roscada comprende medios para
permitir que una parte de la rosca macho (11), localizada adyacente
a la superficie de sellado (13), escape de la conexión con un rosca
hembra (21).
5. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 4 caracterizada por que dichos
medios son un surco circunferencial (32) provisto sobre la
superficie interna de la caja entre la rosca hembra y la superficie
de sellado de la caja.
6. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 5 caracterizada por que la
longitud axial del surco circunferencial (32) medido entre la rosca
hembra y la superficie de sellado en la caja es entre 1,5 y 3,5
pasos de rosca.
7. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizada por que la superficie de sellado (13) de la
punta se localiza a una distancia respecto a la rosca macho que no
es mayor de un paso de rosca.
8. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizada por que las roscas macho y hembra son roscas
ahusadas, y la rosca macho posee una parte de rodaje donde la
envoltura del valle de la rosca macho tiene un ahusado reducido
comparado con el ahusado de la rosca.
9. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que dicha
envoltura de la raíz de la rosca macho en la parte de rodaje es una
superficie cilíndrica.
10. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizada por que las superficies sobresalientes (14,
24) de la punta y la caja son superficies planas perpendiculares al
eje de la junta.
11. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizada por que las superficies sobresalientes (14,
24) de la punta y la caja están ahusadas y forman un ángulo menor
de 15 grados con la perpendicular al eje de la junta, de manera que
la superficie sobresaliente de la punta se engancha a la de la
caja.
12. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizada por que la forma de la superficie de sellado
de cada una de la punta y la caja se selecciona independientemente
entre (i) una superficie ahusada resultante de la rotación alrededor
del eje de la junta de una línea recta inclinada respecto al eje,
(ii) una superficie abombada resultante de la rotación alrededor del
eje de la junta de una curva y, más particularmente, una superficie
tórica si la curva es un arco circular, y (iii) una superficie
tórico-cónica resultante de la rotación alrededor
del eje de la junta de una línea combinada de dicha línea recta
inclinada y dicho arco circular.
13. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que la
superficie de sellado (13, 23) de una de la punta y la caja es una
superficie ahusada, mientras que la superficie de sellado de la
otra de la punta y la caja es una superficie tórica o una superficie
tórico-cónica, estando la superficie de la parte
ahusada de la superficie de sellado tórico-cónica
sobre el lado delantero y teniendo sustancialmente el mismo ahusado
que la superficie de sellado ahusada.
14. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13,
caracterizada por que la superficie interna de la punta
cerca de la superficie sobresaliente está achaflanada (16), de
manera que el borde interno del saliente de la punta forma un
círculo que es concéntrico respecto al eje de la junta.
15 Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14,
caracterizada por que la superficie interna de la caja cerca
de la superficie sobresaliente está achaflanada (26).
16. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15,
caracterizada por que cada una de la rosca macho (11) y la
rosca hembra (21) tiene una forma generalmente trapezoidal que
comprende un flanco de carga, un flanco de perforación, un valle de
rosca y una cresta de rosca, siendo el ángulo de los flancos de
perforación con la normal respecto al eje de junta no menor de 3
grados y no mayor de 36 grados.
17. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por que hay
contacto entre los flancos de carga, y un hueco axial entre los
flancos de perforación de las roscas macho y hembra cuando la junta
roscada se constituye no es menor de 10 \mum y no es mayor de 150
\mum.
18. Una junta roscada para tuberías de acero de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17,
caracterizada por que la junta roscada para tuberías de
acero proporciona adicionalmente una segunda serie de superficies
sobresalientes y/o una segunda serie de superficies de sellado en
una parte terminal de la caja.
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