ES2553724T3 - Junta roscada para tubos de acero - Google Patents

Abstract

Una junta roscada para tubos de acero que comprende un perno (1) y una caja (2), el perno (1) dispone deuna rosca macho (11) yun reborde (12) comprendiendo (i) una superficie de sellado (13) y (ii) una parte de protuberancia (16) provista con una superficie de hombro, la caja dispone deuna rosca hembra (21), unasuperficie de sellado (23) y una superficie de hombro, la roscamachoestandoenroscada con la rosca hembra, la superficie de sellado (13) del perno (1) estando en contacto de sellado con la superficie de sellado correspondiente (23) de la caja (2), la superficie de hombro del perno (1)estandocolocada en una cara deextremo del perno (1), la superficie de hombro del perno (1) comprendiendodos superficies adyacentes distintas, unhombro principal (14) en el lado interior y unhombro sustituto (15) en el lado exterior, la superficie de hombro correspondiente de la caja (2) enfrentada alas superficies de hombro del perno comprendiendodos superficies adyacentes distintas, el hombro principal (24) en el lado interior y el hombro sustituto (25) en el lado exterior, estando colocadas dichassuperficies de hombro principal (14, 24) del perno (1) y la caja (2) para evitar una deformacióndel extremo del reborde (12)radialmente hacia dentro, estando colocadas las superficies de hombro sustituto (15, 25) del perno (1) y la caja (2) para limitar una deformación radialmente hacia fuera del extremo del reborde (12), teniendo el hombro principal (14) del perno (2) un grosor mayor en la dirección radial que el hombro sustituto (15) del perno (1), estando por lo menos la superficie de hombro principal del perno (1) apoyada axialmente en al menos la superficie de hombro principal correspondiente de la caja (2), teniendo por lo menos una parte de protuberancia (16) del perno (1) una superficie periférica exterior que no sea una prolongación de la superficie de sellado del perno (1),donde la superficie de sellado del perno (1) se encuentra localizada cerca de la rosca macho (11), y la superficie periférica exterior de la parte de protuberancia (16) existe entre la superficie de sellado (13) del perno y la superficie de hombro del perno, y la superficie periférica exterior de la parte de protuberancia (16) no tiene contacto con la parte de la caja (2) que da hacia la parte de protuberancia (16) del perno (1),donde la superficie de sellado (13) del perno (1), la superficie exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la superficie de hombro sustituto del perno (1) no están alineadas y donde la superficie de sellado (23) de la caja (2), la superficie interior de la parte de lacaja (2) que da hacia la superficie exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la superficie de hombro sustituto (25) de la caja (2) no están alineadas

Description

DESCRIPCION

Junta roscada para tubos de acero.

5 Campo tecnico

Esta invencion se refiere a una junta roscada para uso en la conexion de tubos de acero como artfculos tubulares para la industria petrolera (OCTG), los cuales incluyen tubos de produccion y tubos de revestimiento principalmente usados para la exploracion y la produccion de pozos de petroleo y pozos de gas, tubos verticales, tubos de 10 conduccion y semejantes. En particular, la presente invencion se refiere a una junta roscada para tubos de acero de los que tienen una superficie de sellado y una superficie de hombro ademas de una parte roscada y que tiene excelentes propiedades de sellado contra la presion interna y externa y excelente resistencia a la compresion cuando se somete repetidamente a cargas combinadas.

15 Tecnica anterior

La tecnologfa usada para conectar tubos de acero usados en equipos de la industria petrolera tales como artfculos tubulares, tubos verticales y tubos de conduccion incluye juntas roscadas. Las juntas roscadas para tubos de acero estan constituidas por un perno que tiene un elemento de rosca macho provisto en el extremo de un primer miembro 20 tubular y una caja que es un elemento de rosca hembra provisto en el extremo de un segundo miembro tubular. La junta se aprieta enroscando la rosca macho y la rosca hembra.

Las juntas roscadas estandar las prescriben las normas del API (American Petroleum Institute) pero en los ultimos 5 anos, los ambientes para la exploracion y produccion de petroleo crudo y gas natural se estan volviendo mas 25 severos. Como resultado de ello, se estan usando cada vez mas las juntas roscadas especiales de alto rendimiento conocidas como juntas premium, que no han sido prescritas por las normas del API.

En una junta premium convencional, ademas de una rosca ahusada para conectar firmemente los tubos de acero, el perno y la caja tienen superficies de sellado que pueden formar un sellado de metal a metal que proporcionan un 30 rendimiento de sellado y unas superficies de hombro de torsion que actuan como topes durante el apriete (ensamblaje).

En el pasado, puesto que predominaban los pozos verticales, era suficiente para una junta roscada para OCTG soportara la carga de tension debida al peso de los tubos y previniera las fugas del fluido de alta presion que pasaba 35 a lo largo de su interior. No obstante, en los ultimos anos, los pozos se hacen cada mas profundos y el numero de pozos inclinados y horizontales que se pandean debajo de la tierra esta aumentando y se estan desarrollando cada vez mas pozos en ambientes diffciles, tales como en el mar o en las regiones polares. Por lo tanto, las propiedades requeridas para las juntas roscadas se estan volviendo mas variadas y mas estrictas como lo ejemplifican la resistencia a la compresion, la resistencia al pandeo, la capacidad de sellado contra la presion externa y la facilidad 40 de uso en el campo.

Como resultado, las pruebas de calificacion para juntas roscadas se estan volviendo mas severas. En la prueba de Serie A de las normas ISO 13679 recientes, se aplican tres veces las alternativas de presion interna y presion externa combinada con tension o compresion (presion interna + tension, presion interna + compresion, presion 45 externa + tension y presion externa + compresion) (citadas aqrn como cargas combinadas repetidas). Estas condiciones de prueba severas no se tuvieron en cuenta en el desarrollo de las juntas roscadas en el pasado.

Como se muestra en la Figura 2, una junta premium convencional tiene una estructura en la que una parte no roscada 12 denominada parte de reborde suministrada en el extremo de una parte roscada que tiene una rosca 50 macho ahusada 11 suministrada en un perno 1 que es un elemento macho roscado. Una superficie de sellado 13 para formar un sellado de metal a metal se suministra en la superficie periferica exterior de la parte de reborde. Una superficie de hombro de torsion 14 se suministra en la superficie de extremo de la parte de reborde (y en consecuencia en la superficie de extremo del perno).

55 Naturalmente, una caja 2 que es un elemento hembra roscado se suministra con una rosca hembra 21, una superficie de sellado 23 y una superficie de hombro 24 en la parte posterior de la caja que corresponde a o coincide

con la rosca macho 11, la superficie de sellado 13 y la superficie de hombro 14 de la superficie de extremo, respectivamente, del perno 1.

Se suministra una superposicion en la direccion radial denominada interferencia entre las superficies de sellado del 5 perno y la caja. Este tipo de junta roscada esta disenado de manera que si la junta se aprieta hasta que las superficies de hombro del perno y la caja se tocan entre sf, las superficies de sellado de ambos miembros esten en contacto alrededor de toda su periferia y se suministre un sellado por contacto de metal a metal.

El rendimiento de sellado antes descrito se muestra hasta el punto mas alto cuando el apriete se realiza con una 10 torsion adecuada en el periodo desde donde los hombros estan contiguos hasta que los hombros comienzan a sufrir deformacion plastica (cuando se produce un estado de apriete normal).

Las superficies de hombro actuan no solo como topes para el apriete, sino tambien como soporte de casi cualquier carga de compresion que actue en la junta. Por lo tanto, si las superficies de hombro no son gruesas o si los 15 hombros no son ngidos, no pueden soportar una gran carga de compresion.

La tecnica anterior para aumentar la resistencia a la presion externa y la resistencia a la compresion de una junta premium esta descrita en WO 2004/109173 (Documento 1 de Patente). La junta roscada aumenta en gran medida la resistencia a la presion externa proporcionando una parte que no tiene contacto con la caja (denominada a 20 continuacion como una parte de protuberancia) entre la superficie de hombro y la superficie de sellado de la superficie de extremo del perno. Al mismo tiempo, el angulo de ahusamiento de la parte de protuberancia esta hecho 0 grados (una superficie cilmdrica) o esta hecho mas pequeno que el angulo de la superficie de sellado. Debido al suministro de la parte de protuberancia, se evita una disminucion en el espesor de la superficie de hombro de la superficie de extremo y puede lograrse un aumento en la resistencia a la compresion.

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Sin embargo, en la junta roscada descrita en el Documento 2 de Patente, cuando se aplican simultaneamente una gran fuerza de compresion y una presion externa y cuando posteriormente se aplican al mismo tiempo una fuerza de tension y una presion interna, los inventores encontraron que puede existir un riesgo de desarrollar una fuga.

30 WO 00/08367 (Documento 2 de Patente) describe una junta roscada en donde se suministra una region de contacto ajustado en dos lugares de una parte de reborde, principalmente, una region de contacto ajustado cerca de la parte roscada se define como una superficie de sellado y una region de contacto ajustado cerca de la superficie de extremo (superficie de hombro) se define como una parte de proteccion. La parte de proteccion que es una segunda region de contacto suministrada en un lugar cercano al extremo de la parte de reborde tiene el objetivo de 35 proporcionar un primer sellado contra la presion interna (y de esta manera proteger la superficie de sellado) y optimizar las fuerzas y los momentos que sufre el reborde.

En la junta roscada descrita en el Documento 2 de Patente, la cantidad de interferencia de la parte de proteccion esta ajustada para que sea mas alta que la cantidad de interferencia de la superficie de sellado (al menos 1,15 40 veces y como maximo 1,3 veces) con el fin de retener una cantidad suficiente de presion de contacto en la parte de proteccion mientras se obtiene una presion de contacto moderada en la superficie de sellado. Ademas, como el Documento 2 de Patente incita a ajustar distancias suficientes desde el hombro hasta la parte de proteccion, desde la parte de proteccion hasta la superficie de sellado y desde la superficie de sellado hasta la rosca, la parte de reborde esta disenada para ser extremadamente larga, por lo que no se puede obtener un espesor suficiente 45 (dimension radial) de la superficie de hombro. Como resultado de ello, cuando se aplica una gran carga de compresion, la junta puede no soportar de manera suficiente la carga de compresion y se cree que su rendimiento de compresion puede ser inadecuado.

DE 4446806 (Documento 3 de Patente) describe una junta roscada del mismo tipo descrito en el Documento 2 de 50 Patente 2.

La Patente de EE. UU. n.° 4.473.245 (Documento. 4 de Patente) describe una junta roscada en la que se proporciona un sellado de metal a metal en el exterior del tubo y un hombro de torsion proporciona un sellado de metal a metal adicional. Sin embargo, en la junta roscada descrita en el Documento 4 de Patente, el espesor de una 55 parte de reborde esta disenado para ser muy delgado, por lo que es diffcil garantizar la resistencia a la alta presion externa y a la alta compresion.

La Patente de EE. UU. n.° 3.489.437 (Documento 5 de Patente) describe una junta roscada en donde se proporcionan un sellado de metal a metal y un hombro. Sin embargo, en la junta roscada descrita en el Documento 5 de Patente, la parte de reborde esta disenada de acuerdo con la misma regla que una junta premium convencional 5 en la Figura 2, por lo que no se considera que garantice la resistencia a la alta presion externa y a la alta compresion.

La Patente de EE. UU. n.° 3.870.351 (Documento 6 de Patente) describe una junta roscada caracterizada porque sus superficies de hombro tienen un perfil particular. En la junta roscada descrita en el Documento 6 de Patente, las 10 superficies de hombro son perfiles redondeados (siendo convexa la superficie de hombro del perno o de la caja y siendo concava la superficie de hombro del perno o de la caja) y funcionan para formar un segundo sellado. Esta estructura pretende igualar el contacto entre las superficies de sellado del primer sellado suprimiendo la mala alineacion o la flexion del reborde hacia el eje del tubo en el momento del ensamblaje.

15 Sin embargo, en una junta roscada descrita en el Documento 6 de Patente, aunque se tenga en cuenta la igualacion de la superficie de contacto o la presion de sellado del primer sellado, no se considera el uso de la junta roscada en una situacion en la que ah actuen simultaneamente una alta fuerza de compresion y una alta presion externa. Como se muestra en la Figura 7 de este documento de patente, existe un espacio entre el lado exterior de la superficie de hombro concava de la caja y el borde exterior de la superficie de hombro convexa del perno. En una situacion donde 20 ah actuan una alta fuerza de tension y una alta presion externa, las superficies de hombro del perno y la caja pueden separarse facilmente debido a la alta fuerza de tension y la punta del reborde puede deformarse o moverse con facilidad hacia el lado exterior (es decir, en la direccion que expande el diametro). Por lo tanto, en una junta roscada descrita en el Documento 6 de Patente, es diffcil controlar y suprimir la deformacion o el movimiento de la punta del perno hacia el lado exterior como se describe anteriormente. Ademas, si la superficie de hombro del perno 25 tiene un perfil convexo, la parte de borde mas interior de la superficie de hombro de la caja que es concava es tan delgada que la superficie de hombro de la caja tiende a sufrir una deformacion plastica severa cuando se aplica una alta carga de compresion a la junta.

Documento 1 de patente: WO 2004/109173 30 Documento 2 de patente: WO 00/08367 Documento 3 de patente: DE 4446806 Documento 4 de patente: Patente de EE. UU. n.° 4.473.245 Documento 5 de patente: Patente de EE. UU. n.° 3.489.437 Documento 6 de patente: Patente de EE. UU. n.° 3.870.351 35

El Documento D4 de Patente da a conocer una junta de tubo en la que se suministra un sellado de metal a metal en el exterior del tubo, un hombro de torsion proporciona un mayor sellado de metal a metal y un sellado todavfa mayor se consigue con un anillo de plastico elastico. La caja esta protegida de la distension que podna provocar un imprevisto en las roscas proporcionando el grosor de la caja en el punto de sellado en el diametro maximo de 40 sellado para el diametro exterior de la caja en comparacion con el grosor de pared total del tubo en relacion con el diametro exterior del tubo.

Memoria descriptiva de la invencion

45 El objetivo de la presente invencion es proporcionar una junta roscada de tipo premium para tubos de acero que resuelva los problemas de la tecnica anterior antes descrita y que tenga excelente resistencia a la compresion y que pueda aumentar en gran medida el rendimiento global de sellado cuando se someta a cargas combinadas repetidas.

Como se describe en el Documento 1 de Patente, se sabe que la resistencia a la presion externa se mejora en gran 50 medida en una junta roscada de tipo premium para tubos de acero suministrando una parte de protuberancia que no tenga contacto con la caja entre la superficie de sellado de la parte de reborde y la superficie de hombro de la superficie de extremo de un perno.

Sin embargo, cuando una torsion alta o una carga de compresion alta actua en la junta roscada que tiene una parte 55 de protuberancia, algunas veces la junta puede desarrollar fugas. Despues de minuciosos estudios, los inventores han encontrado que una razon para desarrollar fugas esta relacionada con la parte de protuberancia larga que no

esta sujeta y puede moverse en la direccion radial (la direccion perpendicular al eje de la junta); la superficie de hombro en la superficie de extremo de la parte de reborde del perno se deforma por lo tanto de manera inestable en esta direccion, se desarrolla una deformacion plastica debido al pandeo de toda la parte de reborde, lo que implica un riesgo para el rendimiento de sellado producido por el contacto de metal a metal de las superficies de sellado 5 situadas cerca de las roscas que resultaran danadas. En consecuencia, con el fin de obtener buenas propiedades de sellado de manera estable contra la presion interna y externa en una junta roscada para tubos de acero teniendo una parte de protuberancia, es necesaria una estructura que impida la deformacion inestable de la superficie de hombro de la parte de reborde del perno. Ademas, con el fin de impedir la deformacion inestable manteniendo al mismo tiempo la resistencia de torsion y unas buenas propiedades de sellado contra la presion interna y externa, es 10 necesaria una estructura que garantice la longitud de la parte de reborde del perno y el espesor de la superficie de hombro.

De acuerdo con la presente invencion, la deformacion en la direccion radial de la superficie de hombro de la superficie de extremo de la parte de reborde del perno puede suprimirse haciendo que una parte principal de la 15 superficie de hombro (denominada a continuacion como la superficie de hombro principal) tenga una forma que haga frente a la deformacion hacia la superficie interior y suministrando un hombro sustituto como un hombro secundario que haga frente a la deformacion hacia la superficie exterior. Concretamente, la superficie de hombro se inmoviliza de manera que la deformacion no ocurra hacia la superficie interior o la superficie exterior. Con el fin de mantener una buena resistencia a la compresion, gran parte del espesor de la superficie de hombro del perno lo ocupa el 20 hombro principal que tiene una ligera inclinacion con la superficie perpendicular de la direccion axial de la junta. El hombro sustituto no recibe sustancialmente carga de compresion y es suficiente para que detenga la deformacion en la direccion radial externa del extremo del perno. Por lo tanto, el espesor del hombro sustituto es preferentemente lo mas pequeno posible. Solo cuando la alta carga de compresion actua en la junta roscada entre el perno y la caja, la superficie de hombro del perno se sostiene de manera estable con la superficie de hombro de la caja mediante el 25 empalme del hombro principal y el hombro sustituto y se evita la deformacion inestable en la direccion radial del extremo de la parte de reborde, garantizando en consecuencia una buena resistencia a la compresion.

La presente invencion es una junta roscada para tubos de acero que comprende un perno y una caja, el perno con una rosca macho y un reborde que comprende (i) una superficie de sellado y (ii) una parte de protuberancia provista 30 con una superficie de hombro, la caja con una rosca hembra, una superficie de sellado y una superficie de hombro, la rosca macho enroscada con la rosca hembra, la superficie de sellado del perno en contacto de sellado con la superficie de sellado correspondiente de la caja, la superficie de hombro del perno colocada en una cara de extremo del perno, la superficie de hombro del perno comprende dos superficies adyacentes distintas, el hombro principal en el lado interior y el hombro sustituto en el lado exterior, la superficie de hombro correspondiente de la caja que da 35 hacia las superficies de hombro del perno comprende dos superficies adyacentes distintas, el hombro principal en el lado interior y el hombro sustituto en el lado exterior, estando colocadas la superficies de hombro principal del perno y la caja para evitar una deformacion radialmente hacia dentro del extremo del reborde, estando colocadas las superficies de hombro sustituto del perno y la caja para limitar una deformacion radialmente hacia fuera del extremo del reborde, teniendo el hombro principal del perno un grosor mayor en la direccion radial que el hombro sustituto del 40 perno, estando por lo menos la superficie de hombro principal del perno apoyada axialmente en al menos la superficie de hombro principal correspondiente de la caja, teniendo por lo menos una parte de protuberancia del perno una superficie periferica exterior que no sea una prolongacion de la superficie de sellado del perno, donde la superficie de sellado del perno se encuentra localizada cerca de la rosca macho, y la superficie periferica exterior de la parte de protuberancia existe entre la superficie de sellado del perno y la superficie de hombro del perno, y la 45 superficie periferica exterior de la parte de protuberancia no tiene contacto con la parte de la caja que da hacia la parte de protuberancia del perno, donde la superficie de sellado del perno, la superficie exterior de la parte de protuberancia del perno y la superficie de hombro sustituto del perno no estan alineadas y donde la superficie de sellado de la caja, la superficie interior de la parte de la caja que da hacia la superficie exterior de la parte de protuberancia del perno y la superficie de hombro sustituto de la caja no estan alineadas.

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Aqrn, "la superficie de hombro del perno comprende dos superficies adyacentes distintas" significa que los angulos de la superficie de hombro principal y la superficie de hombro sustituto con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta roscada son claramente diferentes.

55 En las realizaciones preferentes de la presente invencion, la superficie de hombro principal del perno es una superficie de hombro inverso que tiene un angulo negativo con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta y

la superficie de hombro sustituto tiene un angulo positivo.

"La superficie de hombro principal del perno es una superficie de hombro inverso que tiene un angulo negativo con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta" significa una superficie de hombro que tiene un angulo de 5 inclinacion de tal forma que la parte mas interior de la superficie de hombro principal sea hasta la parte posterior de la parte mas exterior (la parte que colinda con la superficie de hombro sustituto) en la direccion de avance del perno al apretar la junta roscada. Del mismo modo, "la superficie de hombro sustituto tiene un angulo positivo" significa la superficie; de hombro sustituto que tiene un angulo de inclinacion con respecto a su angulo de referencia de tal forma que la parte mas alejada de la superficie de hombro sustituto sea hasta la parte posterior de la parte mas 10 interior (la parte que colinda con la superficie de hombro principal) en la direccion de avance del perno al apretar la junta roscada. Estos angulos de inclinacion estan entonces en el intervalo entre -90 y +90 grados.

En una realizacion preferente de la presente invencion, solo la superficie de hombro principal del perno esta en apoyo axial con la superficie de hombro principal correspondiente de la caja. No hay entonces ningun contacto de 15 manera ajustada sustancial y mas preferentemente ningun contacto en absoluto entre los hombros sustitutos del perno y la caja. El rendimiento de sellado entre la superficie de sellado del perno y la caja se logra de una manera mas efectiva.

"Por lo menos un segmento de la parte de protuberancia tiene una superficie periferica exterior que no esta en la 20 prolongacion de la superficie de sellado" significa que la forma de la superficie exterior de un segmento o la totalidad de la parte de protuberancia es sustancialmente diferente a la forma de la superficie de sellado. El segmento de la parte de protuberancia que tiene una forma diferente a la superficie de sellado es preferentemente una region que se extiende al menos por la mitad de la longitud en la direccion axial de la parte de protuberancia y por lo tanto se llama segmento principal de la parte de protuberancia. Por ejemplo, este segmento (principal) de la parte de protuberancia 25 puede ser una superficie cilmdrica que no esta inclinada con respecto a la direccion axial, o puede ser una superficie ahusada con un angulo pequeno de inclinacion. Una region que es el resto de la parte de protuberancia es preferentemente una region mas corta que la mitad de la longitud axial y puede tener la misma forma que la superficie de sellado (principalmente, puede ser una extension de la superficie de sellado).

30 En otras, realizaciones preferentes, el valor absoluto del angulo de las superficies de hombro principal del perno y la caja es de 5 a 25 grados con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta (principalmente, el angulo de la superficie de hombro principal del perno esta en el intervalo de -5 a -25 grados) y el angulo de inclinacion de sus superficies de hombro sustituto es de 5 a 30 grados con respecto al eje de la junta (de +60 a +85 grados con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta) y el angulo de inclinacion de las superficies de sellado del perno 35 y la caja esta en el intervalo de 5 a 25 grados con respecto al eje de la junta. El angulo de inclinacion de las superficies de hombro sustituto (con referencia al eje de la junta) es preferentemente mas grande que el angulo de inclinacion de las superficies de sellado. Como resultado, aun si la superficie de hombro se deforma en la direccion axial, se evita una disminucion en el rendimiento de sellado debido a la deformacion de la superficie de sellado.

40 Con el fin de aumentar la resistencia a la compresion, es conveniente que el espesor (dimension radial) de la superficie de hombro en el extremo del perno se haga lo mas grande posible y que la seccion transversal de las partes mas cercanas al extremo que la superficie de sellado (principalmente, la parte de protuberancia) se haga lo mas grande posible. Para este proposito, en su segmento principal como se definio anteriormente, la parte de protuberancia tiene preferentemente una inclinacion mas pequena que la inclinacion de la superficie de sellado y la 45 superficie de hombro sustituto con respecto al eje de la junta. De manera espedfica, la forma de la superficie exterior del segmento principal de la parte de protuberancia del perno puede formarla una superficie cilmdrica (con una inclinacion de 0 grados con respecto al eje de la junta) o una superficie troncoconica con una inclinacion con respecto al eje de la junta que es menor que la inclinacion de la superficie de sellado o la superficie de hombro sustituto con respecto al mismo eje.

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Si la superficie exterior de la parte de protuberancia tiene contacto con la superficie interior de la caja despues de apretar la junta roscada, existe el riesgo de que se dane el rendimiento de sellado de la junta. Por lo tanto, con el fin de evitar ciertamente este contacto, se suministra, preferentemente, un espacio de separacion (distancia radial entre superficies que no tienen contacto) de por lo menos 0,1 mm entre estas superficies en la region principal antes 55 descrita de la parte de protuberancia. La superficie interior de la caja en esta region tiene preferentemente una forma similar a la forma de la parte de protuberancia del perno y el espacio de separacion preferentemente se hace

uniforme en la region principal.

Como se menciono anteriormente en la explicacion de "por lo menos un segmento de la parte de protuberancia tiene una superficie periferica exterior que no esta en la prolongacion de la superficie de sellado", la superficie parcial de la 5 parte de protuberancia del perno que colinda con la superficie de sellado puede tener la misma inclinacion que la superficie de sellado.

La union entre la superficie de hombro sustituto y la superficie de hombro principal del perno forma preferentemente un pico redondeado que tiene un radio de 1,5 mm como maximo.

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Las superficies de sellado del perno y la caja pueden ser ambas una superficie troncoconica, pero haciendo una de las superficies de sellado una superficie troncoconica y la otra superficie de sellado una superficie curva de rotacion (superficie torica) con un radio de curvatura de por lo menos 20 m o una combinacion de una superficie curva de rotacion y una superficie troncoconica aumenta el rendimiento de sellado de la junta.

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Las superficies de hombro sustituto tanto del perno, como de la caja son preferentemente superficies troncoconicas. Las superficies de hombro principal tanto del perno, como de la caja son preferentemente superficies troncoconicas, pero tambien es posible que una sea una superficie curva saliente (superficie torica convexa) y la otra sea una superficie curva ahuecada (superficie torica concava) o una combinacion de dichas superficies curvas con 20 superficies planares como se describe en WO 2007/017082. Como una alternativa, las superficies de hombro principal pueden tener una forma escalonada como se describe en EE. UU. 4.611.838, evitando dicha forma escalonada la deformacion hacia dentro del extremo del perno.

El espesor (dimension radial) de la superficie de hombro principal es preferentemente al menos 1,5 veces el espesor 25 de la superficie de hombro sustituto.

En una junta roscada de tipo premium para tubos de acero de acuerdo con la presente invencion, se suministra una parte de protuberancia que no tiene contacto con la caja en el extremo de la parte de reborde de un perno y la forma de las superficies de hombro de sus superficies de extremo tiene una estructura de doble hombro con una superficie 30 de hombro principal y una superficie de hombro sustituto, por medio de lo cual se obtiene un buen rendimiento de compresion. Como resultado, cuando se aplica repetidamente una carga combinada, el rendimiento de sellado aumentado en gran medida y ya no ocurren fugas en una prueba de Serie A de acuerdo con las normas ISO 13679.

Breve descripcion de las figuras 35

La Figura 1 es una vista en seccion transversal esquematica de los alrededores de la parte de reborde de una junta roscada para tubos de acero de acuerdo con la presente invencion en donde el segmento principal de la parte de protuberancia es una superficie troncoconica.

40 La Figura 2 es una vista en seccion transversal esquematica de una junta premium convencional para OCTG del tipo de acoplamiento convencional, siendo (A) una vista parcial que muestra solo un lado y siendo (B) una vista de la totalidad.

La Figura 3 es una vista en seccion transversal esquematica de una junta roscada para tubos de acero de acuerdo 45 con la presente invencion.

La Figura 4 es una vista en seccion transversal esquematica de los alrededores de la parte de reborde de una junta roscada para tubos de acero de acuerdo con la presente invencion en donde el segmento principal de la protuberancia es una superficie cilmdrica.

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La Figura 5 es una vista esquematica en seccion transversal de la forma de una rosca. Las Figuras 6(A) a 6(D) son diagramas esquematicos que ilustran los surcos formados en la superficie de hombro de un perno.

La Figura 6(A) es una vista parcial en perspectiva, las Figuras 6(B) - 6(C) son vistas de extremo y la Figura 6(D) 55 muestra un perfil axial de un perno y una caja cerca del extremo del perno.

Las Figuras 7 y 8 muestran los surcos formados en la superficie de hombro de un perno.

Mejor forma de llevar a cabo la invencion

5 A continuacion, se explicara una junta roscada para tubos de acero de acuerdo con la presente invencion haciendo referencia al mismo tiempo a los dibujos.

Las Figuras 1, 3 y 4 son vistas en seccion transversales esquematicas de una junta roscada para tubos de acero de acuerdo con la presente invencion. Esta junta roscada es un tipo de junta roscada de tipo premium que comprende 10 un perno 1 y una caja 2. Por consiguiente, el perno 1 comprende una parte roscada que tiene una rosca macho 11 y una parte de reborde 12 situada en el lado de extremo delantero de la parte roscada que tiene una superficie de sellado 13. Se suministra una superficie de hombro en la superficie de extremo de la punta de la parte de reborde. Como se muestra en estas figuras, la superficie de sellado 13 del perno 1 normalmente esta posicionada en forma adyacente o alrededor de la parte roscada de la parte de reborde 12. La caja 2 tiene una parte roscada que tiene 15 una rosca hembra 21 que se engrana con la rosca macho 11 del perno, una superficie de sellado 23 que puede tener un contacto de sellado con la superficie de sellado 13 del perno (para lograr un sellado de contacto de metal a metal) y una superficie de hombro en contacto con la superficie de hombro del perno en la direccion axial de la junta.

Como se muestra en la Figura 5, la rosca macho 11 del perno 1 y la rosca hembra 21 de la caja 2 son ambas roscas 20 ahusadas, con el diametro de la cresta de rosca y la rafz de rosca disminuyendo gradualmente hacia el extremo del perno. Del mismo modo, las superficies de sellado 13 y 23 del perno 1 y la caja 2 son superficies ahusadas que disminuyen en diametro hacia el extremo del perno.

Una parte de la rosca macho mas cerca de la punta de la parte roscada del perno (el lado que colinda con la parte 25 de reborde 12) puede ser una rosca de no enganche que no se engrana con la rosca hembra 21 de la caja 2. En este caso, como se muestra en la figura 3, se forma preferentemente un surco circunferencial 32 en la parte de la caja 2 que esta opuesta a la rosca de no enganche del perno. De esta manera, se aumenta la rigidez del reborde y la resistencia de la junta a la compresion. Con el mismo objetivo, puede aumentarse el espesor de pared del perno y la caja hacia la superficie de hombro (se disminuye el diametro interior) mediante troquelado o alteracion.

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La parte de reborde 12 del perno 1 tiene una parte de protuberancia 16, que es una region sin contacto que no tiene contacto con la parte opuesta de la caja, entre la superficie de sellado 13 y la superficie de hombro en su extremo. Por lo tanto, la longitud de la parte de reborde aumenta en comparacion con una junta premium usual mostrada en la Figura 2 que no tiene una region sin contacto delante de la superficie de sellado del perno.

35

En la presente invencion, la superficie de hombro de extremo del perno 1 tiene una estructura de dos niveles que comprende una superficie de hombro principal 14 en el lado de la superficie interior de la junta y una superficie de hombro sustituto 15 en la superficie exterior de la junta. El espesor 46 (el espesor proyectado en un plano perpendicular al eje de la junta) de la superficie de hombro principal 14 es mas grande que el espesor 47 de la 40 superficie de hombro sustituto 15. La superficie de hombro principal 14 del perno 1 es una superficie de hombro inverso en donde el angulo 42 con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta es un angulo negativo. Por otro lado, el angulo de la superficie de hombro sustituto 15 con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta es positivo. Desde luego, la superficie de hombro de la caja 2 que tiene contacto con las superficies de hombro 14 y 15 del perno 1 comprende como corresponde una superficie de hombro principal 24 en el lado de superficie interior 45 de la junta y una superficie de hombro sustituto 25 en la superficie exterior de la junta.

Con una junta premium usual, se exige un rendimiento de compresion de aproximadamente un 40 a un 60% del lfmite de elasticidad del cuerpo del tubo y en algunos pozos petroleros, es necesario un rendimiento de compresion que supere el 80%. Por supuesto, la carga de compresion la sujetan no solo los hombros sino tambien las partes 50 roscadas y si se usan roscas que tengan una buena capacidad para soportar una carga de compresion, la carga en los hombros puede disminuir hasta ese punto. Sin embargo, el espesor de la parte de reborde 41 (el espesor de pared del perno en la mitad de la superficie de sellado 13) esta hecho por lo menos un 25% y el de 5 preferentemente al menos un 50% del espesor de pared del cuerpo de tubo de manera que la parte de reborde tenga la resistencia a la compresion exigida de ella.

Cuanto mas grande sea el espesor de la superficie de sellado y la parte de protuberancia de la parte de reborde,

mayor sera su capacidad de sellado contra la presion externa, por lo que cuando se forma un chaflan 17 en la superficie interior del extremo de la parte de reborde con el fin de evitar la turbulencia aumentando la circularidad, el angulo del chaflan 17 con respecto al eje de la junta es preferentemente un angulo bastante pequeno en el intervalo de 9 a 30 grados. Aunque este no sea el caso en la Figura 1, 3 y 4, se puede suministrar del mismo modo un chaflan 5 con un angulo poco profundo en la superficie interior de la caja 2 que colinda con el perno 1.

La forma de las superficies de sellado 13 y 23 del perno 1 y la caja 2 puede formarla una lmea recta que esta inclinada con respecto al eje de la junta o una lmea curva como un arco circular (la primera se denominara superficie troncoconica y la ultima se denominara superficie curva de rotacion), o puede ser una superficie de rotacion formada 10 haciendo girar un segmento de lmea que es una combinacion de ambas lmeas alrededor del eje de la junta (principalmente, una combinacion de una superficie troncoconica y una superficie curva de rotacion). Preferentemente, la superficie de sellado del perno 1 o de la caja 2 la forma una superficie troncoconica y la superficie de sellado del otro es una superficie curva de rotacion o una combinacion de una superficie curva de rotacion y una superficie troncoconica. Como resultado, el rendimiento de sellado de la junta aumenta y es diffcil que 15 se produzca la friccion.

Si la inclinacion 44 (angulo de inclinacion) de las superficies de sellado 13 y 23 con respecto al eje de la junta es demasiado pronunciada, se produce una disminucion en la presion de contacto de sellado en el momento de una carga de tension, mientras que si la inclinacion, es demasiado moderada, es mas facil que se produzca la friccion 20 debido a un aumento en la distancia de corrimiento. El angulo de inclinacion 44 de las superficies de sellado esta en el intervalo de 5 a 25 grados y, preferentemente, en el intervalo de 10 a 20 grados. Cuando se emplean roscas ahusadas, el angulo de inclinacion 44 de las superficies de sellado es mas grande que el angulo de inclinacion de las roscas 11, 21. Por ejemplo, el angulo de inclinacion de las roscas esta entre 1 y 5 grados, preferentemente, alrededor de 1,6 grados.

25

Si un angulo inverso de por lo menos una cierta cantidad se proporciona a las superficies de hombro principal 14 y 24 del perno 1 y la caja 2, la deformacion de la parte de reborde cuando se aplica una carga de compresion se vuelve uniforme propagandose en la direccion radial hacia fuera y el rendimiento de sellado de la junta aumenta. Sin embargo, si el angulo inverso se hace demasiado grande, puede ocurrir una deformacion plastica excesiva en la 30 superficie de hombro principal 24 de la caja, proporcionando en consecuencia el efecto de estabilizar la deformacion y disminuir el rendimiento de sellado de la junta. Por lo tanto, el angulo inverso 42 de las superficies de hombro principal 14 y 24 es tal, que el valor absoluto de la inclinacion 42 de la superficie de hombro principal 14 del perno 1 con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta (que es en realidad un angulo negativo) es de 5 y 25 grados, preferentemente, de 10 a 20 grados.

35

Las superficies de hombro sustituto 15 y 25 del perno 1 y la caja 2 actuan como topes que suprimen la excesiva deformacion hacia fuera del extremo de la parte de reborde 12 del perno 1. Por lo tanto, las superficies de hombro sustituto 15 y 25 no tienen contacto entre sf en un estado apretado normal. Cuando actua una alta carga de compresion o se aplica una torsion de apriete excesiva, tienen contacto y suprimen la deformacion hacia fuera de la 40 parte de reborde.

La interferencia diametrica geometrica (diferencia en el diametro medido en un plano de referencia antes de apretar el perno y la caja) de las superficies de hombro sustituto se hace como maximo 1,1 veces la interferencia de las superficies de sellado y, preferentemente, se hace sustancialmente igual a la interferencia diametrica geometrica de 45 las superficies de sellado. La expresion "sustancialmente igual" permite una variacion de hasta el 5%.

Al disenar las superficies de hombro sustituto 15 y 25 del perno y la caja para tener casi la misma interferencia que hay entre las superficies de sellado 13 y 23 en un estado apretado normal, todo el reborde del perno se pandeara hacia dentro (disminuira en diametro) debido al efecto de la interferencia de las superficies de sellado del perno y la 50 caja, y la superficie de hombro sustituto del perno se pandeara hacia dentro al menos en la misma cantidad que la interferencia de las superficies de sellado, por lo que no se producira el contacto entre las superficies de hombro sustituto del perno y la caja.

Sin embargo, es permisible que los hombros sustitutos 15 y 25 tengan contacto entre sf en un estado apretado 55 normal. En este caso, la presion de contacto de los hombros sustitutos se hace como maximo el 50% de la presion de contacto de las superficies de sellado para no tener un efecto adverso en las propiedades de sellado.

El estado apretado normal significa que el perno y la caja de una junta roscada estan apretados para llegar a una torsion de apriete adecuada, establecida por el fabricante de la junta de acuerdo con su forma y su material. En el estado apretado normal, las superficies de hombro (las superficies de hombro principal en el caso de una junta 5 roscada de acuerdo con la presente invencion) del perno y la caja tienen contacto entre sf con una cierta cantidad de interferencia sin aflojamiento global o deformacion plastica extensa.

La inclinacion 43 de las superficies de hombro sustituto 15 y 25 con respecto al eje de la junta se hace por lo menos 5 grados y como maximo 30 grados (principalmente, la inclinacion con respecto a la direccion perpendicular al eje de 10 la junta es por lo menos de +60 grados y como maximo de +85 grados) y, preferentemente, es mayor que la inclinacion del sellado (inclinacion 44) desde el punto de vista de garantizar un espesor suficiente de las superficies de hombro principal 14 y 24 y suprimir la deformacion de las superficies de hombro en la direccion perpendicular al eje de la junta (la direccion radial).

15 Preferentemente, la superficie de sellado del perno, la superficie exterior de la parte de protuberancia del perno y la superficie de hombro sustituto del perno no estan alineadas y la superficie de sellado de la caja, la superficie interior de la parte de la caja que da hacia la superficie exterior de la parte de protuberancia del perno y la superficie de hombro sustituto de la caja no estan alineadas.

20 Desde el punto de vista de mantener la resistencia a la compresion y la resistencia a la torsion, el espesor de la superficie de hombro sustituto 15 del perno 1 (el espesor proyectado en un plano perpendicular al eje de la junta) se hace mas pequeno que el espesor de la superficie de hombro principal 14. Preferentemente, el espesor de la superficie de hombro principal 14 del perno 1 se hace por lo menos 1,5 veces el espesor de la superficie de hombro sustituto 15, mas preferentemente se hace por lo menos 2,5 veces y como maximo 6 veces y todavfa mas 25 preferentemente se hace por lo menos 3 veces y como maximo 5 veces.

La longitud 45 de la parte de protuberancia 16 del perno 1 (principalmente, la longitud en la direccion axial de toda la parte de protuberancia, es decir, la region sin contacto del perno y la caja, incluyendo la region de la superficie de hombro sustituto que puede estar en contacto con la caja) vana con el tamano de la junta roscada, pero si es 30 demasiado corta, el efecto de aumentar las propiedades de sellado contra la presion externa desaparece, mientras que si es demasiado larga, el efecto de aumentar las propiedades de sellado se satura. En el intervalo de los tamanos de tubo usados en OCTG (un diametro exterior de aproximadamente 50 a 550 mm), preferentemente se hace aproximadamente de 4 a 20 mm.

35 Con el fin de aumentar la resistencia a la compresion, es conveniente que el espesor de la superficie de hombro del extremo del perno 1 se haga lo mas grande posible y que el volumen de la fraccion de la parte de reborde 12 mas cerca del extremo que la superficie de sellado 13 (principalmente, la parte de protuberancia 16 y la superficie de hombro 14, 15) se haga lo mas grande posible. Para este, proposito, la superficie exterior de la parte de protuberancia es preferentemente una superficie cilmdrica (con un angulo de inclinacion con respecto al eje de la 40 junta de 0 grados) o una superficie troncoconica con una inclinacion con respecto al eje de la junta que es mas pequena que la inclinacion de la superficie de sellado y el hombro sustituto encima de una region parcial de ah en la direccion axial y, preferentemente, encima de una region principal con una longitud de al menos la mitad de la longitud en la direccion axial. En este caso, la superficie interior de la parte de la caja 2 que esta opuesta a la parte de protuberancia 16 la forma preferentemente una superficie cilmdrica o una superficie troncoconica (por ejemplo, 45 con la misma inclinacion o una inclinacion sustancialmente similar) como la forma de la parte de protuberancia encima de al menos la mitad de la longitud en la direccion axial para formar un espacio de separacion uniforme desde la superficie exterior de la parte de protuberancia.

En una realizacion en donde la superficie exterior del segmento principal de la parte de protuberancia 16 la forma 50 una superficie troncoconica (principalmente, una superficie ahusada) (mostrada en la Figura 1 y Figura 3), la superficie interior de la caja tiene una forma troncoconica que esta enfrentada al segmento principal de la parte de protuberancia y funciona como una grna, por lo que es posible realizar el apriete centrando al mismo tiempo la parte de reborde del perno, por medio de lo cual las superficies de sellado 13 y 23 del perno 1 y la caja 2 tienen contacto de manera estable y la capacidad de sellado aumenta y puede evitarse la friccion. En caso de que la superficie 55 periferica exterior de la parte de protuberancia del perno y la superficie interior de la parte de la caja que esta opuesta a la parte de protuberancia del perno tenga una parte con forma sustancialmente troncoconica, su angulo

de ahusamiento es preferentemente menor que 10 grados.

Por otro lado, en una realizacion en donde la parte de protuberancia tiene una superficie cilmdrica (Figura 4) , el espesor (46 + 47) de la superficie de hombro y el espesor 41 de la superficie de sellado 13 pueden hacerse lo mas 5 grande posible dentro de un grosor limitado de pared de tubo, de manera que la resistencia a la compresion aumente. Aun en una realizacion en donde la superficie exterior de la parte de protuberancia es troncoconica, el espesor de la superficie de hombro puede mantenerse cerca del espesor en una realizacion con una superficie cilmdrica haciendo posible que se produzca el contacto en la superficie de hombro sustituto en el momento del apriete.

10

Si la superficie exterior de la parte de protuberancia del perno tiene contacto con la superficie interior de la superficie opuesta de la caja despues del apriete, existe la posibilidad de que resulte afectada la capacidad de sellado. Con el fin de evitar este contacto, el espacio de separacion (distancia radial) entre la superficie exterior del segmento principal de la parte de protuberancia del perno y la superficie interior de la parte opuesta de la caja es al menos 15 preferentemente de 0,1 mm en un estado apretado normal de la junta roscada. El espacio de separacion es preferentemente de 1,0 mm como maximo ya que un espacio de separacion demasiado grande puede ocasionar que la superficie interior de la caja pierda su capacidad de guiar la parte de protuberancia del perno durante el apriete.

20 Sin embargo, como se muestra en la Figura 4, una region parcial de la parte de protuberancia 16 que colinda con la superficie de sellado 13 del perno 1 puede tener la misma inclinacion que la superficie de sellado 13 (principalmente, puede llegar a ser una extension de la superficie de sellado y tener una forma claramente distinta al segmento principal de la parte de protuberancia 16 (una superficie cilmdrica en el ejemplo ilustrado)) y/o una region parcial que colinda con la superficie de hombro sustituto 25 en la parte de la caja 2 que esta enfrentada a la parte de 25 protuberancia puede tener la misma inclinacion que la superficie de hombro sustituto 25 (puede llegar a ser una extension de la superficie de hombro sustituto y tener una forma claramente distinta a la superficie interior de la fraccion de la caja que da hacia el segmento principal de la parte de protuberancia del perno). Como resultado, se logra no solo el efecto de la parte de protuberancia sino tambien un buen rendimiento de apriete mientras se centra la parte de reborde del perno. En este caso, el segmento principal de la parte de protuberancia 16 tambien tiene

30 claramente una forma distinta a la superficie de sellado 13 y la superficie de hombro sustituto 15 en ambos lados.

La union entre la superficie de hombro principal 14 y la superficie de hombro sustituto 15 del perno 1 forma un pico redondeado 49 con un radio de 1,5 mm como maximo. Como resultado de ello, puede maximizarse el area de contacto de la superficie de hombro principal y la superficie de hombro sustituto y se logran un aumento en la

35 resistencia a la compresion y la supresion de la deformacion en la direccion radial de la superficie de hombro.

Como se discutio al principio, una junta roscada de acuerdo con la presente invencion puede mostrar un alto rendimiento bajo compresion debido a una parte de protuberancia que se suministra cerca de la punta de una parte de reborde de un perno para no tener contacto con la superficie opuesta de una caja y debido a una estructura de 40 hombro de dos escalones que tiene una superficie de hombro principal y una superficie de hombro sustituto para la superficie de hombro en el extremo del perno.

Sin embargo, una grasa lubricante que es un lfquido usado en el momento del ensamblaje de la junta roscada puede permanecer en el espacio 50, entre el perno y la caja, formado en el area de la parte de protuberancia (mas abajo, el 45 espacio se denominara espacio de protuberancia). Al terminar el ensamblaje, la presion en el espacio de protuberancia 50 aumenta por el lubricante confinado en el espacio y la presion aumentada puede ocasionar que la presion de contacto entre las superficies de sellado 13 del perno y la caja disminuya y de esta manera afectar a la capacidad de sellado de la junta.

50 En una realizacion preferente de la presente invencion, la superficie de hombro de por lo menos el perno o la caja tiene al menos un surco o una concavidad que se extiende desde la parte de protuberancia hasta la superficie interior de la junta roscada. De esta manera, el surco se extiende a traves tanto de la superficie de hombro principal, como de la superficie de hombro sustituto del perno y/o la caja. Es posible localizar una fraccion del surco en la superficie de hombro del perno y la fraccion restante de la misma en la superficie de hombro de la caja. De ese 55 modo, el espacio de protuberancia 50 se comunica con el espacio interior de la junta roscada a traves del surco. Por lo tanto, cuando la presion del lfquido confinado en el espacio de protuberancia aumenta, puede escapar al espacio

interior de la junta roscada a traves del surco.

Puede dejarse escapar el Ifquido en el espacio de protuberancia mediante un agujero de paso que se extiende adentro de la parte de hombro, pero la formacion de este agujero de paso es bastante diffcil.

5

En una realizacion particularmente preferente, como se muestra en las Figuras 6(A) - 6(D), se suministra por lo menos un surco en la superficie de hombro del perno.

En el caso mostrado en la Figura 6(A), la superficie de hombro del perno que es la superficie de extremo de la parte 10 de reborde tiene un surco que comprende dos partes de surco, es decir, una parte de surco primera o exterior 51A y una parte de surco segunda o interior 51B. La parte de surco exterior 51A se extiende oblicuamente a traves de la superficie de hombro sustituto 15 y la parte de surco interior 51B se extiende oblicuamente a traves de la superficie de hombro principal 14. La Figura 6(B) muestra una vista de extremo de la parte de reborde que tiene tres surcos cada uno con dos partes de surco 51A, 51B situadas a lo largo de la circunferencia del extremo del reborde. La 15 Figura 7 muestra una ilustracion fotografica de un extremo de perno que tiene un surco con los surcos de dos escalones en la superficie de hombro.

Con el fin de lograr la funcion antes descrita, las partes de surco 51A y 51B deben comunicarse entre sf Pare este proposito, como se muestra en la Figura 6(D), a lo largo de la parte circunferencial mas interior del hombro de la caja 20 que esta opuesto al pico 49 del hombro del perno (la union o interfase entre la superficie de hombro principal y la superficie de hombro sustituto del perno), puede proporcionarse una concavidad 52 como un canal de conexion para extenderse desde un punto que esta opuesto al extremo interior de la parte de surco exterior 51A hasta un punto que esta opuesto al extremo exterior de la parte de surco interior 51B, por medio de lo cual las partes de surco 51A, 51B en el hombro del perno se comunican entre sf a traves de la concavidad 52 que se extiende a lo largo del pico 25 circunferencial 49 en el hombro de la caja. De manera alternativa, este canal de conexion entre las partes de surco 51A y 51B puede lograrse formando un chaflan o concavidad en la superficie del hombro del perno a lo largo del pico circunferencial 49 para extenderse desde el extremo interior de la parte de surco exterior 51A hasta el extremo exterior de la parte de surco interior 51B. Mas preferentemente, la concavidad o el canal de conexion puede formarse tanto en la superficie de hombro del perno, como en la superficie de hombro de la caja.

30

Como se muestra en la Figura 6(C), la parte de surco exterior 51A y la parte de surco interior 51B pueden estar posicionadas de tal forma que se comuniquen directamente entre sf (principalmente, el extremo interior de la parte de surco exterior 51A esta conectado al extremo exterior de la parte de surco interior 51B) . La Figura 8 muestra una ilustracion fotografica de la parte de hombro de un extremo de perno con un parte de surco exterior y una parte de 35 surco interior directamente conectados entre sf Esta disposicion prescinde de la formacion de un canal de conexion como se describio anteriormente, aunque la formacion de surcos es un poco mas sencilla cuando las partes de surco exterior e interior se encuentran en las mismas posiciones circunferenciales como se muestra en la Figura 6(A). En cualquier caso, la formacion de surcos o concavidades puede realizarse usando un sistema de maquinado NC (control numerico).

40

En otra realizacion, la parte de surco exterior 51A en la superficie de hombro sustituto y la parte de surco interior 51B en la superficie de hombro principal pueden extenderse en una direccion radial mas que en una direccion oblicua como se muestra en las Figuras 6(A) - 6(C), preferentemente, de tal forma que estas dos partes de surco que se extienden de manera radial esten directamente conectadas entre sf En este caso, la longitud de cada parte de surco 45 se minimiza de manera que el lfquido pueda escapar con facilidad y los surcos puedan formarse sin un sistema de maquinado NC. Sin embargo, es necesaria una maquina especial de formacion de surcos.

En las realizaciones mostradas en las Figuras 6(B) y 6(C), se suministran tres surcos, comprendiendo cada uno de ellos una parte de surco exterior y una parte de surco interior, para establecer la comunicacion entre el espacio de 50 protuberancia y el espacio interior de la junta roscada, a distancias iguales a lo largo de la circunferencia de la superficie de hombro en el extremo del perno. Puede haber por lo menos un surco y no hay lfmite superior en el numero de surcos, aunque ocho es suficiente. Preferentemente, el hombro del perno y/o la caja tiene de dos a cuatro surcos.

55 La forma transversal de los surcos no esta restringida, pero deben tener un area transversal suficiente para permitir que el lfquido pase a traves de ellos. Con el fin de evitar una disminucion significativa en el rendimiento de la junta

roscada bajo compresion debido a una disminucion en el area de contacto de la superficie de hombro principal causada por la formacion de surcos, la longitud circunferencial de cada una de las partes de surco, interior y exterior, es preferentemente tal que cada surco se extienda sobre 180 grados como maximo a lo largo de la circunferencia de la superficie de hombro. De este modo, si se proporcionan tres partes de surco en cada uno de los hombros 5 principales y del hombro sustituto como se muestra en las Figuras 6(B) o 6(C) , cada parte de surco se extiende, preferentemente, a lo largo de un arco con un angulo de 180 grados o menos y mas preferentemente con un angulo de 120 grados o menos. 5

Los surcos pueden formarse en la superficie de hombro de la caja en lugar del perno. Cuando se proporciona una 10 pluralidad de surcos en la direccion circunferencial, algunos de los surcos pueden formarse en el perno con el surco o surcos restantes en la caja. Cuando un surco comprende una parte de surco exterior y una parte de surco interior como se muestra en las Figuras 6(A) a 6(C), tambien es posible formar una parte de surco exterior en el perno y la parte de surco interior de la caja, o viceversa.

15 La forma de una junta roscada para tubos de acero distinta a la forma descrita anteriormente puede ser igual a la forma de una junta roscada convencional para tubos de acero del tipo de junta premium.

Por ejemplo, la rosca macho 11 y la rosca hembra 21 del perno 1 y la caja 2 de una junta roscada para tubos de acero de acuerdo con esta invencion pueden ser roscas ahusadas como las de una junta roscada convencional para 20 tubos de acero (como una rosca trapezoidal especificada por una rosca trapezoidal de API o una rosca que tiene forma trapezoidal derivada de la forma de rosca trapezoidal de API). Ha habido muchas propuestas con respecto a la forma (por ejemplo, los angulos de inclinacion. del flanco de penetracion y el flanco de carga de la rosca, el chaflan, el espacio de separacion entre los flancos de penetracion, la separacion entre las superficies de cresta y las partes de rafz y el radio de curvatura de partes redondeadas) de una rosca ahusada para una junta roscada para 25 tubos de acero y puede emplearse cualquiera de estas. Por ejemplo, aunque no se muestre en la Figura 5, puede suministrarse un chaflan (un cambio en el nivel producido por biselado) en el flanco de penetracion (la superficie lateral de la rosca en el lado derecho en la Figura 5) de la rosca macho o la rosca hembra o ambas.

En una rosca ahusada de la rosca macho 11 y la rosca hembra 12, la superficie de cresta y la parte de rafz de cada 30 cresta puede hacerse paralelas al ahusamiento de la rosca ahusada, pero preferentemente se hacen paralelas a la direccion axial de la junta. Haciendo esto, pueden disminuirse los problemas debido a las desviaciones del angulo de penetracion en el momento de las operaciones de conexion en el campo.

Como bien se sabe, las juntas roscadas para tubos de acero incluyen tipos de acoplamiento y tipos integrales. En un 35 tipo de acoplamiento convencional, se forma un perno en la superficie exterior de ambos extremos de los tubos de acero que se conectaran y se forma una caja en la superficie interior de ambos lados de un acoplamiento, que es un miembro separado. En un tipo integral, se forma un perno en la superficie exterior de un extremo de un tubo de acero, se forma una caja en la superficie interior del otro extremo y los tubos de acero se conectan sin usar un acoplamiento. La presente invencion puede aplicarse a cualquiera de estos dos tipos de juntas roscadas para tubos 40 de acero.

Ejemplos

Con el fin de ilustrar los efectos de esta invencion, se realizo una prueba Serie A de acuerdo con las normas ISO 45 13679 en los cinco tubos de prueba mostrados en la Tabla 1.

Los tubos de prueba 1 a 5 mostrados en la Tabla 1 tienen la forma basica de una junta roscada de tipo acoplamiento (junta T&C) para OCTG mostrado en la Figura 2. Hubo tres tamanos de revestimiento que median 9-5/8 pulgadas, 53,5# (diametro exterior de 244,48 mm y grosor de pared de 13,84 mm), 10-3/4 pulgadas, 60,7# (diametro exterior 50 de 273,05 mm, grosor de pared de 13,84 mm) y 10-3/4 pulgadas, 65,7# (diametro exterior de 273,05 mm, grosor de pared de 15,11 mm).

El material de los tubos era un material L80 (acero al carbono) de las normas de API (American Petroleum Institute). Para comparacion, 4 era un material Q125 (acero al carbono) de acuerdo con las normas de API. La longitud en la 55 direccion axial de la parte de protuberancia 45 del perno y la longitud en la direccion axial de la region principal sin contacto 48 de la parte de protuberancia se muestran en la Tabla 1. La superficie exterior de la region principal de la

parte de protuberancia y la superficie interior opuesta de la caja eran, una superficie troncoconica como se muestra en la Figura 1 para las piezas de prueba 1 a 4 o una superficie cilmdrica como se muestra en la Figura 4 para la pieza de prueba 5. La separacion entre el perno y la caja en la parte principal de la parte de protuberancia era de 0,2 mm para las piezas de prueba 1 a 4 y 0,9 mm para la pieza de prueba 5. El angulo de la parte achaflanada 17 es de 5 15 grados para todas las piezas de prueba. Los resultados de una prueba Serie A de acuerdo con las normas ISO 13679 tambien se muestran en la Tabla 1.

N 0

Tam ano Mate rial de la junta Angulo de contacto (°) Relacion de espesor de superficies de hombro (principal/sustituto) Longitud en la direccion axial de la parte de protuberancia (mm) Resultados de prueba Comentarios

Superfi cie de sellado

Superfici e de hombro sustituto Superfici e de hombro DrinciDal Region sin contacto 48 Parte de protuberan cia

1

9-5/8", 53,5# L80 14 20 -15 3,7 10,2 13,5 Bueno Esta invencion

2

10-3/4", 60,7# L80 14 20 -15 3,6 12,2 15,5 Bueno Esta invencion

3

10-3/4", 65,7# L80 14 20 -15 4,7 6,2 9,5 Bueno Esta invencion

4

9-5/8#, 53,5# Q125 14 20 -15 3,7 10,2 13,5 Bueno Esta invencion

5

9-5/8", 53,5# L80 14 Ninguna 0 - 14,0 14,0 Fuga de presion interna Ejemplo comparative

Como se muestra en la Tabla 1, aun si el tamano o material de una junta de acuerdo con la presente invencion hubiera cambiado, no se produjo ninguna fuga y hubo una diferencia clara en el rendimiento comparado con una junta fuera del alcance de la presente invencion, para la cual se produjeron fugas.

5 La presente invencion se explico anteriormente con respecto a una realizacion espedfica, pero esta explicacion no es mas que un ejemplo y la presente invencion no esta limitada a ella.

En particular, los especialistas en la tecnica entenderan que la presente invencion puede aplicarse simetricamente al perno y la caja con una superficie de sellado de la caja situada en un reborde que se extiende en el extremo libre de 10 la caja y un hombro de caja situado en el extremo libre de la caja, transfiriendose todas las caractensticas antes descritas del perno a la caja y viceversa.

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES

   1. Una junta roscada para tubos de acero que comprende un perno (1) y una caja (2), el perno (1) dispone de una rosca macho (11) y un reborde (12) comprendiendo (i) una superficie de sellado (13) y (ii) una parte

   5 de protuberancia (16) provista con una superficie de hombro, la caja dispone de una rosca hembra (21), una superficie de sellado (23) y una superficie de hombro, la rosca macho estando enroscada con la rosca hembra, la superficie de sellado (13) del perno (1) estando en contacto de sellado con la superficie de sellado correspondiente (23) de la caja (2), la superficie de hombro del perno (1) estando colocada en una cara de extremo del perno (1), la superficie de hombro del perno (1) comprendiendo dos superficies adyacentes distintas, un hombro principal (14) en 10 el lado interior y un hombro sustituto (15) en el lado exterior, la superficie de hombro correspondiente de la caja (2) enfrentada a las superficies de hombro del perno comprendiendo dos superficies adyacentes distintas, el hombro principal (24) en el lado interior y el hombro sustituto (25) en el lado exterior, estando colocadas dichas superficies de hombro principal (14, 24) del perno (1) y la caja (2) para evitar una deformacion del extremo del reborde (12) radialmente hacia dentro, estando colocadas las superficies de hombro sustituto (15, 25) del perno (1) y la caja (2) 15 para limitar una deformacion radialmente hacia fuera del extremo del reborde (12), teniendo el hombro principal (14) del perno (2) un grosor mayor en la direccion radial que el hombro sustituto (15) del perno (1), estando por lo menos la superficie de hombro principal del perno (1) apoyada axialmente en al menos la superficie de hombro principal correspondiente de la caja (2), teniendo por lo menos una parte de protuberancia (16) del perno (1) una superficie periferica exterior que no sea una prolongacion de la superficie de sellado del perno (1),

   20 donde la superficie de sellado del perno (1) se encuentra localizada cerca de la rosca macho (11), y la superficie periferica exterior de la parte de protuberancia (16) existe entre la superficie de sellado (13) del perno y la superficie de hombro del perno, y la superficie periferica exterior de la parte de protuberancia (16) no tiene contacto con la parte de la caja (2) que da hacia la parte de protuberancia (16) del perno (1),

   donde la superficie de sellado (13) del perno (1), la superficie exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) 25 y la superficie de hombro sustituto del perno (1) no estan alineadas y donde la superficie de sellado (23) de la caja (2), la superficie interior de la parte de la caja (2) que da hacia la superficie exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la superficie de hombro sustituto (25) de la caja (2) no estan alineadas.
2. 2. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde la superficie de hombro principal del 30 perno (1) es una superficie de hombro inverso teniendo un angulo negativo con respecto a un plano perpendicular al

   eje de la junta.
3. 3. Una junta roscada, de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en donde la superficie de hombro sustituto del perno (1) tiene un angulo positivo con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta.

   35
4. 4. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde solo la superficie de hombro principal entre las superficies de hombro en el extremo del perno (1) esta apoyada axialmente con la superficie de hombro principal correspondiente de la caja (2).

   40 5. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la superficie de

   hombro sustituto del perno (1) esta disenada para interferir con la superficie de hombro sustituto de la caja (2), la diferencia diametrica medida en un plano de referencia antes de apretar el perno y la caja entre las superficies de hombro sustituto del perno (1) y la caja (2) es igual o menor que 1,1 veces la diferencia diametrica medida en un plano de referencia antes de apretar el perno y la caja entre las partes de sellado del perno (1) y la caja (2).

   45
5. 6. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 5, en donde la diferencia diametrica medida en un plano de referencia antes de apretar el perno y la caja entre las superficies de hombro sustituto del perno (1) y la caja (2) es sustancialmente igual a la diferencia diametrica medida en un plano de referencia antes de apretar el perno y la caja entre las partes de sellado del perno (1) y la caja (2).

   50
6. 7. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en donde el angulo del hombro inverso con respecto a un plano perpendicular al eje de la junta esta entre 5 y 25 grados.
7. 8. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde las superficies 55 de hombro son sustancialmente troncoconicas.
8. 9. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la superficie de

   hombro principal y la superficie de hombro sustituto del perno (1) pueden ser sostenidas por la superficie de hombro principal correspondiente y la superficie de hombro sustituto de la caja (2) cuando reciben carga de compresion.

   5 10. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde las superficies

   de sellado (13, 23) del perno (1) y la caja (2) estan inclinadas con respecto al eje de la junta roscada un angulo comprendido entre 5 y 25 grados.
9. 11. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde las superficies 10 de hombro sustituto del perno (1) y la caja (2) estan inclinadas con respecto al eje de la junta roscada un angulo

   comprendido entre 5 y 30 grados.
10. 12. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la inclinacion de las superficies de hombro sustituto es mayor que la inclinacion de las superficies de sellado (13, 23).

    15
11. 13. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde un segmento principal de la parte de protuberancia (16) del perno (1) esta ajustado con holgura con la parte enfrentada de la caja (2) con un valor de ajuste con holgura mmimo de 0,1 mm en diametros.

    20 14. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde la inclinacion

    de la superficie de sellado (23) de la caja (2), la superficie interior de la parte de la caja (2) que da hacia la superficie exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la parte del hombro sustituto de la caja (2) es monotona.
12. 15. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde el perno (1) 25 comprende un pico redondeado entre la superficie de hombro sustituto y la superficie de hombro principal, con un

    radio inferior a 1,5 mm.
13. 16. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde una de las superficies de sellado (13) del perno (1) y de la superficie de sellado (23) de la caja (2) es una superficie

    30 troncoconica y la otra superficie de sellado comprende una superficie torica que tiene un radio de curvatura mas grande que 20 mm o la combinacion de la superficie torica y una superficie troncoconica.
14. 17. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde ambas superficies de hombro sustituto del perno (1) y la caja (2) son superficies troncoconicas.

    35
15. 18. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en donde el grosor en la direccion radial del hombro principal (14) es por lo menos 1,5 veces mayor que el grosor en la direccion radial del hombro sustituto (15).

    40 19. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde la superficie

    periferica exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la superficie interior de la parte de la caja (2) que esta enfrentada hacia la parte de protuberancia (16) del perno (1) tiene forma sustancialmente cilmdrica.
16. 20. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde la superficie

    45 periferica exterior de la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la superficie interior de la parte de la caja (2) que

    esta enfrentada hacia la parte de protuberancia (16) del perno (1) tiene una forma sustancialmente troncoconica, el angulo de ahusamiento es menor que 10 grados.
17. 21. Una junta roscada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en donde la superficie de 50 hombro de por lo menos un miembro del perno (1) y la caja (2) tiene por lo menos un surco que se extiende desde el

    espacio entre la parte de protuberancia (16) del perno (1) y la parte de la caja (2) que esta enfrentada a la parte de protuberancia (16) hasta el espacio interior de la junta roscada.
18. 22. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 21, en donde el surco comprende una primera 55 parte de surco formada en el hombro sustituto y una segunda parte de surco, formada en el hombro principal que se

    comunica directamente con la primera parte de surco en la interfase entre el hombro sustituto (14, 24) y el hombro

    principal (15, 25).
19. 23. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 21, en donde el surco comprende una primera parte de surco formada en el hombro sustituto (15, 25) y una segunda parte de surco formada en el hombro principal

    5 (14, 24) que no se comunica directamente con la primera parte de surco en la interfase entre el hombro sustituto (15, 25) y el hombro principal (14, 24); la segunda parte de surco se comunica con la primera parte de surco a traves de un canal de conexion.
20. 24. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 23, en donde el canal de conexion es una 10 concavidad formada en la superficie de hombro de la caja (2).
21. 25. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 23, en donde el canal de conexion es una concavidad formada en la superficie de hombro del perno (1).

    15 26. Una junta roscada de acuerdo con la reivindicacion 24 o 25, en donde la concavidad esta formada por achaflanado o formacion de surcos.