ES2593628T3 - Composición lubricante para un elemento roscado de un componente de conexión tubular roscada - Google Patents

Abstract

Una composición lubricante formadora de película para el rodaje de conexiones roscadas, destinada a cubrir al menos un roscado (FE, FI) y un soporte de rodaje (BVM, BVF) de un elemento roscado (EM, EF) de un componente (T2, T1) de una conexión tubular roscada (JF) con una película en estado sólido que se adhiere al roscado (FE, FI) y a dicho soporte de rodaje (BVM, BVF), estando destinado dicho soporte de rodaje (BVM, BVF) a estar enfrentado a otro soporte (BVF, BVM) de otro componente (T1, T2) de dicha conexión tubular roscada (JF) durante la fase de constitución terminal, y comprendiendo dicha composición lubricante una matriz, caracterizada porque la matriz comprende adicionalmente al menos un material reo-resistente seleccionado con el fin de conferir a dicha composición, como un complemento a la lubricación, un par sobre el valor de la resistencia estructural que es al menos igual a un valor umbral, teniendo dicha matriz una consistencia sólida y siendo no pegajosa al tacto, estando dispuesto(s) dicho(s) material(es) reo-resistente(s) para permitir que se obtenga un par sobre el valor de la resistencia estructural que es al menos igual a un valor umbral igual a un 95% de un par de referencia sobre el valor de la resistencia estructural para una grasa de tipo API RP 5A3 obtenida para dicha conexión tubular roscada (JF), comprendiendo dicha composición lubricante de 10% a 25% de un material reo-resistente en forma de una composición en peso, comprendiendo dicho material reo-resistente de 1% a 99% de resina de terpeno basada en alfa-pineno, ácido rosínico y ácido resínico esterificados con pentaeritritol, ácido rosínico y ácido resínico hidrogenados y esterificados con glicerina y/o colofonia polimerizada en forma de una composición en peso, comprendiendo dicha composición lubricante de 10% a 20% de cera de polietileno, de 0 a 5% de material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno, de 10% a 25% de colofonia esterificada, de 0 a 20% de cera de carnauba, de 20% a 30% de estearato de zinc, de 15% a 25% de ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio, de 4% a 12% de fluoruro de grafito, de 0 a 4% de politetrafluoroetileno, de 1% a 3% de nitruro de boro, de 2% a 8% de disulfuro de wolframio y de 2% a 8% de agente de acoplamiento en forma de una composición en peso.

Description

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DESCRIPCION

Composicion lubricante para un elemento roscado de un componente de conexion tubular roscada

La invencion se refiere a componentes de conexiones tubulares roscadas, por ejemplo, en aplicaciones de aceites y, mas precisamente, a la lubricacion de parte(s) de el (o los) elemento(s) roscado(s) de componentes de conexiones tubulares roscadas que comprenden un soporte estructural.

El termino “componente” como se usa en la presente memoria descriptiva significa cualquier elemento o accesorio destinado a ser conectado mediante roscado a otro componente para constituir una conexion tubular roscada con ese otro componente. El componente puede ser, por ejemplo, un tubo de longitud relativamente grande (en particular de aproximadamente diez metros de longitud), un acoplamiento tubular de unas pocas decenas de centimetros de largo, un accesorio para estos tubos (un gancho, un pasadizo, una valvula de seguridad, una herramienta y similares).

Este componente puede ser usado, por ejemplo, en la perforacion o funcionamiento de un pozo. En este caso, los componentes son conjuntamente ensamblados con el fin de ser arrojados en los pozos de hidrocarburos o similares y constituir una barra de perforacion, una tubena de envoltura o una tubena de recubrimiento o incluso una sarta de tubos (tubenas en funcionamiento).

Los elementos roscados producidos al final de un componente (tubo o acoplamiento) deben estar protegidos ante todo contra la corrosion durante el transporte y almacenamiento en el sitio de perforacion y, para estos fines, normalmente estan revestidos con una grasa o aceite protector cuando salen del centro de produccion.

En el pozo, puede ser necesario que experimenten un cierto numero de operaciones estructurales y rotura. Una operacion estructural se define como un perfil (o curva) que expresa el par estructural (o de apriete) como una funcion del numero de vueltas dadas. Un ejemplo de un perfil de par estructural correspondiente a una conexion roscada superior con roscas afiladas se muestra en forma de diagrama en la Figura 1. Como se puede observar, un perfil de par estructural generalmente se puede descomponer en cuatro partes: una primera parte P1 durante la cual las roscas externas del elemento roscado macho (o pivote) de un primer componente de una conexion tubular roscada no interfiere todavfa radialmente con las roscas internas del correspondiente elemento roscado hembra (o receptor) de un segundo componente para la misma conexion tubular roscada; una segunda parte P2 durante la cual la interferencia geometrica de las roscas de los elementos roscados macho y hembra genera un apriete radial (interferencia) que aumenta a medida que continua la estructuracion (generando un par estructural pequeno pero creciente); una tercera parte P3 durante la cual una superficie sellante en la periferia externa de la parte del extremo del elemento roscado macho interfiere radialmente con una correspondiente superficie sellante del elemento roscado hembra para producir un sellado de metal/metal; una cuarta parte P4 durante la cual la superficie del extremo frontal del elemento roscado macho esta en sujecion axial con la superficie anular de una sujecion estructural del elemento roscado hembra. La cuarte parte P4 corresponde a la fase terminal de la estructura.

El par estructural CAB que corresponde al extremo de la tercera parte P3 y el comienzo de la cuarta parte P4 se denomina el par de soporte. El par estructural CP que corresponde al extremo de la cuarta parte P4 se denomina par de plastificacion. Mas de alla de este par de plastificacion Cp se supone que el soporte estructural macho (parte extrema del elemento roscado macho) y/o el soporte estructural hembra (zona ubicada por detras de la superficie del soporte anular del elemento roscado hembra) experimenta una deformacion plastica, que puede degradar el rendimiento de sellado por contacto de las superficies de sellado. La diferencia entre estos valores del par de plastificacion CP y el par de soporte CAB se denomina el par sobre la resistencia estructural CSB de forma que (CSB = CP - CAB).

Una conexion tubular roscada es sometida a un apriete optimizado en el extremo de la estructura, que es la medida de la resistencia mecanica optimizada del conjunto roscado, por ejemplo, con respecto a las resistencias a la traccion, pero tambien con respecto a la rotura accidental en servicio y un rendimiento de sellado optimizado. El disenador de la conexion roscada por tanto debe definir, para un tipo dado de conexion roscada, el valor del par estructural optimizado que, para todos los conjuntos de ese tipo de conexion, debe ser menor que el par de plastificacion CP (para evitar la plastificacion de los soportes y las consiguientes desventajas) y mayor que el par de soporte CAB. La terminacion estructural a un par por debajo del CAB no garantiza una posicion relativa correcta para los elementos machos y hembras y, por tanto, un apriete apropiado para sus superficies de sellado. El valor eficaz de un par de soporte CAB fluctua grandemente de un conjunto respecto a otro para el mismo tipo de conexion y depende de los diametros eficaces de las roscas y la(s) superficie(s) de sellado hembra y el par estructural optimizado debe ser sustancialmente mayor que el par de soporte CAB. Como consecuencia, cuanto mayor sea el valor del par sobre la resistencia estructural CSB, mayor sera el margen para definir el par estructural optimizado y mas fuerte sera la conexion roscada con respecto a las tensiones de funcionamiento.

Para proteger las partes sensibles como las roscas contra el desgaste durante las operaciones estructurales y de rotura, las roscas normalmente estan exentas de grasa protectora y revestidas con una grasa estructural especial como grasa API RP 5A3 (anteriormente API Bull.5A2). El uso de esta grasa con contenido de metales pesados y/o toxicos puede conducir, ademas de la desventaja de tener que llevar a cabo un segundo revestimiento en la

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cabecera del pozo, adolece de la desventaja de provocar la contaminacion del pozo y el medioambiente y la grasa en exceso es expulsada desde los roscados durante la estructuracion.

Se han propuesto otros tipos de proteccion.

Por tanto, se ha propuesto la sustitucion de los dos revestimientos sucesivos de grasa por un unico revestimiento, revestimiento que se lleva a cabo en el centro de produccion de los elementos roscados, de una capa fina de lubricante con una consistencia pastosa o cerea denominada semi-seca que comprende al menos un aditivo para presiones extremas con una accion qmmica. Esa capa fina constituye un cubrimiento semi-seco que adolece de la desventaja de requerir una proteccion mecanica contra la contaminacion por partmulas de polvo o arena durante el transporte y almacenamiento.

Otras propuestas son sustituir la grasa con diversos revestimientos protectores en estado solido aplicados en el centro de produccion de los elementos roscados y que comprenden una matriz solida que se adhiere al sustrato en el que estan dispersadas las partmulas de lubricante(s) solido(s); mas particularmente, se puede citar el disulfuro de molibdeno MoS2.

El documento WO 2006/104251 describe una conexion estructural que comprende una capa viscosa lubricante cubierta con una pelmula seca solida. La pelmula no es lubricante. La capa lubricante no esta en estado solido.

La solicitud de patente francesa FR2914926, no publicada en la fecha de presentacion, se refiere a una composicion lubricante que comprende un aditivo de frenada dispersado en una matriz y seleccionado para proporcionar a la composicion, como un complemento a la lubricacion, un coeficiente de rozamiento que se selecciona para obtener un par sobre la resistencia estructural al menos igual a un valor umbral.

La solicitud de patente francesa FR2892174 se refiere a una composicion lubricante que comprende partmulas lubricantes solidas.

Por tanto, la invencion se dirige a mejorar la situacion y, mas precisamente, a ofrecer una composicion (o revestimiento) lubricante con un coeficiente de rozamiento que se selecciona con el fin de obtener un valor seleccionado para el par de la resistencia estructural definida a partir de la obtenida para la misma conexion roscada con elementos roscados revestidos con grasa estandar API RP 5A3, para permitir un valor optimizado del par estructural estandar (valor estandar determinado con grasa API RP 5A3) que va a ser usado. Esto puede evitar la reduccion del valor del par estructural optimizado para este tipo de conexion y para la grasa de referencia API y, en casos extremos, puede evitar el que no haya posibilidad de garantizar por mas tiempo el funcionamiento del soporte.

Con esta finalidad, la invencion proporciona una composicion lubricante formadora de pelmula para la estructuracion de conexiones roscadas, destinada a cubrir al menos un roscado y un soporte estructural de un elemento roscado de un componente de una conexion tubular roscada con una pelmula que se adhiere al roscado y el elemento estructural subyacente, estando destinado dicho soporte estructural a soportar otro soporte para otro componente de dicha conexion tubular roscada durante la fase estructural terminal, y comprendiendo dicha composicion lubricante una matriz. La matriz comprende al menos un material reo-resistente seleccionado con el fin de conferir a dicha composicion, como un complemento a la lubricacion, un par sobre el valor de la resistencia estructural que es al menos igual a un valor umbral, en el cual:

• dicho(s) material(es) resistente(s) esta(n) dispuesto(s) para permitir un par sobre el valor de la resistencia estructural que va a ser obtenida que es al menos igual a un valor umbral igual a un 90% de un par de referencia sobre el valor de la resistencia estructural para una grasa de tipo API RP 5A3;

• el material reo-resistente incluye de 1% a 99% de resina de terpeno basada en alfa-pineno, acido rosmico y acido resmico esterificados con pentaeritritol, acido rosmico y acido resmico hidrogenado y esterificados con glicerina y/o colofonia polimerizada, en forma de una composicion en peso;

• la composicion comprende 10% a 25% de material reo-resistente, en forma de una composicion en peso;

comprendiendo dicha composicion lubricante de 10% a 20% de cera de polietileno, de 0% a 5% de material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno, de 10% a 25% de colofonia esterificada, de 0% a 20% de cera de carnauba, de 20% a 30% de estearato de zinc, de 15% a 25% de ortofosfato-silicato de zinc-calcio-estroncio, de 4% a 12% de fluoruro de grafito, de 0% a 4% de politetrafluoroetileno, de 1% a 3% de nitruro de boro, de 2% a 8% de disulfuro de wolframio y de 2% a 8% de un agente de acoplamiento en forma de una composicion en peso.

Dicho de otro modo, la invencion propone una composicion lubricante para la preparacion de conexiones roscadas en la que el efecto elastico puede ser seleccionado como una funcion de las tensiones de Hertz a la que el elemento roscado, que debe cubrir parcialmente, debe estar sujeto al final de las operaciones de hermeticidad. El efecto elastico se puede seleccionar como una funcion de la velocidad de rozamiento.

Dependiendo de las restricciones de la aplicacion que se considere, la composicion puede estar en la forma global y, mas particularmente, en una forma solida para ser pulverizada en estado fundido, o diluida en la forma de una

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dispersion o una emulsion en un compuesto organico o en agua.

La composicion del lubricante de rodaje para conexiones roscadas se puede dividir en un cierto numero de variantes, de las que al menos algunas son caractensticas que pueden ser combinadas, en particular:

• dicho(s) material(es) reo-resistente(s) esta(n) dispuesto(s) para permitir un par sobre el valor de la resistencia estructural que va a ser obtenida que es al menos igual a un valor umbral igual a 95%, preferentemente 100%, mas preferentemente 120% de un par de referencia sobre el valor de la resistencia estructural para una grasa de tipo API RP 5A3 obtenida para dicha conexion tubular roscada (JF);

• el material reo-resistente comprende de 1% a 99% de acido rosmico y acido resmico esterificados con pentaeritritol, en forma de una composicion en peso;

• el material reo-resistente comprende de 1% a 10% de poli(metacrilato de alquilo) en forma de una composicion en peso;

• la composicion comprende de 5% a 20% de cera de polietileno;

• la composicion comprende de 0% a 5% de material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno;

• la composicion comprende de 10% a 25% de colofonia esterificada, preferentemente de 10% a 20%;

• la composicion comprende de 0% a 20% de cera de carnauba, preferentemente de 4% a 12%;

• la composicion comprende de 10% a 35% de estearato de zinc, preferentemente de 20% a 26%;

• la composicion comprende de 10% a 40% de ortofosfato-silicato de zinc-calcio-estroncio, preferentemente de 18% a 22%;

• la composicion comprende de 1% a 12% de fluoruro de grafito, preferentemente de 4,5% a 7%;

• la composicion comprende de 0% a 4% de politetrafluoroetileno;

• la composicion comprende de 1% a 3% de nitruro de boro;

• la composicion comprende de 2% a 8% de disulfuro de wolframio, preferentemente de 3% a 6%;

• la composicion comprende de 2% a 8% de un agente de acoplamiento, en forma de una composicion en peso;

• la composicion comprende al menos un aditivo de frenada constituido por dispersiones de partfculas minerales u organicas que tienen un valor relativamente elevado para las interacciones de carga y/o resistencia a la escision o enlaces atractivos entre partfculas y/o una dureza de Mohs de media a elevada y/o un comportamiento reologico que es resistente o se opone al movimiento, siendo seleccionado cada aditivo de frenada entre el grupo que comprende al menos oxido de bismuto, oxido de titanio, sflice coloidal y negro de carbono;

• la composicion comprende partfculas de lubricante(s) solido(s) dispersadas en la matriz;

• dicha(s) partfcula(s) de lubricante solido comprende partfculas de lubricantes de al menos una de las clases 1, 2, 3 y 4;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 1;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 4;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 1, al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 4;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 2 seleccionado entre fluoruro de grafito, sulfuros de estano, sulfuros de bismuto, fluoruros de calcio y disulfuro de wolframio;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden al menos partfculas de politetrafluoroetileno en forma de un lubricante solido de la clase 4;

• las partfculas de lubricante(s) solido(s) comprenden al menos moleculas de al menos un fullereno con una geometna esferica o tubular;

• dicha matriz tiene una consistencia solida, que no es pegajosa al tacto y comprende al menos un aglutinante que

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exhibe comportamiento viscoelastico;

• dicha matriz comprende al menos un jabon metalico;

• el jabon se selecciona entre el grupo que consiste al menos estearato de sodio, estearato de zinc, estearato de calcio, estearato de litio, estearato de aluminio y estearato de bismuto;

• dicha matriz comprende al menos una cera de origen vegetal, animal, mineral o sintetico;

• dicha matriz comprende al menos un polfmero lfquido con una viscosidad cinematica a 100 °C de al menos 850 mm2/s;

• dicho polfmero Kquido se selecciona entre el grupo que comprende al menos un poli(metacrilato de alquilo), un polibuteno, un poliisobuteno, un polisiloxano y un polidialquilsiloxano;

• las partfculas de lubricante solido pueden comprender moleculas de al menos un fullereno con una geometna esferica o geometna tubular;

• la matriz puede comprender al menos un aglutinante mineral, como un silicato alcalino;

• la matriz puede tener una consistencia solida, no pegajosa al tacto y comprende al menos un aglutinante viscoelastico, como un elastomero o un latex;

• la composicion en peso de lubricantes solidos puede ser, por ejemplo, como sigue: de 20% a 99% de fluoruro de grafito, de 5% a 30% de nitruro de boro, de 1% a 80% de politetrafluoroetileno;

• la composicion en peso de lubricantes solidos puede ser, por ejemplo, como sigue: de 20% a 99% de sulfuros de estano, de 5% a 30% de nitruro de boro, de 1% a 80% de politetrafluoroetileno;

• la composicion en peso de lubricantes solidos puede ser, por ejemplo, como sigue: de 20% a 99% de sulfuros de bismuto, de 5% a 30% de nitruro de boro o de 1% a 80% de politetrafluoroetileno;

• la matriz puede tener una consistencia pastosa (es decir, que tiene un punto de goteo). En este caso, la composicion lubricante puede comprender al menos un aditivo para presiones extremas con una accion qmmica.

Durante el transcurso de su investigacion, el solicitante aprecio la importancia de un elevado par sobre el valor de la resistencia estructural, por ejemplo, 100% o mas del valor de referencia o incluso un par muy elevado sobre el valor de la resistencia estructural, por ejemplo, 120% o mas del valor de referencia, haciendo posible que se conserve la geometna de los soportes y que se aumente el numero de operaciones de estructuracion/rotura.

La invencion propone tambien un elemento roscado de un componente de una conexion tubular roscada, que comprende al menos un roscado y un soporte estructural, contra el cual debe portar otro soporte de otro componente de dicha conexion tubular roscada en el extremo de la operacion de estructuracion, y en el que al menos una rosca y el soporte estructural estan revestidos con una capa fina que se adhiere a la superficie del roscado y el soporte estructural, y esta constituida por una composicion lubricante del tipo anteriormente presentado.

El elemento roscado puede estar disponible en diversas variantes, de las que al menos algunas de las caractensticas pueden ser combinadas en particular:

• puede estar al menos parcialmente cubierto con un grosor de la composicion lubricante en el intervalo de 10 pm a 50 pm;

• puede comprender tambien una superficie de sellado destinada a estar en contacto hermetico sellado con una correspondiente superficie de sellado de otro elemento roscado despues de la operacion de estructuracion y cubierta con la composicion lubricante;

• su soporte estructural puede ser una superficie de soporte anular;

• sus superficies cubiertas con la composicion lubricante pueden tener unas caractensticas geometricas, ffsicas y/o qrnmicas que las hacen capaces de adsorber o absorber dicha composicion lubricante;

• sus superficies pueden haber sido revestidas con un revestimiento o pelfcula que tiene una funcion de proteccion frente a la corrosion.

La invencion proporciona tambien una composicion tubular roscada que comprende un elemento roscado macho y un elemento roscado hembra de los que al menos uno es del tipo anteriormente presentado.

Otras caractensticas y ventajas de la invencion resultaran evidentes a partir de la siguiente descripcion y dibujos que se acompanan, en los cuales:

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• la Figura 1 muestra en diagrama un ejemplo de un perfil de par estructural (par como una funcion del numero de vueltas);

• la Figura 2 muestra en diagrama, en una seccion transversal a lo largo del eje longitudinal XX, una realizacion de un elemento hembra del primer componente de una conexion tubular roscada de tipo VAM TOP;

• la Figura 3 muestra en diagrama, en una seccion transversal a lo largo del eje longitudinal XX, una realizacion de

un elemento macho de un segundo componente de una conexion tubular roscada de tipo VAM TOP;

• la Figura 4 muestra en diagrama, en una seccion transversal a lo largo del eje longitudinal XX, una realizacion de

una conexion tubular roscada de tipo VAM TOP constituida mediante el ensamblaje de elementos machos y

hembras ilustrados en las Figuras 2 y 3; y

• la Figura 5 muestra en diagrama y funcionalmente una realizacion de una maquina de tipo Bridgman.

Los dibujos que se acompanan no solamente sirven para apoyar la invencion, sino que contribuyen tambien a su definicion si es apropiado.

El objetivo de la invencion es proponer una composicion lubricante formadora de pelfcula (o revestimiento) para el rodaje de conexiones roscadas que tienen un coeficiente de rozamiento seleccionado con el fin de obtener un valor para el par de la resistencia estructural que sea al menos igual a un valor umbral sobre un elemento roscado de un componente de una conexion tubular roscada correspondiente a un perfil de par de rodaje definido, en particular, mediante ese par sobre un valor de la resistencia estructural.

El componente se supondra en lo sucesivo que esta destinado a la perforacion o explotacion de un pozo de hidrocarburos y que estara provisto con al menos un elemento roscado macho o hembra de una conexion tubular roscada acoplada o integral con el grupo VAM (marca registrada) o equivalente. Sin embargo, la invencion no esta limitada a este tipo de uso ni al tipo de conexion tubular roscada anteriormente citada. La invencion se refiere en efecto a cualquier tipo de conexion tubular roscada independientemente de su uso, con la condicion de que comprenda al menos un elemento roscado macho o hembra provisto con al menos una roscado y un soporte constitutivo que debe ser lubricado usando la misma composicion (o revestimiento) lubricante. Las velocidades de rotacion pueden ser del orden de 10 a 30 rpm al comienzo del rodaje o despues de ajustar las roscas a un maximo de 2 a 5 rpm al final del rodaje. Los diametros son generalmente de 50 a 400 mm, las velocidades lineales estan en el intervalo de 0,3 m/s al comienzo del rodaje hasta 0,005 m/s al final del rodaje. Adicionalmente, la presion de contacto es baja al comienzo del rodaje y muy elevada al final del rodaje en las zonas de sellado y soporte. Las distancias de rozamiento son largas en las roscas desde el comienzo del rodaje hasta el final. Las distancias de rozamiento son muy pequenas en las zonas de sellado y soporte al final del rodaje. La composicion lubricante esta destinada a acomodar presiones extremas, por ejemplo, del orden de 1,5 GPa al final del rodaje, y ralentizar las velocidades al mismo tiempo que reduce el desgaste adhesivo y el agrietamiento de la rosca. Es ventajoso un aumento del rozamiento durante una disminucion elevada de la velocidad y un aumento en la resistencia de Hertz. El ensayo de Bridgmann ha demostrado ser adecuado para ensayar las composiciones lubricantes previstas; por el contrario, otros ensayos, por ejemplo, el uso de una maquina Amsler, no son pertinentes para el dominio de constitucion ya que se refiere a un contacto bajo condiciones de rodillos que estan ausentes durante la constitucion de una conexion. Estos requisitos muy particulares con las zonas de sellado y los soportes significan que no esta directamente excluida una composicion lubricante disenada para otros usos.

Como se ilustra en las Figuras 2 y 3, un componente T1 o T2 comprende una estructura de una parte regular PC terminada en un elemento (o extremo) de rosca hembra EF o macho EM.

Un elemento roscado hembra EF (vease la Figura 2) comprende al menos una rosca interna FI y un soporte de rodaje BVF que, por ejemplo, esta en la forma de una superficie anular interna (conica convexa en el caso de una conexion roscada de tipo VAM TOP) colocada en direccion descendente de una rosca interna FI.

El extremo libre del elemento roscado hembra EF actua como una referencia. Como consecuencia, cualesquiera elementos despues del extremo libre se definen por estar en direccion descendente del mismo. En el ejemplo ilustrado en la Figura 2, la rosca interna FI esta colocada en direccion descendente del extremo libre, pero en direccion ascendente del rodaje estructural BVF.

El termino “interno”, como se usa en la presente memoria descriptiva, significa una parte dispuesta a lo largo de una superficie (o una superficie) que esta orientada hacia el eje longitudinal XX del elemento roscado hembra EF.

Como se ilustra en la Figura 2, el elemento roscado hembra EF puede comprender opcionalmente una superficie de sellado de metal/metal SEF interpuesta entre la rosca interna FI y la estructura de constitucion BVF.

Un elemento roscado macho (vease la Figura 3) comprende al menos una rosca externa FE y un soporte estructural BVM que esta, por ejemplo, en la forma de una superficie extrema anular (conica concava en el caso de una conexion tubular de tipo VAM TOP) colocada en direccion ascendente de la rosca externa FE del extremo libre.

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El extremo libre del elemento roscado macho EM actua como una referencia en este caso. Como consecuencia, cualquier cosa despues del extremo libre se dice que esta en direccion descendente del mismo.

El termino “externo” significa un elemento dispuesto en una superficie (o una superficie) que esta orientada en una direccion radial opuesta al eje longitudinal XX del elemento roscado macho EM.

Como se ilustra en la Figura 3, el elemento roscado macho EM puede comprender opcionalmente una superficie de sellado de metal/metal SEM interpuesta entre el soporte de rodaje BVM y la rosca externa FE.

Debe apreciarse que la rosca interna FI, como la rosca externa FE, puede estar en una o mas partes roscadas distintas que estan distantes axial y/o radialmente una de otra y dispuestas en superficies cilmdricas o inclinadas.

Como se muestra en la Figura 4, una conexion tubular roscada JF se constituye ensamblando, mediante constitucion, un elemento roscado hembra EF de un primer componente T1 a un elemento roscado macho EM de un segundo componente T2. Dicha constitucion esta definida por un perfil del par de rodaje del tipo ilustrado en la Figura 1 y caracterizada por un par estructural CAB, un par de plastificacion CP y un par sobre la resistencia estructural CSB (cuyas definiciones respectivas se proporcionan en la seccion introductoria).

El rodaje se lleva a cabo cuando al menos uno de los elementos constitutivos BVF y/o BVM en la rosca interna FI y/o la rosca externa FE y, opcionalmente, las superficies de sellado de metal/metal SEF y SEM del elemento roscado hembra EF y/o el elemento roscado macho EM han sido cubiertas con un revestimiento (o composicion) lubricante. Este revestimiento (o composicion) puede ser depositado sobre los elementos roscados hembra EF y/o macho EM en su centro de produccion.

La composicion lubricante tiene una naturaleza formadora de pelfcula. Es capaz de formar, sobre un sustrato, una capa fina (pelfcula) destinada a adherirse al mismo. Comprende una matriz que comprende al menos un material reo-resistente. Como se observara con posterioridad, esta composicion lubricante esta destinada a ofrecer un comportamiento “reo-resistente” durante las condiciones denominadas de plastificacion por rozamiento de la estructura constitutiva (es decir, en el extremo de la fase de hermeticidad). La obtencion de propiedades elasticas ademas de las propiedades plasticas hace posible que se aumenten las fuerzas de cizallamiento bajo una tension de rozamiento. Las fuerzas de cizallamiento son mayores cuando el componente elastico es grande y la velocidad de cizallamiento es elevada. El efecto reo-resistente se obtiene al mismo tiempo que se retienen las propiedades de rozamiento y se mantienen los valores de un par estructural aceptable, evitando un calentamiento excesivo debido al cizallamiento que puede hacer variar las propiedades reologicas de la matriz, evitando la rotura de la pelfcula mas alla de un nivel de tension que la haga susceptible a un excesivo efecto lubricante, denominado encorvamiento, y evitando un efecto de pelfcula permitiendo un mayor numero de operaciones de constitucion/rotura. El material reo- resistente que forma parte de la matriz proporciona a la composicion las propiedades elasticas que en otro caso tienen propiedades esencialmente plasticas.

La matriz, denominada tambien el aglutinante, puede estar unida o portar un principio activo hasta un lugar dado. Sirve tambien como un agente cohesivo en un sistema heterogeneo y puede tener funciones que complementen las de los principios activos a los que se une o que porta. Puede tener una consistencia solida que no sea pegajosa al tacto, o puede tener una consistencia pastosa (es decir, tener un punto de goteo). Sin embargo, preferentemente exhibe un comportamiento reologico con un modulo de elasticidad que es mayor que el modulo plastico o viscoplastico, particularmente a una frecuencia baja y/o a bajas tensiones de cizallamiento, y una naturaleza lubricante. La expresion “baja frecuencia” en este caso significa una frecuencia de menos de 7,5 Hz.

La composicion puede tener un modulo de elasticidad sustancialmente constante sobre un amplio intervalo de frecuencias, con un valor de referencia en el intervalo de 0,1 Hz a 100 Hz que puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 95% a 105% del valor de referencia.

El factor de amortiguacion o angulo de fase 6 es representativo de la relacion de la energfa disipada sobre la energfa conservada seguidamente restituida durante un ciclo de deformacion sinusoidal. El angulo de fase 6 puede adoptar un valor bajo, en particular desde 0,1 hasta al menos 7,5 Hz. El angulo de fase 6 puede ser de menos de 50° a 0,2 Hz, menos de 30° a 0,5 Hz, menos de 15° a 1 Hz, menos de 10° a 5 Hz y/o menos de 6° a 10 Hz. La resistencia al cizallamiento es excelente, por lo tanto, un par elevado sobre la resistencia estructural, por ejemplo, de mas de 90% del valor de referencia.

Las caractensticas elasticas son sustancialmente superiores gracias a la presencia de materiales reo-resistentes en la matriz. Los modulos de elasticidad y viscosidad son sustancialmente independientes de la frecuencia, al menos en el intervalo seleccionado. Los materiales reo-resistentes pueden comprender al menos un acido rosmico y/o resmico y/o al menos un polfmero de viscosidad elevada, por ejemplo, un compuesto alqrnlico, en particular un poli(metacrilato de alquilo), un polibuteno, un poliisobuteno, un polisiloxano y/o elastomero sistetizado, en particular en solucion en aceite, por ejemplo, un copolfmero de bloques de estireno-etileno-butileno-estireno o un copolfmero de etileno-octeno, o un elastomero natural, por ejemplo, del tipo de latex o caucho. La presencia simultanea de colofonia esterificada y poli(metacrilato de alquilo) ha proporcionado efectos sinergicos satisfactorios.

La adicion de un agente de pigmentacion que modifica el rozamiento es posible con el fin de modificar el rozamiento

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de acuerdo con la solicitud francesa 0702634. El pigmento no forma parte de la composicion de la matriz.

La expresion “consistencia solida”, como se usa en la presente memoria descriptiva, significa consistencia (o estado) que no es Kquida ni gaseosa ni pastosa. Mas precisamente, una matriz (o una pelfcula) en este caso se estima que esta en un estado solido (o de consistencia) cuando tiene un punto de fusion de mas de una temperatura correspondiente a la que son expuestos los constituyentes durante el almacenamiento o uso, para evitar que recojan polvo de la atmosfera debido a su naturaleza pegajosa y/o para evitar que contaminen las superficies que entran en contacto la matriz (o pelfcula) y/o para evitar que contaminen el medioambiente por desplazamiento, escape o extrusion durante la constitucion/rotura.

Los mecanismos de rozamiento durante la constitucion y rotura de las conexiones tubulares roscadas se complican por la amplia diversidad de velocidades de rozamiento encontradas. Las velocidades pueden ser relativamente elevadas durante la constitucion y casi cero al final del rodaje (o fase de hermeticidad) o al comienzo de la rotura (fase de relajacion). Adicionalmente, las tensiones de Hertz son muy elevadas en los mismos periodos de rozamiento, dando lugar a estados lfmites.

Debe recordarse que la expresion “tension (o presion) de Hertz” significa la carga que es aplicada mediante contacto en una superficie (y que provoca una deformacion elastica en la misma) dividida por el area superficial. Bajo tensiones de Hertz, los materiales solidos no plasticos pueden experimentar un cizallamiento interno que reduce su vida de servicio por agotamiento del material, mientras que los materiales plasticos solidos son sometidos a este cizallamiento de acuerdo con las leyes de flujo, con la generacion de una superficie de rozamiento.

Con el fin de superar los problemas debidos a las tensiones cineticas anteriormente citadas, es ventajoso usar una matriz cuyas propiedades sean de naturaleza plastica y que permita un flujo viscoso bajo tension al mismo tiempo que se acomodan a todas las situaciones de velocidades encontradas. Una matriz formada por varios constituyentes rinde mejor en presencia de una amplia diversidad de cizallamientos. De hecho, puede mantener los otros elementos activos en su sitio y contribuir a la produccion de pelfculas de transferencia estable o efecto de decapado.

Como un ejemplo, es posible usar una matriz en estado solido que comprende al menos un polfmero (o resina) termoplastico que se situa en la categona de los polfmeros viscoplasticos, como polietileno o un aglutinante acnlico. El polietileno es interesante y no adolece de los problemas de aplicacion asociados a una viscosidad elevada en estado fundido, como es en el caso de otros polfmeros viscoplasticos como poliamida 6, poliamida 11 o polipropileno. Los polietilenos ventajosos son los que tienen puntos de fusion de mas de 105 °C. Sin embargo, puede ser usada una matriz con un punto de fusion en el intervalo de 80 °C a 400 °C.

Se recordara que el termino “termoplastico” describe un polfmero fusible que puede ser reversiblemente ablandado y seguidamente fundido calentando a temperaturas respectivas de Tg y Tf (temperatura de transicion vftrea y temperatura de fusion) y solidificado y seguidamente vitrificado mediante enfriamiento. Los polfmeros termoplasticos son transformados sin reaccion qmmica, en contraste con los polfmeros termoestables. Los polfmeros termoestables son usados en este caso para obtener, bajo rozamiento, un flujo viscoso al mismo tiempo que retienen una estructura solida en seco estatica y estable (no pegajosa al tacto). Por el contrario, en general, los polfmeros termoestables exhiben nada o muy poco comportamiento viscoso bajo tension.

Debe apreciarse que cuando la matriz tiene que tener una consistencia solida y un comportamiento mecanico de resistencia elevada, puede comprender un aglutinante de tipo termoestable, como un compuesto epoxfdico, poliuretano, silicona, alquiluretano o resina formofenolica. En una variacion de este tipo de matriz, es posible usar aglutinantes minerales como silicatos o quelatos como titanatos o silicatos organicos. En estos casos, la composicion tampoco es pegajosa al tacto.

La matriz puede tener tambien una consistencia solida que no es pegajosa al tacto y de comportamiento viscoelastico. En este caso, puede comprender un producto elastomero o latex.

Con el fin de responder bajo condiciones casi estaticas para limitar las tensiones de lubricacion asociadas con cargas de rozamiento muy elevadas, puede ser dispersado al menos un lubricante de tipo solido en la matriz.

La expresion “lubricante solido”, como se usa en la presente memoria descriptiva, significa una estructura solida y estable que, al estar interpuesta entre dos superficies de rozamiento, hace posible la reduccion del coeficiente de rozamiento y reduce el desgaste y deterioro de las superficies. Estas estructuras pueden ser clasificadas en diferentes categonas definidas por su mecanismo de funcionamiento y su estructura:

• clase 1: estructuras solidas debidas a sus propiedades lubricantes para su estructura cristalina, con propiedades de escision bajo una baja fuerza de cizallamiento entre ciertos planes cristalinos, por ejemplo, nitruro de boro (BN);

• clase 2: estructuras solidas debidas a sus propiedades lubricantes para su estructura cristalina como se indica en la clase 1 y tambien a un elemento qmmico en su composicion que reacciona con superficies metalicas, proporcionando una propiedad complementaria de la union a superficies que favorece la formacion de una capa de transferencia lubricante relativamente estable, por ejemplo, disulfuro de molibdeno, MoS2, fluoruro de grafito, sulfuros de estano, sulfuros de bismuto o disulfuro de wolframio;

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• clase 3: estructuras solidas que derivan sus propiedades lubricantes de su reactividad qmmica con superficies metalicas que pueden crear compuestos complejos plasticos o lubricantes escindibles, por ejemplo, ciertos compuestos de tipo qmmico de tiosulfato o Desilube 88 comercializado por la empresa Desilube Technologies, Inc;

• clase 4: estructuras solidas que derivan sus propiedades lubricantes de un comportamiento plastico o viscoplastico bajo tension de rozamiento, en particular cuando son sometidas a cizallamiento, por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), polietilenos, polipropilenos, poliacetales o poliamidas.

Esta clasificacion se describe, por ejemplo, en documentos del curso titulado “Solid lubricants” proporcionado por Mr Eric Gard en la entidad Ecole Nationale Superieure des Petroles et Moteurs (Francia).

Ademas de estas clases, esta la categona particular de los fullerenos, clasificados como una subclase de la clase 1 con nomenclatura 1-3.

Como es conocido por un experto en la tecnica, los lubricantes solidos cuando estan en condiciones lubricantes secas e hidrodinamicas, cuando son dispersados en un material fluido o viscoplastico, tienden a resultar unidas a las superficies de una manera estable, modificando asf sus caractensticas de rozamiento. Son transferidos y se unen a la superficie mediante enlaces qmmicos a ffsico-qmmicos, que dan lugar a una gran resistencia al desgaste y a propiedades de rozamiento mejoradas. Dependiendo de la naturaleza de los solidos, esto proporciona a la superficie una proteccion anti-desgaste, resistencia y propiedades anti-desgaste bajo las presiones extremas generadas por una tension superficial de carga elevada (resistencias de Hertz) y un bajo coeficiente de rozamiento sobre un amplio espectro de cargas y velocidades de rozamiento. Dichas propiedades para generar un efecto de pelfcula de transferencia o un efecto de decapado son usadas para tipos de rozamiento en los que las superficies son sometidas a tensiones de una manera repetitiva, como las producidas durante la constitucion o rotura de conexiones tubulares roscadas.

La composicion puede comprender tan solo un lubricante solido, como fluoruro de grafito solamente o sulfuro de estano solamente o sulfuro de bismuto solamente.

Sin embargo, el uso combinado de al menos dos lubricantes solidos pertenecientes a clases diferentes puede producir efectos sinergicos y, por tanto, los rendimientos de lubricacion son muy buenos. La expresion “efecto sinergico”, como se usa en la presente memoria descriptiva, significa una situacion en la que la combinacion de lubricantes solidos que tienen propiedades basicas da lugar a rendimientos que son superiores a las propiedades de base acumuladas de dichos lubricantes solidos tomados separadamente.

Los lubricantes solidos preferidos para ser usados en la invencion comprenden al menos compuestos de la clase 2 que han sido poco usados hasta ahora, como fluoruros de grafito o sulfuros de estano o sulfuros de bismuto. Difieren de los lubricantes solidos tradicionales como el grafito (que puede facilitar la aparicion de corrosion) o disulfuro de molibdeno (que se conoce que es inestable, en particular en presencia de humedad y para liberar oxido de azufre, que corroe el acero o sulfuro de hidrogeno que puede hacer que el acero sea sensible al resquebrajamiento por tensiones de sulfuros o SSC), en su mayor capacidad para unirse a metales y su mejor rendimiento a presiones extremas. Usados de forma sinergica con lubricantes solidos de otras clases, son capaces de conseguir rendimientos considerables.

Los compuestos de la clase 2 anteriormente citados pueden ser usados en la forma de partfculas con partfculas de lubricantes solidos de al menos una de las clases 1, 3 y 4. Por tanto, es posible usar partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 4, o partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 1 y al menos un lubricante solido de la clase 2, o partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 3, o partfculas de al menos un lubricante solido de la clase 1, al menos un lubricante solido de la clase 2 y al menos un lubricante solido de la clase 4.

Se ha observado un aumento sustancial en el numero de ciclos de constitucion y rotura bajo condiciones del lugar con sistemas combinando las clases 1,2 y 4, en comparacion con un efecto sinergico la clase 2/clase 4.

A modo de ejemplo, las partfculas de lubricante solido de la clase 1 pueden ser partfculas de nitruro de boro. Nuevamente a modo de ejemplo, las partfculas de lubricante solido de la clase 2 pueden ser partfculas de fluoruro de grafito, sulfuro de estano, sulfuro de wolframio o sulfuro de bismuto. Las partfculas de la clase 3 pueden ser partfculas de Desilube 88 (comercializado por la empresa Desilube Technologies Inc). Nuevamente a modo de ejemplo, las partfculas de lubricante solido de la clase 4 pueden ser partfculas de politetrafluoroetileno (PTFE) (clase 4). Se obtienen efectos sinergicos particularmente buenos con las siguientes combinaciones: fluoruro de grafito (clase 2)/PTFE/nitruro de boro (clase 1), sulfuro de wolframio (clase 2)/PTFE (clase 4)/nitruro de boro (clase 1) y sulfuro de bismuto (clase 2)/PTFE (clase 4)/nitruro de boro (clase 1).

Como se indico anteriormente, la composicion lubricante puede comprender como complemento para la matriz (o aglutinante) y cualesquiera partfculas de lubricante(s) solido(s), al menos un aditivo de frenada (o pigmento). Cada aditivo de frenada (o pigmento) esta dispersado en la matriz.

El (o los) aditivo(s) para frenos (o pigmento(s)) se selecciona(n) como una funcion del perfil de par de rodaje de la

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conexion tubular roscada en al menos uno de los elementos transformados machos EM y hembras EF que debe cubrir. Mas precisamente, se selecciona(n) para proporcionar a la composicion, como un complemento a sus propiedades lubricantes, un coeficiente de rozamiento que se selecciona para permitir un par sobre el valor de la resistencia estructural CSB al menos igual a un valor umbral que va a ser obtenido.

Debe entenderse que cada aditivo de frenada se selecciona como una funcion de las propiedades ffsicas espedficas que proporcionan la composicion con una capacidad para “frenar” el movimiento aplicado durante la constitucion en las condiciones lubricadas como una funcion del perfil de par de rodaje de la conexion tubular roscada y, por tanto, del modo de producirla. De hecho, dos materiales que estan bajo un rozamiento relativo separados por una tercera estructura interpuesta (en este caso la composicion lubricante) deben sus propiedades al menos a dos factores: el comportamiento reologico de la matriz y el comportamiento de ciertos compuestos solidos que participan en la composicion de dicha tercera estructura. El comportamiento reologico de la tercera estructura puede ser hidrodinamico, en el caso de un aceite, viscoplastico en el caso de ciertas ceras y ciertos polfmeros o granular en el caso de ciertos compuestos no ductiles o de minerales muy duros.

El comportamiento de ciertos compuestos solidos que participan en la composicion de la tercera estructura vana de acuerdo con ciertos parametros:

• la concentracion de la tercera estructura en el medio hidrodinamico o viscoplastico;

• la dureza o resistencia a la rotura de las partmulas de los compuestos solidos, que se caracterizan por la dureza de Mohs;

• la capacidad de escision de los cristales de compuestos solidos con grados variables de tensiones, que depende principalmente de la estructura cristalina;

• las interacciones de partmulas que dependen de la forma y la energfa superficial de las partmulas de compuestos solidos y las capacidades de union entre dichas partmulas (atraccion entre atomos a traves de enlaces de tipo de Van der Waals, una funcion de la naturaleza qmmica de las partmulas), estos intermedios tienden a un movimiento opuesto;

• el comportamiento reologico inverso (o tixotropfa inversa) de ciertos aditivos organicos de peso molecular muy elevado que hacen posible oponer una fuerza de cizallamiento y, por tanto, de movimiento.

Es importante apreciar que las proporciones respectivas de los tipos de constituyentes de la composicion lubricante dependen principalmente del tipo (termoplastico, termoestable u otro) de la matriz solida usada. Como un ejemplo, cuando la matriz solida es de tipo termoplastico, la composicion lubricante puede comprender una proporcion de matriz en el intervalo de aproximadamente 75% a aproximadamente 97% y una proporcion de lubricante(s) solido(s) en el intervalo de aproximadamente 3% a aproximadamente 25%.

Adicionalmente, se comprendera que las variaciones de las diversas proporciones de los tres tipos de constituyentes de la composicion lubricante, unos respecto a otros, depende en particular del tipo de conexion tubular roscada que deben cubrir y de las tensiones a las que esta sometida la conexion tubular roscada, en particular bajo las condiciones del lugar.

Las composiciones respectivas por peso de los tres tipos de constituyentes (matriz solida, lubricante(s) solido(s) y aditivo(s) para frenos) de una composicion lubricante se pueden determinar, por ejemplo, usando simulaciones teoricas llevadas a cabo con un software que funciona en un ordenador y ensayos tribologicos llevados a cabo usando una maquina que un experto en la tecnica (un especialista en tribologfa) conoce como una maquina Bridgmann. Este tipo de maquina ha sido descrito en particular en el artmulo de D Kuhlmann-Wilsdorf et al, "Plastic flow between Bridgmann anvils under high pressures”, J Mater Res, vol 6, n° 12, diciembre de 1991.

Un ejemplo en diagrama y funcional de una maquina de Bridgmann se muestra en la Figura 5. Esta maquina comprende:

• un disco DQ que puede ser activado en rotacion a velocidades seleccionadas;

• un yunque EC1, preferentemente de tipo conico, fijado a una primera cara del disco DQ;

• un segundo yunque EC2, preferentemente de tipo conico, fijado a una segunda cara del disco DQ, opuesta a la primera cara;

• un primer EP1 y un segundo EP2 elementos de presion como pistones, por ejemplo, que pueden ejercer presiones axiales P seleccionadas;

• un tercer yunque EC3, preferentemente de tipo cilmdrico fijado a una cara del primer elemento de presion EP1;

• un cuarto yunque EC4, preferentemente de tipo cilmdrico fijado a una cara del segundo elemento de presion EP2.

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Para ensayar una composicion lubricante, dos piezas de un material igual al constituyente del elemento roscado son cubiertas con el mismo para formar una primera S1 y una segunda S2 muestras. Seguidamente, la primera muestra S1 se interpone entre las caras libres del primer EC1 y tercer EC3 yunques y la segunda muestra s2 entre las caras libres del segundo EC2 y cuarto EC4 yunques. Seguidamente, el disco DQ se hace rotar a una velocidad seleccionada mientras se aplica una presion axial P seleccionada (por ejemplo, del orden de 1,5 GPa) usando cada elemento de presion EP1 y EP2 y se mide el par de rodaje al que es sometida cada muestra S1 y S2.

La presion axial, la velocidad de rotacion y el angulo de rotacion se seleccionan en el ensayo de Bridgmann para simular la presion de Hertz y la velocidad relativa de las superficies de los soportes al final del rodaje.

Gracias a esta maquina, se puede fijar un cierto numero de pares diferentes (par de rodaje o par de rotacion) para medir el correspondiente par de rodaje en las muestras S1 y S2 y verificar si dichas muestras S1 y S2 siguen aproximadamente un perfil de par de rodaje dado y, en particular, si son capaces de producir un par sobre el valor de la resistencia estructural cSb al menos igual a un valor umbral con respecto a ese perfil. Se comprendera que estos ensayos llevados a cabo en la maquina de Bridgmann hacen posible establecer una correlacion entre el par medido para muestras revestidas con una composicion lubricante de la invencion y un porcentaje del par de la resistencia estructural CSB obtenida durante las operaciones de constitucion de elementos roscados revestidos con la misma composicion lubricante.

Con el fin de mejorar ciertas propiedades seleccionadas de la composicion, su matriz puede comprender elementos adicionales como los que se mencionan con posterioridad, a modo de ilustracion no exhaustiva.

Por tanto, una plasticidad mejorada de la matriz de la composicion puede ser obtenida anadiendo compuestos qmmicos del tipo de jabones metalicos que incluyen jabones (o estearatos) de calcio, litio, aluminio, bismuto, sodio, magnesio o zinc, que proporcionan excelentes resultados en lo que se refiere al numero de etapas de constitucion y rotura bajo las condiciones del lugar, asf como una mejora en las propiedades de reaglomeracion de residuos. Se debe recordar que la expresion “jabon metalico” significa compuestos fusibles como jabones de metales alcalinos y metales alcalinoterreos y jabones de otros metales. Como un ejemplo, es posible usar un jabon metalico como estearato de zinc que proporciona un efecto sinergico con ciertos inhibidores de la corrosion.

Como un ejemplo, para mejorar la lubricacion ofrecida por la composicion y, en particular, para optimizar sus propiedades de bloqueo y reaglomeracion de residuos durante las operaciones de constitucion/rotura, su matriz puede incluir una grasa natural como una cera de origen vegetal, animal, mineral o sintetico. Se debe recordar que el termino “cera” significa sustancias fusibles con propiedades lubricantes de diversos ongenes (mineral, en particular derivada de la destilacion de aceite, vegetal o animal o sintetico) las de consistencia dura o mas o menos pastosa, cuya temperatura de fusion y el punto de goteo pueden variar dentro de un amplio alcance dependiendo de su naturaleza. Como un ejemplo, es posible usar cera carnauba. La matriz puede tener una adhesion aumentada cuando incluye una resina (mineral, vegetal o sintetica), por ejemplo, una resina de terpeno o un derivado de resina de terpeno, en particular colofonia. La colofonia puede ser esterificada con pentaeritritol. Es posible usar Dertoline P2L comercializado por la empresa “Les Derives Resiniques et Terpeniques”.

Se apreciara que como una funcion de las cantidades necesarias de inhibidores de la corrosion, se puede observar una degradacion de las propiedades de atrapamiento de residuos o reaglomeracion. Para superar esta desventaja, es posible usar polfmeros muy viscosos como poli(metacrilatos de alquilo) (PAMA), polibutenos, poliisobutenos o polisiloxanos. Por tanto, se pueden obtener excelentes resultados para la reaglomeracion de residuos con un PAMA con una viscosidad cinematica de 850 mm2/s a 100 °C, comercializado por la empresa ROHMAX bajo la marca registrada VISCOPLEX 6-950.

Como un ejemplo, para mejorar la proteccion de la superficie que debe cubrir la composicion contra diferentes modos de corrosion, su matriz puede comprender un inhibidor de la corrosion. Se debe recordar que la expresion “inhibidor de la corrosion” significa un aditivo que proporciona un material lfquido o solido aplicado a una superficie con la capacidad de protegerlo mediante un mecanismo qrnmico, electroqmmico o ffsico-qmmico.

La resistencia a la corrosion puede ser mejorada tambien combinando el inhibidor de la corrosion seleccionado con compuestos que bloqueen la corrosion por medio de otros mecanismos. Como se indico anteriormente, el estearato de zinc en particular exhibe propiedades sinergicas con inhibidores de la corrosion al mismo tiempo que contribuye grandemente al comportamiento lubricante de la matriz.

El ensayo principal de proteccion anticorrosion es el ensayo de nebulizacion salina llevado a cabo de acuerdo con la norma ISO standard 9227 y determinado mediante el mdice Re de acuerdo con la norma ISO EN 2846-3 en una placa tratada mediante fosfatacion de manganeso (deposito de 8 a 20 g/m de fosfato). Los rendimientos del ensayo de nebulizacion salina llevado a cabo de acuerdo con los patrones (aumento de 20% del tiempo de aparicion de la corrosion) puede ser mejorados insertando partfculas de oxido de zinc de dimensiones nanometricas (media de 200 nm) aplicadas en forma de una dispersion simple en agua.

Como un ejemplo, para permitir que la composicion forme un bloque, de una manera estable, los sitios que son creados mediante rugosidad superficial y para bloquear el procedimiento y la propagacion del deterioro superficial al

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mismo tiempo que se crea una estructura escindible continua en la superficie, la composicion puede incluir moleculas de al menos un fullereno de geometna esferica. Se debe recordar que el termino “fullerenos” significa materiales moleculares que tienen una estructura en la forma de tubos cerrados o abiertos o esferas cerradas, en forma de una monocapa o en multiples capas. Los fullerenos esfericos tienen dimensiones de unas pocas decenas nm en forma de una monocapa y mas l0o nm en forma de capas multiples. Se debe apreciar que debido a su tamano y capacidad interactiva, los fullerenos pueden tener un efecto determinante sobre la reologfa del medio introduciendo un fenomeno adicional de resistencia viscosa al movimiento.

Como un ejemplo, para permitir una identificacion visual de las superficies tratadas, la matriz de la composicion puede incluir al menos un colorante. Puede ser usado cualquier tipo de colorante organico que sea conocido, con la condicion de que su cantidad no degrade los rendimientos de rozamiento. Como un ejemplo, se puede usar colorantes en cantidades de aproximadamente 1%.

Como un ejemplo, para preservar al revestimiento de la degradacion debida a oxidacion, por ejemplo, al calentar o exponer a una radiacion UV, la matriz de la composicion puede comprender opcionalmente al menos un antioxidante. Debe destacarse que los compuestos polifenolicos, derivados de naftilamina y fosfitos organicos constituyen los grupos principales de antioxidantes.

El ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio comercializado bajo la marca registrada Halox ® SZP391 ha proporcionado resultados satisfactorios como un inhibidor de la corrosion.

La miscibilidad de los elementos de la composicion puede ser mejorada con un co-disolvente que permita su homogenizacion. Puede ser usado copolfmero con grupos funcionales acnlicos, por ejemplo, el comercializado bajo la marca registrada Disperplast® 1018.

Opcionalmente, la composicion puede incluir un material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno con el objetivo de hacer que la formulacion sea hidrofoba e hidrofuga, por ejemplo, el comercializado bajo la marca registrada Polyfluo® 400XF.

La preparacion superficial de las partes que van a ser lubricadas de los elementos roscados machos EM y hembras EF pueden mostrarse ventajosa. De hecho, los ensayos de constitucion y rotura han mostrado que para obtener una pelfcula de transferencia apropiada, es preferible modificar la superficie que va a ser revestida para hacerla capaz de adsorber o absorber la composicion lubricante, por medio de tratamiento mecanico como chorros de arena o granallado o mediante modificaciones ffsicas o qmmicas de las superficies usando un tratamiento reactivo o no reactivo basado en depositos superficiales de minerales cristalinos, ataque qmmico, por ejemplo, mediante un acido, un tratamiento de fosfatacion de zinc o manganeso o una oxalacion que da lugar a una conversion qmmica en la superficie. De estos tratamientos superficiales, es preferida la fosfatacion ya que hace posible producir una superficie con una adhesion correcta que da lugar al establecimiento de una pelfcula de transferencia fuerte y muy estable que es resistente al rozamiento asf como una proteccion anticorrosion basica.

Puede ser deseable tambien llevar a cabo una preparacion superficial complementaria que consiste, en particular, en impregnar los poros de la superficie con nanomateriales que tienen dimensiones que permite que sean insertados en los poros. El objetivo de dicha impregnacion es bloquear y saturar los sitios creados por los poros con un material con una accion de pasivacion que protege la superficie contra la corrosion al mismo tiempo que mantiene una buena adhesion para el revestimiento.

Se presentaran seguidamente dos ejemplos no limitativos de la composicion. Estos ejemplos son bien adecuados para las conexiones tubulares roscadas de tipo VAM TOP HC con un diametro nominal de 177,8 mm (7 pulgadas) y con un peso por unidad de longitud de 43,15 kg/m (29 lb/pie) en acero de aleacion baja (grado L80) usando la nota tecnica publicada por la division OCTG de la entidad Vallourec and Mannesmann Tubes. El elemento roscado macho tiene, por ejemplo, una fosfatacion experimentada con zinc (peso de la capa en el intervalo de 4 a 20 g/m2) antes de la aplicacion del revestimiento (composicion) y la capa roscada hembra tiene una fosfatacion experimentada con manganeso (peso de la capa en el intervalo de 8 a 20 g/m2). Los elementos roscados machos eM y hembras EF son precalentados a 130 °C, seguidamente se aplica a los mismos una capa de 35 pm de grosor de una composicion lubricante que es mantenida fundida a 150 °C mediante pulverizacion en caliente.

En este ejemplo, la matriz es de tipo viscoelastico; los lubricantes solidos estan compuestos por disulfuro de wolframio y fluoruro de grafito.

En una variacion, la composicion comprende 10% a 25% en peso, preferentemente 10% a 20% de una resina de ester colofonia.

La composicion puede ser como sigue:

• cera de polietileno: 10%;

• material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno comercializado bajo la marca registrada Polyfluo® 400XF: 5%;

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• colofonia esterificada con pentaeritritol: 15%;

• cera de carnauba: 7%;

• estearato de zinc: 25%;

• PAMA: 8%;

• ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio: 15%;

• fluoruro de grafito: 7%;

• politetrafluoroetileno comercializado bajo la marca registrada Algoflon® L203: 2%;

• nitruro de boro: 1%;

• copolfmero con grupos funcionales comercializado bajo la marca registrada Disperplast® 1018: 5%.

En una variacion, los porcentajes en peso estan entre los de los dos ejemplos anteriormente proporcionados.

En una variacion es posible, por ejemplo, aplicar, mediante pulverizacion en caliente sobre los elementos roscados machos EM y hembras EF precalentados a 130 °C, una capa gruesa de 35 pm de composicion lubricante que se mantiene fundida a 150 °C con la siguiente composicion en peso:

• cera de polietileno: 12%;

• material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno comercializado bajo la marca registrada Polyfluo® 400XF: 3%;

• colofonia esterificada con pentaeritritol: 15%;

• cera de carnauba: 7%;

• estearato de zinc: 25%;

• PAMA: 8%;

• ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio: 18%;

• fluoruro de grafito: 6%;

• difluoruro de wolframio: 2%;

• copolfmero con grupos funcionales comercializado bajo la marca registrada Disperplast® 1018: 4%.

En esta variacion, la matriz es tambien de tipo viscoelastico.

En una variacion no comprendida en la invencion, la composicion en peso es como sigue:

• cera de polietileno: 17%;

• material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno comercializado bajo la marca registrada Polyfluo® 400XF: 1%;

• colofonia esterificada con pentaeritritol: 20%;

• cera de carnauba: 5%;

• estearato de zinc: 19%;

• PAMA: 10%;

• ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio: 12%;

• fluoruro de grafito: 5%;

• politetrafluoroetileno: 1%;

• nitruro de boro: 2%;

• disulfuro de wolframio: 3%;

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• copoKmero con grupos funcionales comercializado bajo la marca registra Disperplast® 1018: 5%.

El copoUmero con grupos funcionales actua como un agente de acoplamiento.

En una variacion, el porcentaje en peso de cada uno de los siguientes constituyentes puede ser de menos de 0,1%, preferentemente menos 0,01%: sulfonato y carboxilato de calcio, oxido de zinc, dioxido de titanio, trioxido de bismuto, politetrafluoroetileno, silicona, difenilamina alquilada, tris(2,4-di-terc-butilfenil)fosfito.

Dicha tecnica de pulverizacion fundida en caliente consiste en mantener la composicion lubricante a una temperatura elevada en la fase lfquida y pulverizar usando chorros de pulverizacion termostatada. La composicion lubricante es calentada entre 10 °C y 50 °C por encima de su punto de fusion y es pulverizada sobre una superficie precalentada a una temperatura que es mayor que el punto de fusion, para asegurar que la superficie apropiadamente cubierta.

En lugar de usar esta tecnica de pulverizacion fundida en caliente es posible, por ejemplo, pulverizar la composicion lubricante en la forma de una emulsion acuosa. La emulsion y el sustrato pueden estar a temperatura ambiente, y entonces es necesario un periodo de secado. Este periodo de secado se puede reducir considerablemente precalentando la composicion lubricante en 60 °C y 80 °C y/o la superficie entre 50 °C y 150 °C.

La invencion no esta limitada a los ejemplos de composiciones lubricantes, y los ejemplos del elemento roscado (macho o hembra) anteriormente descritos, proporcionados solamente a modo de ejemplo, sino que abarca tambien cualesquiera variaciones que el experto en la tecnica pueda concebir, que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompanan.

Por tanto, la invencion se refiere tambien a otros tipos de elementos roscados distintos de los anteriormente descritos (VAM TOP). Como un ejemplo, se refiere tambien a elementos roscados de conexiones tubulares roscadas con soporte interno acopladas (por ejemplo, las de tipo NEW VAM, VAM ACE, DINOVAM, VAM HW ST) o de tipo subito o semi-subito integral (por ejemplo, las de tipo VAM SL, VAM MUST, VAM HP, VAM HTF).

La invencion se puede referir tambien a elementos de conexiones roscadas para resortes u otros componentes de perforacion rotatorios definidos por la especificacion API 7 o por especificaciones mas estrictas de ciertos productores (como, a modo de ejemplo no limitativo, las conexiones roscadas Premium VAM EIS, VAM TAURUS, TORQMASTER TM4 y los derivados y desarrollos de estas conexiones).

Adicionalmente, en lo que antecede, se ha descrito principalmente una composicion lubricante que comprende uno o mas lubricante(s) solido(s) y una matriz con una consistencia solida que comprende al menos un material reo- resistente.

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Una composicion lubricante formadora de pelmula para el rodaje de conexiones roscadas, destinada a cubrir al menos un roscado (FE, FI) y un soporte de rodaje (BVM, BVF) de un elemento roscado (EM, EF) de un componente (T2, T1) de una conexion tubular roscada (JF) con una pelmula en estado solido que se adhiere al roscado (Fe, FI) y a dicho soporte de rodaje (BVM, BVF), estando destinado dicho soporte de rodaje (BVM, BVF) a estar enfrentado a otro soporte (BVF, BVM) de otro componente (T1, T2) de dicha conexion tubular roscada (JF) durante la fase de constitucion terminal, y comprendiendo dicha composicion lubricante una matriz, caracterizada porque la matriz comprende adicionalmente al menos un material reo-resistente seleccionado con el fin de conferir a dicha composicion, como un complemento a la lubricacion, un par sobre el valor de la resistencia estructural que es al menos igual a un valor umbral, teniendo dicha matriz una consistencia solida y siendo no pegajosa al tacto,

   estando dispuesto(s) dicho(s) material(es) reo-resistente(s) para permitir que se obtenga un par sobre el valor de la resistencia estructural que es al menos igual a un valor umbral igual a un 95% de un par de referencia sobre el valor de la resistencia estructural para una grasa de tipo API RP 5A3 obtenida para dicha conexion tubular roscada (JF),

   comprendiendo dicha composicion lubricante de 10% a 25% de un material reo-resistente en forma de una composicion en peso,

   comprendiendo dicho material reo-resistente de 1% a 99% de resina de terpeno basada en alfa-pineno, acido rosmico y acido resmico esterificados con pentaeritritol, acido rosmico y acido resmico hidrogenados y esterificados con glicerina y/o colofonia polimerizada en forma de una composicion en peso,

   comprendiendo dicha composicion lubricante de 10% a 20% de cera de polietileno, de 0 a 5% de material compuesto de polietileno/politetrafluoroetileno, de 10% a 25% de colofonia esterificada, de 0 a 20% de cera de carnauba, de 20% a 30% de estearato de zinc, de 15% a 25% de ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio, de 4% a 12% de fluoruro de grafito, de 0 a 4% de politetrafluoroetileno, de 1% a 3% de nitruro de boro, de 2% a 8% de disulfuro de wolframio y de 2% a 8% de agente de acoplamiento en forma de una composicion en peso.
2. 2. Una composicion lubricante segun la reivindicacion 1, en la que el material reo-resistente comprende de 1% a 99% de acido rosmico y resmico esterificados con pentaeritritol, en forma de una composicion en peso.
3. 3. Una composicion lubricante segun la reivindicacion 1, que comprende de 10% a 20% de colofonia esterificada, de 4% a 12% de cera de carnauba, de 20% a 26% de estearato de zinc, de 18% a 22% de ortofosfato-silicato de zinc, calcio y estroncio, de 4,5% a 7% de fluoruro de grafito y de 3% a 6% de disulfuro de wolframio en forma de una composicion en peso.
4. 4. Una composicion lubricante segun una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende partmulas de lubricante(s) solido(s) dispersados en la matriz; en que dicha(s) partmula(s) de lubricantes solidos comprende(n) partmulas de lubricantes de al menos una de las clases 1, 2, 3 y 4, siendo definidas las clases 1, 2, 3 y 4 como sigue:

   clase 1: nitruro de boro (BN);

   clase 2: disulfuro de molibdeno MoS2, fluoruro de grafito, sulfuros de estano, sulfuros de bismuto o disulfuro de wolframio;

   clase 3: compuestos de tipo qrnmico de tiosulfato;

   clase 4: politetrafluoroetileno (PTFE), polietilenos, polipropilenos, poliacetales o poliamidas.
5. 5. Una composicion lubricante segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha matriz comprende al menos un aglutinante con un comportamiento viscoelastico.
6. 6. Una composicion lubricante segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha matriz comprende al menos un jabon metalico seleccionado entre el grupo que comprende al menos estearato de zinc, estearato de calcio, estearato de litio, estearato de aluminio y estearato de bismuto.
7. 7. Una composicion lubricante segun una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que dicha matriz comprende al menos una cera origen vegetal, animal, mineral o sintetico y/o al menos un polfmero lfquido con una viscosidad cinematica a 100 °C de al menos 850 mm2/s seleccionado entre el grupo que comprende al menos un poli(metacrilato de alquilo), un polibuteno, un poliisobuteno, un polidialquilsiloxano y un polisiloxano.
8. 8. Un elemento roscado (EM, EF) de un componente (T2, T1) de una conexion tubular roscada (JF), comprendiendo dicho elemento roscado (EM, EF) al menos un roscado (FE, FI) y un soporte de rodaje (BVM, BVF) enfrentado a otro soporte (BVF, BVM) de otro componente (T1, T2) que dicha conexion tubular roscada (JF) que debe portar al final de la operacion de constitucion, caracterizado porque al menos dicho roscado (FE, FI) y dicho soporte de rodaje (BVM, BVF) estan revestidos con una pelmula que se adhiere a la superficie del roscado (FE, FI) y el soporte de rodaje (BVM, BVF) y que esta constituida por una composicion lubricante de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
9. 9. Un elemento roscado segun la reivindicacion 8, caracterizado porque esta al menos parcialmente cubierto con una composicion lubricante con un grosor en el intervalo de 10 pm a 50 pm.
10. 10. Un elemento roscado segun la reivindicacion 8 o la reivindicacion 9, caracterizado porque comprende tambien una superficie de sellado (SEM, SEF) destinada a entrar en contacto hermetico sellado con una correspondiente

    5 superficie de sellado (SEF, SEM) de otro elemento roscado (EF, EM) despues de dicha operacion de constitucion, y cubierta con dicha composicion lubricante.
11. 11. Un elemento roscado segun una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque las superficies estan previamente revestidas con un revestimiento o pelfcula que actua para proteger contra la corrosion.
12. 12. Una conexion tubular roscada, que comprende un elemento roscado macho y un elemento roscado hembra, 10 caracterizada porque al menos uno de dichos elementos roscados es de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a
13. 11.