ES2815848T3

ES2815848T3 - Unión roscada para tuberías de pozos petrolíferos

Info

Publication number: ES2815848T3
Application number: ES16890675T
Authority: ES
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP6187724B1; BR112018016593A2; BR112018016593B1; RU2692177C1; CN207131996U; CN107101054B; AU2016393093A1; EP3418617B1; MX2018009994A; US20190056049A1; EP3418617A1; JPWO2017141538A1; WO2017141538A1; CA3013300A1; MY189310A; CN107101054A; AU2016393093B2; AR107648A1; SA518392131B1; EP3418617A4

Abstract

Unión roscada (100) para una tubería de pozo petrolífero, que comprende: un perno (3) que tiene una parte frontal (8) en un extremo distal de una parte roscada macho (7); y una caja (2) que tiene una parte roscada hembra (5) que se acopla a la parte roscada macho (7) del perno (3) mediante un acoplamiento ajustado y unas partes enfrentadas opuestamente a la parte frontal (8), en el que una parte de refuerzo (12) situada en un extremo distal de la parte frontal (8) del perno (3) queda dispuesta en contacto con una parte de refuerzo (14) de la caja (2) que queda enfrentada opuestamente a la parte de refuerzo (12) del perno (3) en una dirección axial, una superficie exterior de la parte frontal (8) del perno (3) está formada por una superficie curva saliente, y una superficie interior de la caja (2) que queda enfrentada opuestamente a la superficie exterior de la parte frontal (8) está formada por una superficie cónica que tiene un ángulo de inclinación θ respecto a la dirección axial, tanto la superficie exterior de la parte frontal (8) del perno (3) como la superficie interior de la caja (2) están configuradas para quedar en contacto metal con metal entre sí en una dirección radial en el momento de formar la unión formando, de este modo, una estructura que sella un fluido, se define un punto de sellado como una posición en la dirección axial donde un margen superpuesto de partes de sellado (11, 13) tanto del perno (3) como de la caja (2) en la dirección radial se vuelve máximo en un estado en el que las vistas en sección transversal en la dirección axial tanto del perno (3) como de la caja (2) se superponen entre sí de manera que las partes de refuerzo (12, 14) se acoplan entre sí, y los siguientes parámetros, incluyendo los tamaños de la unión roscada (100) en el punto de sellado y las partes de refuerzo (12, 14), cumplen las siguientes fórmulas 1, 2 y se establece que Ls/Ln es entre 0,2 y 0,6: (Ds12-Ds02) / (D12-D02) >= 0,30 (fórmula 1) tanθ> (ΔD+δ) / {2(Lt-Ls)} (fórmula 2) donde Ds1: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo superior de una superficie de contacto de refuerzo; Ds0: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo inferior de la superficie de contacto de refuerzo; D1: diámetro exterior (pulgadas) de una parte no formada de un perno (3); D0: diámetro interior (pulgadas) de la parte no formada del perno (3); θ: ángulo de conicidad (º) de la parte de sellado (13) de la caja (2); ΔD: diferencia (ΔD = Dn-Dsp) (pulgadas) entre un diámetro exterior Dn (pulgadas) de una parte de conexión de la parte frontal (8) con la parte roscada del perno (3) y un diámetro exterior Dsp (pulgadas) en la posición del punto de sellado; δ: cantidad de interferencia de sellado (margen superpuesto de las partes de sellado (11, 13) por diámetro en la posición del punto de sellado) (pulgadas); Lt: índice (pulgadas) de una posición de finalización de una parte cónica de sellado de la caja (2) (expresada por una longitud desde un extremo distal del perno (3) en dirección axial); Ls: índice (pulgadas) de una posición del punto de sellado (que se expresa por una longitud desde el extremo distal del perno (3) en dirección axial); y Ln: longitud (pulgadas) de la parte frontal (8).

Description

DESCRIPCIÓN

Unión roscada para tuberías de pozos petrolíferos

Campo técnico

La presente invención se refiere a una unión roscada para un tubo de pozo petrolífero que generalmente se utiliza para la búsqueda y producción de pozos petrolíferos o pozos de gas y, más concretamente, a una unión roscada para un tubo de pozo petrolífero, aplicada preferiblemente a tuberías.

Técnica anterior

Las uniones roscadas se han utilizado popularmente para conectar tubos de acero utilizadas en instalaciones de una industria petrolera, tales como tuberías de pozos petrolíferos. Recientemente, se ha avanzado en la profundización de un pozo para petróleo crudo o gas natural y ha aumentado el número de pozos horizontales y direccionales desde pozos verticales y, por lo tanto, el entorno de perforación y producción se ha vuelto severo. Además, se ha incrementado el número de pozos desarrollados en circunstancias extremadamente terribles, tales como océanos y regiones polares y, por lo tanto, las prestaciones que deben ofrecer las uniones roscadas se diversifican, incluyendo resistencia a compresión, resistencia a flexión, capacidad de sellado contra una presión exterior (resistencia de presión exterior), o similares. En la conexión de tubos de acero utilizados para la búsqueda y producción de petróleo o gas, convencionalmente se ha utilizado típicamente una unión roscada estándar que está estipulada en el estándar API (American Petroleum Institute). Sin embargo, la diversificación mencionada anteriormente de las prestaciones requeridas ha hecho que aumente el número de casos de uso de una unión roscada especial de altas prestaciones, conocida como "unión especial" (premium joint’’) y que aumente también constantemente una demanda para la mejora en las prestaciones de la unión especial.

Una unión especial generalmente es una unión que incluye: unas roscas cónicas; unas partes de sellado (de manera más específica, unas partes de sellado de contacto metálico); y unas partes de refuerzo (de manera más específica, unas partes de refuerzo de par). Es decir, la unión especial es una unión de tipo de acoplamiento de elementos roscados macho formados en partes extremas del tubo (en lo sucesivo, denominado "perno") y un elemento roscado hembra para conectarse con un perno para conectar dos pernos entre sí (en lo sucesivo denominado "caja"). Las roscas cónicas son importantes para fijar firmemente la unión. Al poner en contacto metálico entre sí la caja y los pernos se forman las partes de sellado entre los mismos y las partes de sellado juegan un papel para garantizar la capacidad de sellado. Las partes de refuerzo forman unas caras de refuerzo que actúan de tope durante la formación de la unión.

Además, la profundización de un pozo mencionada anteriormente aumenta el número de casos en que se requiere una tubería de pozo petrolífero capaz de hacer frente a un entorno de alta temperatura y alta presión. Al diseñar los pozos, se observa una tendencia en la que el diámetro exterior de una tubería para aspirar un fluido de producción (petróleo crudo, un gas natural o similar) es pequeño y, para mejorar la productividad, el grosor de la pared de la tubería disminuye para aumentar un área de sección transversal de un diámetro interior de la tubería a través de la cual pasa un fluido.

Bajo tales circunstancias, se han propuesto convencionalmente varias técnicas para satisfacer la demanda de una unión roscada que presente una elevada resistencia y capacidad de sellado incluso bajo una gran carga de compresión. Por ejemplo, se conoce una técnica en la que una relación entre un área de sección transversal de una superficie de contacto de una parte de refuerzo en un lado de la caja (un área de una región obtenida por proyección ortogonal de la superficie de contacto en una superficie ortogonal a una eje de la tubería) y un área de sección transversal de un tubo sin perno (un área de sección transversal de una parte no formada de un perno de un tubo de acero que se forma aplicando una formación de perno a una parte extrema del tubo de acero) se establece en un valor predeterminado (0,5) o más (véase el documento PTL 1).

Los documentos PTL 2 y PTL 3 describen otras uniones roscadas para tuberías de petróleo.

Lista de citas

Literatura de patentes

PTL 1: Patente japonesa n° 4257707

PTL 2: WO 2012/056500 A1

PTL 3: WO 2015/015799 A1

Sumario de la invención

Problema técnico

Se utiliza un valor calculado en base a una expresión matemática estipulada en API 5C3 como presión exterior en una prueba para evaluar la capacidad de sellado de una unión roscada requerida para ISO13679:2002. En la prueba, en el caso de una tubería formada por un perno que tiene un diámetro exterior de 114,3 mm (4,5 pulgadas o 4,5") o menos, WT/OD, que es una relación entre un grosor de pared (Wall Thickness, WT) y un diámetro exterior (Outer Diameter, OD) se vuelve relativamente grande. Por consiguiente, se requiere que dicha tubería posea una capacidad de sellado a una presión exterior mayor que una presión exterior que se requiera que posea un tubo formado por un perno con un diámetro exterior mayor de 114,3 mm.

Por otra parte, la tubería tiene un grosor de pared pequeño en general y, por lo tanto, el grosor de la pared de una parte frontal se vuelve pequeña, por lo que existe la tendencia de que un área de sección transversal de una parte del refuerzo (el área de la región que se obtiene por una proyección ortogonal de la superficie de contacto sobre una superficie ortogonal a un eje central de la tubería) también se vuelve pequeña. Esta tendencia puede causar un problema en forma de deformación plástica de la parte frontal en el momento de formar una unión roscada. Con la técnica descrita en PTL 1 resulta difícil resolver este problema. Además, una técnica convencional de este tipo todavía no es suficiente desde el punto de vista de la prevención de la aparición del denominado "gripado" que se produce en el momento de la conformación de la unión roscada o en el momento de apertura de la unión.

La presente invención se ha realizado en vista de las circunstancias mencionadas anteriormente, y un objeto de la presente invención es una unión roscada para una tubería de pozo petrolífero que posea, incluso en el caso de que la unión roscada para una tubería de pozo petrolífero sea una unión roscada para una tubería que tiene un grosor de pared pequeño, una capacidad de sellado suficiente (capacidad de sellado suficiente contra una presión exterior) cuando la presión exterior se aplica a la unión roscada suprimiendo la deformación plástica de una parte frontal en una prueba de capacidad de sellado y una resistencia a la corrosión suficiente en el momento de conformación y apertura de la unión roscada en la prueba realizada de acuerdo con ISO13679:2002.

Solución al problema

Los inventores de la presente invención han llevado a cabo amplios estudios para resolver el problema mencionado anteriormente, y han hecho que la presente invención presente la siguiente configuración como esencia de la presente invención.

[1] Una unión roscada para una tubería de pozo petrolífero, que incluye:

un perno que tiene una parte frontal en un extremo distal de una parte roscada macho; y

una caja que tiene una parte roscada hembra que se acopla a la parte roscada macho del perno mediante un acoplamiento ajustado y unas partes enfrentadas opuestamente a la parte frontal, en el que

una parte de refuerzo situada en un extremo distal de la parte frontal del perno queda en contacto con una parte de refuerzo de la caja que se encuentra enfrentada opuestamente a la parte de refuerzo del perno en una dirección axial,

una superficie exterior de la parte frontal del perno está formada por una superficie curva saliente, y una superficie interior de la caja que se encuentra enfrentada opuestamente a la superficie exterior de la parte frontal está formada por una superficie cónica que tiene un ángulo de inclinación 0 respecto a la dirección axial,

tanto la superficie exterior de la parte frontal del perno como la superficie interior de la caja están configuradas para quedar en contacto metal con metal entre sí en una dirección radial en el momento de formar la unión formando, de este modo, una estructura que sella un fluido,

se define un punto de sellado como una posición en la dirección axial donde un margen superpuesto de partes de sellado tanto del perno como de la caja en la dirección radial llega a ser máximo en un estado en el cual unas vistas en sección transversal en la dirección axial tanto del perno como de la caja se superponen entre sí de manera que las partes de refuerzo quedan acopladas entre sí, y

los siguientes parámetros, incluyendo los tamaños de la unión roscada en el punto de sellado y las partes de refuerzo, cumplen las siguientes fórmulas 1, 2 y se establece que Ls/Ln es entre 0,2 y 0,6:

(Ds12-Ds02) / (D12-D02) > 0,30 (fórmula 1)

tan0> (AD+8) / {2(Lt-Ls)} (fórmula 2)

donde

Ds1: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo superior de una superficie de contacto de refuerzo;

Ds0: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo inferior de la superficie de contacto de refuerzo; D1: diámetro exterior (pulgadas) de una parte no formada de un perno;

D0: diámetro interior (pulgadas) de la parte no formada del perno;

0: ángulo de conicidad (°) de la parte de sellado de la caja;

AD: diferencia (AD = Dn-Dsp) (pulgadas) entre un diámetro exterior Dn (pulgadas) de una parte de conexión de la parte frontal con la parte roscada del perno y un diámetro exterior Dsp (pulgadas) en la posición del punto de sellado;

ó: cantidad de interferencia de sellado (margen de superposición de las partes de sellado por diámetro en la posición del punto de sellado) (pulgadas);

Lt: índice (pulgadas) de una posición de finalización de una parte cónica de sellado de la caja (expresada por una longitud desde un extremo distal del perno en dirección axial);

Ls: índice (pulgadas) de una posición del punto de sellado (expresada por una longitud desde el extremo distal del perno en dirección axial); y

Ln: longitud (pulgadas) de la parte frontal.

[2] La unión roscada para una tubería de pozo petrolífero descrita en el apartado [1] mencionado anteriormente, en la que el diámetro exterior del perno se establece en 114,3 mm o menos y Ln se establece en 5,08 mm o más. Efectos ventajosos de la invención

De acuerdo con la presente invención, incluso si la unión roscada para una tubería de pozo petrolífero está formada por una unión roscada para una tubería que tiene un grosor de pared pequeño, es posible evitar la aparición de gripado en el momento de conformación y apertura de la unión en la prueba realizada de acuerdo con ISO13679: 2002. Además, en una prueba de capacidad de sellado, puede suprimirse la deformación plástica de la parte frontal logrando, de este modo, una suficiente capacidad de sellado (capacidad de sellado suficiente contra una presión exterior) cuando se aplica la presión exterior a la unión roscada.

Breve descripción de los dibujos

[Figura 1] La figura 1 es una vista explicativa esquemática que muestra una unión especial para una tubería de pozo petrolífero que forma una técnica relacionada con una unión roscada para una tubería de pozo petrolífero de acuerdo con la presente invención, y también es una vista esquemática de una parte frontal.

[Figura 2] La figura 2 es una vista explicativa esquemática que muestra la unión especial para una tubería de pozo petrolífero que forma la técnica relacionada con la unión roscada para una tubería de pozo petrolífero de acuerdo con la presente invención, y también es una vista esquemática de partes roscadas.

[Figura 3] La figura 3 es una vista explicativa esquemática que muestra la unión especial para una tubería de pozo petrolífero que forma la técnica relacionada con la unión roscada para una tubería de pozo petrolífero de acuerdo con la presente invención, y también es una vista esquemática de toda la parte de unión.

[Figura 4] La figura 4 es una vista preparada rellenando algunos parámetros utilizados en la presente invención en una vista esquemática de una unión roscada de tipo de sellado radial.

Descripción de realizaciones

En lo sucesivo, la presente invención se describe primero con referencia de la figura 1 a la figura 3. A continuación, las características técnicas de la presente invención se describen con más detalle con referencia a la figura 4.

Las figuras 1 a 3 son vistas explicativas esquemáticas que muestran una unión especial para una tubería de pozo petrolífero que forma una técnica relacionada con una unión roscada para una tubería de pozo petrolífero de la presente invención. Estas vistas explicativas son vistas en sección transversal longitudinal (vistas en sección transversal en las que un eje de la tubería se extiende en una sección transversal) de la unión roscada formada por un tubo circular. La unión roscada 100 incluye unos pernos 3 y una caja 2 que corresponde a estos pernos 3. El perno 3 presenta una parte roscada macho 7 en su superficie exterior, y una parte frontal (también conocida como parte frontal del perno) 8 que forma parte de un tramo dispuesto adyacente a la parte roscada macho 7 en un lado del extremo distal del perno 3 y que no tiene rosca. La parte frontal 8 tiene una parte de sellado (de manera más específica, una parte de sellado de contacto metálico) 11 en una superficie periférica exterior de la misma, y una parte de refuerzo 12 en una superficie extrema de la misma. En una superficie interior de la caja 2 hay formada una parte roscada hembra 5, una parte de sellado 13, y una parte de refuerzo 14. La parte roscada hembra 5 está roscada en la parte roscada macho 7 del perno 3, la parte de sellado 13 queda dispuesta en contacto con la parte de sellado 11 del perno 3 y la parte de refuerzo 14 queda dispuesta en contacto con la parte de refuerzo 12 del perno 3. En la técnica relacionada con la unión roscada para una tubería de pozo petrolífero, la unión roscada es de un tipo que tiene la parte de sellado 11 en una parte extrema distal del perno 3. Puede obtenerse un rendimiento de sellado deseado aplicando un par de compensación adecuado a la parte de sellado 11. Sin embargo, el par de compensación está influenciado por un estado de lubricación, propiedades superficiales y similares. Como que un diseño que no depende en gran medida de dicho estado de lubricación, propiedades superficiales y similares, se conoce una unión roscada que adopta un método de sellado en dirección radial que aumenta relativamente una componente direccional radial de una presión de contacto de sellado (denominado en lo sucesivo unión roscada de tipo de sellado radial). La unión roscada de sellado radial es sustancialmente igual a la unión roscada de un tipo en que la parte de sellado está formada en la parte extrema distal del perno respecto al punto en que la parte de sellado está formada en una posición diferente de una posición donde se forma la parte del refuerzo. Sin embargo, la unión roscada de tipo de sellado radial tiene la ventaja de que la presión de contacto del sellado se reduce mínimamente cuando se aplica una carga de tracción en una dirección axial a la unión roscada.

En la figura 2, a indica un ángulo de flanco de carga. El ángulo de flanco de carga a está definido por un ángulo que forma una superficie de flanco de carga 9 de la parte roscada con un plano ortogonal a un eje central de la tubería. Cuando un extremo de la superficie del flanco de carga 9 en un lado del diámetro interior del perno se encuentra situado más en un lado del extremo distal del perno que un extremo de la superficie del flanco de carga 9 en un lado del diámetro exterior del perno, tal como se muestra en la figura 2, el ángulo del flanco de carga a se expresa como un ángulo negativo (por ejemplo, a = -5° o similar). En caso contrario, el ángulo de flanco de carga a se expresa como un ángulo positivo (por ejemplo, a = 5°). Cuando el ángulo de flanco de carga a no es un ángulo negativo ni un ángulo positivo, el ángulo de flanco de carga a se establece en 0 (a = 0°). Un espacio de rosca 15 se define como una distancia entre una superficie de flanco punzante 10 en un lado del perno y una superficie de flanco punzante 10 en un lado de la caja de la parte roscada (distancia entre las superficies de flanco punzante en una posición central en la dirección de la altura de la rosca) cuando la superficie del flanco de carga del perno y el ángulo del flanco de carga de la caja quedan en contacto entre sí.

La figura 4 es una vista preparada rellenando algunos parámetros utilizados en la presente invención en una vista esquemática de una unión roscada de tipo de sellado radial. En la figura 4 se utilizan los mismos símbolos para partes idénticas o correspondientes a las partes descritas de la figura 1 a la figura 3, y se omite la descripción de estas partes. La unión roscada de tipo de sellado radial incluye: unos pernos 3 que tienen un diámetro exterior (D1 descrito más adelante) de 114,3 mm o menos donde la parte frontal está formada de manera continua en un extremo distal de la parte roscada macho; y la caja 2 tiene unas partes roscadas hembra que se acoplan a las partes roscadas macho de los pernos 3 mediante un acoplamiento ajustado y unas partes enfrentadas opuestamente a la parte frontal 8. La parte de refuerzo 12 situada en un extremo distal de la parte frontal 8 del perno 3 queda dispuesta en contacto con una parte de refuerzo 14 de la caja 2 que queda enfrentada opuestamente a la parte de refuerzo 12 del perno 3 en una dirección axial. Una superficie exterior de la parte frontal 8 del perno 3 está formada por una superficie curva saliente, y una superficie interior de la caja 2 que queda enfrentada opuestamente a la superficie exterior de la parte frontal 8 está formada por una superficie cónica que tiene un ángulo de inclinación (ángulo de conicidad) 0 respecto a la dirección axial. Tanto la superficie exterior de la parte frontal 8 del perno 3 como la superficie interior de la caja 2 tienen respectivamente la parte de sellado 11 en un lado del perno y una parte de sellado 13 en un lado de la caja las cuales quedan en contacto metal con metal entre sí en una dirección radial en el momento de formar la unión dando lugar, de este modo, a la estructura que sella un fluido.

La presente invención es deseablemente aplicable a la unión donde el diámetro exterior de un perno es 114,3 mm o menos. Aunque la presente invención es aplicable a la unión donde el diámetro exterior del perno, que es un tamaño de revestimiento descrito en API 5CT, excede 114,3 mm, incluso si la unión no está diseñada para satisfacer las fórmulas 1, 2 descritas más adelante y hacer que Ls/Ln se encuentre dentro de un rango de la presente invención, es posible obtener tanto una capacidad de sellado contra una presión exterior como una resistencia al gripado. Por otra parte, si el diámetro exterior del perno es 114,3 mm o menos, si la unión está diseñada para satisfacer las fórmulas 1, 2 descritas más adelante y hacer que Ls/Ln se encuentre dentro del rango de la presente invención, es posible obtener tanto una capacidad de sellado contra una presión exterior como una resistencia al gripado.

En la figura 4, Ds1 es un diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo superior (un extremo en un lado del diámetro exterior) de una superficie de contacto de refuerzo, y Ds0 es un diámetro (pulgadas) expresa una posición de un extremo inferior (un extremo en un lado del diámetro interior) de la superficie de contacto de refuerzo. En la figura 4 se indica un diámetro exterior D1 (pulgadas) y un diámetro interior D0 (pulgadas) de una parte no formada del perno 3. La superficie de contacto del refuerzo indica una superficie formada poniendo en contacto la parte de refuerzo 12 con la parte de refuerzo 14. La parte no formada del perno 3 es una región del perno 3 en la que la parte roscada macho 7 en un lado del extremo trasero no está presente cuando la parte de refuerzo 12 se dispone como un lado extremo distal, y la parte no formada del perno 3 indica una región de tubo plana donde un diámetro exterior y un diámetro interior toman valores fijos en la dirección del eje del tubo.

0 es un ángulo de conicidad (°) de la parte de sellado 13 de la caja 2. Dn es un diámetro exterior (pulgadas) de la parte frontal del perno 3, y es un diámetro del perno 3 en una parte de conexión entre la parte frontal 8 y la parte roscada macho 7. Dsp es un diámetro exterior (pulgadas) en una posición del punto de sellado del perno 3. AD es la diferencia (pulgadas) entre el diámetro exterior Dn de la parte frontal del perno 3 y el diámetro exterior Dsp en la posición del punto de sellado (AD = Dn-Dsp). ó es una cantidad de interferencia de sellado (pulgadas). La cantidad de interferencia de sellado ó es un margen de solapamiento de la parte de sellado por un diámetro en la posición del punto de sellado de la parte de sellado 20 que es un área formada solapando la parte de sellado 11 en un lado del perno y la parte de sellado 13 en un lado de la caja. Lt es un índice de posición final (pulgadas) de una parte cónica de sellado de la caja 2 (expresada como una longitud en una dirección axial desde el extremo distal del perno). Ls es un índice (pulgadas) de una posición del punto de sellado (expresado por una longitud desde el extremo distal del perno en la dirección axial). Ln es la longitud de una parte frontal (pulgadas).

El punto de sellado es una posición en una dirección axial donde un margen superpuesto de las partes de sellado (la parte de sellado 11 y la parte de sellado 13) en la dirección radial llega a ser máximo en un estado en el cual los dibujos en sección transversal en la dirección axial tanto del perno 3 como la caja 2 se superponen entre sí de manera que las partes de refuerzo (la parte de refuerzo 12 y la parte de refuerzo 14) quedan acopladas entre sí. Para garantizar la capacidad de sellado (particularmente la capacidad de sellado contra una presión exterior), es necesario establecer el punto de sellado en una posición alejada del extremo del tubo (el extremo distal del perno). De manera más específica, Ls/Ln, obtenido dividiendo el índice de la posición del punto de sellado Ls por la longitud de la parte frontal Ln, se diseña para satisfacer una relación Ls/Ln = entre 0,2 y 0,6. Ls/Ln se establece preferiblemente en 0,3 o más. Ls/Ln se establece preferiblemente en 0,5 o menos. Además, la longitud de la parte frontal Ln se establece preferiblemente en 0,2" (0,2 pulgadas, 5,08 mm) o más.

Si la longitud de la parte frontal Ln se establece excesivamente grande, es difícil establecer la fórmula 1 que se describe más adelante y, por lo tanto, es desventajoso que la capacidad de sellado se reduzca junto con la deformación plástica de la parte frontal. En consecuencia, la longitud de la parte frontal Ln se establece preferiblemente en 1" (25,4 mm) o menos.

Para suprimir la deformación plástica de la parte frontal, es deseable aumentar una relación de un área de sección transversal de la parte del refuerzo y, por lo tanto, un ángulo de conicidad 0 de la parte de sellado se vuelve inevitablemente pequeño. "Una relación de un área de sección transversal de la parte de refuerzo" se refiere a una relación de un área de una imagen de proyección ortogonal de una superficie de contacto de la parte de refuerzo en un plano ortogonal a un eje a un área de sección transversal no formada de un perno ortogonal al eje, y se calcula mediante una expresión matemática en el lado izquierdo de la siguiente fórmula 1.

(Ds12-Ds02) / (D12-D02) > 0,30 (fórmula 1)

donde

Ds1: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo superior de una superficie de contacto de refuerzo

Ds0: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo inferior de una superficie de contacto de refuerzo D1: diámetro exterior (pulgadas) de una parte no formada del perno

D0: diámetro interior (pulgadas) de una parte no formada del perno

Tal como se muestra en la figura 4, la unión roscada está diseñada generalmente de manera que la unión roscada tiene "una parte de conexión entre la parte de sellado y la parte roscada", que es una parte para conectar la parte de sellado y la parte roscada entre sí. Como diseño extremo, cuando una parte escalonada de la parte de conexión entre la parte de sellado y la parte roscada se vuelve grande, se produce un contacto en la parte de conexión entre la parte de sellado y la parte roscada en una etapa inicial de una etapa de conformación de modo que se genera una gran presión en la cara que provoca un gripado.

Para resolver este problema, los inventores de la presente invención han descubierto que el gripado causado por un contacto con la parte de conexión entre la parte de sellado y la parte roscada en el momento de la conformación puede evitarse a la vez que se suprime la deformación plástica de la parte frontal mediante un diseño tal que los parámetros mencionados satisfagan la fórmula 1 mencionada anteriormente y una fórmula 2 que se describe a continuación.

tan0> (AD+8) / {2(Lt-Ls)} (fórmula 2)

donde

0: ángulo de conicidad (°) de la parte de sellado de la caja;

AD: diferencia (AD = Dn-Dsp) (pulgadas) entre un diámetro exterior Dn (pulgadas) de una parte frontal de un perno y un diámetro exterior Dsp (pulgadas) en la posición del punto de sellado;

ó: cantidad de interferencia de sellado (margen superpuesto de partes de sellado por diámetro en una posición de un punto de sellado) (pulgadas);

Lt: índice de una posición de finalización de una parte cónica de sellado de la caja (expresada por una longitud desde un extremo distal de un perno en dirección axial) (pulgadas);

Ls: índice de una posición de un punto de sellado (expresada por una longitud desde el extremo distal de un perno en dirección axial) (pulgadas).

La expresión matemática en el lado izquierdo de la fórmula 1 significa "una relación del área de la sección transversal de la parte del refuerzo". Estableciendo este valor en 0,30 o más, la deformación plástica de la parte frontal puede suprimirse de manera efectiva. Si el valor del lado izquierdo de la fórmula 1 se vuelve excesivamente grande, la fórmula 2 no puede establecerse y, por lo tanto, el valor máximo realista del lado izquierdo de la fórmula 1 llega a ser 0,5.

Por otra parte, la expresión matemática de la fórmula 2 significa una fórmula que representa una condición para que se satisfaga 0 con el fin de evitar la interferencia entre el perno y la caja en una posición final (posición en la que el índice de posición se convierte en Lt) de la parte cónica de sellado de la caja.

Estableciendo que tan0, que es una tangente del ángulo de conicidad 0 de la parte de sellado de la caja, sea mayor que el valor del lado derecho de la fórmula 2, se evita que se produzca un gripado debido a un contacto en el momento de formar la parte de sellado y la parte roscada a la parte de conexión. Si 0 se vuelve excesivamente grande, la fórmula 1 no puede establecerse y, por lo tanto, el valor máximo realista de 0 llega a ser de 15° (siendo tan00,268 o menos).

Los rangos de valores numéricos de los parámetros utilizados en los procesos de inducción de las fórmulas 1, 2 son los siguientes.

Ds1: entre 0,9" y 4,3", Ds0: entre 0,7" y 4,0", D1: entre 1,0" y 4,5", D0: entre 0,7" y 4,0"

0: entre 3° y 15°, Dn: entre 1,0" y 4,4", Dsp: entre 1,0" y 4,4", ó: entre 0,004" y 0,040"

Lt: entre 0,1" y 0,9", Ls: entre 0,04" y 0,6", Ln: entre 0,2" y 1,0"

En la parte roscada utilizada en los procesos para inducir las fórmulas 1 y 2, el número de roscas por longitud axial de 1" es de entre 4 y 8, un rango de valores numéricos del ángulo de flanco de carga a (véase la figura 2) se establece entre -10° y 5° (a: entre -10° y 5°), un rango de valores numéricos del espacio de rosca 15 (véase la figura 2) se establece entre 0,025 mm y 0,200 mm, y un grosor de pared de la parte no formada del perno (grosor de pared del tubo en bruto) se establece entre 0,1" y 1,0".

Los efectos ventajosos de la presente invención pueden adquirirse adoptando la unión roscada por lo menos dentro de los intervalos de valores numéricos utilizados en los procesos de inducción de las fórmulas 1 y 2 mencionadas anteriormente como un objeto al que se aplica la presente invención. Además, se incluyen varias calidades de acero descritas en API 5CT en tuberías de pozos petrolíferos a los cuales es aplicable la unión roscada de acuerdo con la presente invención.

Ejemplos

En el ejemplo, se preparó una pluralidad de uniones roscadas para tuberías de pozos petrolíferos. En dicha pluralidad, cada unión roscada está formada por: unos pernos que se fabrican aplicando un fileteado a las partes extremas de un tubo de acero para una tubería de pozo petrolífero de acero al carbono correspondiente a L80 en estándar API (límite de elasticidad: 90ksi = 620MPa) y que tiene un diámetro exterior de 3-1/2" y un grosor de pared de 0,254"; y una caja que corresponde a estos pernos. Las respectivas uniones roscadas para la tubería de pozo petrolífero tenían datos y estándares que se muestran en la Tabla 1 y la Tabla 2 si las uniones roscadas respectivas se fabrican a bajo par (3500 ft.lb). Se aplicó una prueba de capacidad de sellado de acuerdo con ISO13679: 2002 a las respectivas uniones roscadas para tuberías de pozos petrolíferos. El número de hilos de rosca del perno se estableció en 5 por una longitud axial de 1", se estableció un ángulo de flanco de carga a en -5°, y se estableció un espacio de rosca 15 de 0,10 mm.

El resultado de la prueba se muestra en la Tabla 3. Tal como se muestra en la Tabla 3, es evidente que todos los ejemplos de la presente invención que se determina que no son defectuosos en la prueba de capacidad de sellado de acuerdo con ISO13679: 2002 en todas las normas pueden realizarse sin gripado y puede suprimirse una deformación plástica de modo que puede obtenerse una capacidad de sellado suficiente.

T l 1

Tabla 31

Lista de signos de referencia

1: parte de unión

2: caja

: perno

4: tubo de acero para tubería de pozo petrolífero

5: parte roscada hembra (lado de la caja)

7: parte roscada macho (lado del perno)

8: parte frontal (parte frontal del perno)

9: superficie de flanco de carga de la parte roscada

10: superficie de flanco punzante de la parte roscada

11, 13: parte de sellado (parte de sellado de contacto metálico)

12: parte del refuerzo (lado del perno)

14: parte del refuerzo (lado de la caja)

5: espacio de rosca

20: parte de sellado (área que se forma solapando las partes de sellado 11 y 13)

100: unión roscada

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unión roscada (100) para una tubería de pozo petrolífero, que comprende:

un perno (3) que tiene una parte frontal (8) en un extremo distal de una parte roscada macho (7); y

una caja (2) que tiene una parte roscada hembra (5) que se acopla a la parte roscada macho (7) del perno (3) mediante un acoplamiento ajustado y unas partes enfrentadas opuestamente a la parte frontal (8), en el que una parte de refuerzo (12) situada en un extremo distal de la parte frontal (8) del perno (3) queda dispuesta en contacto con una parte de refuerzo (14) de la caja (2) que queda enfrentada opuestamente a la parte de refuerzo (12) del perno (3) en una dirección axial,

una superficie exterior de la parte frontal (8) del perno (3) está formada por una superficie curva saliente, y una superficie interior de la caja (2) que queda enfrentada opuestamente a la superficie exterior de la parte frontal (8) está formada por una superficie cónica que tiene un ángulo de inclinación 0 respecto a la dirección axial, tanto la superficie exterior de la parte frontal (8) del perno (3) como la superficie interior de la caja (2) están configuradas para quedar en contacto metal con metal entre sí en una dirección radial en el momento de formar la unión formando, de este modo, una estructura que sella un fluido,

se define un punto de sellado como una posición en la dirección axial donde un margen superpuesto de partes de sellado (11, 13) tanto del perno (3) como de la caja (2) en la dirección radial se vuelve máximo en un estado en el que las vistas en sección transversal en la dirección axial tanto del perno (3) como de la caja (2) se superponen entre sí de manera que las partes de refuerzo (12, 14) se acoplan entre sí, y

los siguientes parámetros, incluyendo los tamaños de la unión roscada (100) en el punto de sellado y las partes de refuerzo (12, 14), cumplen las siguientes fórmulas 1,2 y se establece que Ls/Ln es entre 0,2 y 0,6:

(Ds12-Ds02) / (D12-D02) > 0,30 (fórmula 1)

tan0> (AD+8) / {2(Lt-Ls)} (fórmula 2)

donde

Ds0: diámetro (pulgadas) que expresa una posición de un extremo inferior de la superficie de contacto de refuerzo; D1: diámetro exterior (pulgadas) de una parte no formada de un perno (3);

D0: diámetro interior (pulgadas) de la parte no formada del perno (3);

0: ángulo de conicidad (°) de la parte de sellado (13) de la caja (2);

AD: diferencia (AD = Dn-Dsp) (pulgadas) entre un diámetro exterior Dn (pulgadas) de una parte de conexión de la parte frontal (8) con la parte roscada del perno (3) y un diámetro exterior Dsp (pulgadas) en la posición del punto de sellado;

ó: cantidad de interferencia de sellado (margen superpuesto de las partes de sellado (11, 13) por diámetro en la posición del punto de sellado) (pulgadas);

Lt: índice (pulgadas) de una posición de finalización de una parte cónica de sellado de la caja (2) (expresada por una longitud desde un extremo distal del perno (3) en dirección axial);

Ls: índice (pulgadas) de una posición del punto de sellado (que se expresa por una longitud desde el extremo distal del perno (3) en dirección axial); y

Ln: longitud (pulgadas) de la parte frontal (8).