ES2858456T3 - Unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo - Google Patents

Abstract

Unión roscada para tubería (1) de acero de pozo de petróleo que comprende: un pasador (2) que tiene una rosca (4) macho que es una rosca macho de sección decreciente en un extremo de una tubería de acero; y una caja (3) que tiene una rosca (5) hembra que es una rosca hembra de sección decreciente enganchada de manera roscada con la rosca (4) macho en el otro extremo de una tubería de acero, formando el pasador (2) y la caja (3) estructuras de sello radial que sellan un fluido mediante contacto metálico entre sí en dos posiciones, una en una porción (9) de sellado de lado de periferia exterior del pasador (2) en un lado de extremo de tubería y una en una porción (10) de sellado de lado de periferia interior de la caja (3) en un lado de extremo de tubería, comprendiendo además la unión roscada (1): un reborde (C) intermedio formado entre filas de roscas de las roscas hembra y macho de sección decreciente, en la que en la porción (9) de sellado de lado de periferia exterior formada en el pasador (2) en el lado de extremo de tubería, un área de sección transversal S1 (mm2) del pasador (2) en un punto (sp1) de sello, que es una porción en la superficie periférica exterior de una porción de resalto en el lado de pasador que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de caja en primer lugar, y un área de sección transversal SO (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción (6) de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (1), en la porción (10) de sellado de lado de periferia interior formada en la caja (3) en el lado de extremo de tubería, un área de sección transversal S2 (mm2) de la caja (3) en un punto (sp2) de sello, que es una porción en la superficie periférica interior de la porción de extremo de tubería en el lado de la caja (3) que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de pasador en primer lugar, y un área de sección transversal SO' (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción (7) de caja sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (2), y un área de superficie S3 (mm2) de una porción (8) de contacto del reborde (C) intermedio y el área de sección transversal SO (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (3), **(Ver fórmula)** en la que la S1, la SO, la S2 y la SO' satisfacen la siguiente expresión (4), **(Ver fórmula)**

Description

DESCRIPCIÓN

Unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo

Campo técnico

La presente invención se refiere a una unión roscada de tubería usada para conectar tuberías de pozo de petróleo que incluyen los tubos y las tuberías de revestimiento usados generalmente en la exploración de pozos de petróleo o pozos de gas y en la producción. Es decir, la presente invención se refiere a una unión roscada de tubería usada para conectar tuberías de acero tales como productos tubulares de uso petrolero (OCTG), tuberías de subida y tuberías conductoras. La unión roscada de tubería de la presente invención es superior en propiedades de sellado y en resistencia a la compresión.

Técnica anterior

Se usan ampliamente uniones roscadas de tubería en la conexión de tuberías de acero usadas en instalaciones industriales de producción de petróleo tales como tuberías de pozo de petróleo. Para la conexión de tuberías usadas en la prospección y producción de petróleo o gas, se usan normalmente uniones roscadas de tubería convencionales basadas en la norma del API (Instituto Americano del Petróleo).

Dado que la profundidad de los pozos de petróleo crudo y los pozos de gas natural ha aumentado recientemente, y los pozos horizontales y los pozos direccionales son ahora más habituales que los pozos verticales, los entornos de excavación y producción se ven sometidos cada vez a condiciones más severas. Además, un aumento en el desarrollo de pozos en entornos hostiles, tales como en regiones oceánicas y polares, ha conducido a requisitos de rendimiento diversificados para uniones roscadas de tubería, tales como resistencia a la compresión, resistencia a la flexión y capacidad de sellado contra presión externa. Para tales rendimientos requeridos, en los últimos años se usan cada vez más uniones de tubería de alto rendimiento y en particular roscadas que se denominan uniones premium.

Con el fin de reducir la cantidad de excavación en el momento de desarrollo de un pozo, se requiere la reducción de anchura de los pozos. Entre las uniones premium mencionadas anteriormente, están aumentando los requisitos para una unión roscada de tubería de tipo solidario que conecta directamente las tuberías sin ningún elemento de acoplamiento interpuesto entre las mismas.

La unión premium tiene normalmente una rosca de sección decreciente, una porción de sello de metal a metal y una porción de reborde de par de torsión en el extremo de cada tubería. Estos son componentes que forman cada uno de un pasador, que es una porción con conformación macho proporcionada en un extremo de una tubería, y una caja, que es una porción con conformación hembra proporcionada en el otro extremo de la tubería y se enrosca o se instala en la porción con conformación macho. Estos componentes están diseñados de tal manera que cuando se aprieta una unión (lo que significa una unión roscada de tubería, lo mismo se aplica a continuación en el presente documento), los componentes hembra y macho que tienen el mismo nombre están uno enfrente de otro.

La rosca de sección decreciente es importante para sujetar firmemente la unión. La porción de sello de metal a metal garantiza las propiedades de sello al poner la caja y el pasador en contacto de metal a metal entre sí en la región de la porción de sello de metal a metal. La porción de reborde de par de torsión sirve como cara de reborde que actúa como tope durante la constitución de la unión.

En la unión roscada de tubería de tipo solidario (a continuación en el presente documento también denominada unión solidaria), se proporcionan una o dos o más porciones de sello de metal a metal en la dirección axial (lo que significa la dirección axial de la tubería, lo mismo se aplica a continuación en el presente documento). Al menos una de las porciones de sello de metal a metal se proporciona en la superficie periférica exterior de una porción no roscada (a continuación en el presente documento denominada resalto) continua con el extremo de rosca de lado de extremo delantero de pasador de la rosca de sección decreciente del pasador, y en la superficie periférica interior de una porción no roscada (a continuación en el presente documento denominada orificio de resalto) continua con el extremo de rosca de lado de extremo trasero de caja de la rosca de sección decreciente de la caja. Cuando se constituye la unión, la porción de sello de metal a metal del resalto y la porción de sello de metal a metal del orificio de resalto entran en contacto entre sí en la dirección radial, y esta porción de sello de metal a metal forma una superficie de sello (denominada superficie de sello radial interior por motivos de conveniencia) que impide que el fluido en el interior de la tubería entre en la región de la rosca de sección decreciente.

En algunas uniones solidarias, en cada uno del pasador y la caja, la región de la rosca de sección decreciente está dividida en dos partes en la dirección axial. De las dos partes, la fila de roscas en el lado de extremo delantero de pasador y la fila de roscas en el lado de extremo trasero de caja enganchada con la misma se denominan primera fila de roscas. Por otra parte, la fila de roscas en el lado de extremo trasero de pasador y la fila de roscas en el lado de extremo delantero de caja enganchada con la misma se denominan segunda fila de roscas. En la dirección radial (lo que significa la dirección radial de la tubería, lo mismo se aplica a continuación en el presente documento), la primera fila de roscas está en el lado interior, y la segunda fila de roscas está en el lado exterior. La porción de reborde de par de torsión se proporciona en el límite de la primera fila de roscas y la segunda fila de roscas, y la misma se denomina reborde intermedio.

En una unión solidaria que tiene el reborde intermedio, cuando se proporcionan dos porciones de sello de metal a metal en la dirección axial, una de las dos porciones de sello de metal a metal forma la superficie de sello radial interior. La otra porción de sello de metal a metal se proporciona en la superficie periférica exterior de la porción no roscada continua con el extremo trasero de la segunda fila de roscas del pasador (denominada superficie no roscada de lado de extremo trasero de pasador por motivos de conveniencia), y en la superficie periférica interior de la porción no roscada continua con el extremo delantero de la segunda fila de roscas de la caja (denominada superficie no roscada de lado de extremo delantero de caja por motivos de conveniencia). Cuando se constituye la unión, la porción de sello de metal a metal de la superficie no roscada de lado de extremo trasero de pasador y la porción de sello de metal a metal de la superficie no roscada de lado de extremo delantero de caja entran en contacto entre sí en la dirección radial, y esta porción de sello de metal a metal forma una superficie de sello (denominada superficie de sello radial exterior por motivos de conveniencia) que impide que el fluido en el exterior de la tubería entre en la región de la rosca de sección decreciente.

Una unión roscada para tuberías (unión roscada de tubería) descrita en el documento JP5232475B se muestra en la figura 3 como ejemplo de técnica convencional de una unión solidaria que tiene el reborde intermedio. El objetivo (objeto) de la invención descrita en el documento JP5232475B es producir una unión roscada para tuberías que mantenga una rigidez apropiada y que esté dotada de un sello mejorado, para mejorar la resistencia estructural (característica) de la unión a una carga alta, específicamente a una carga de compresión, y para impedir que la característica afecte a la función de sello. En la invención descrita en el documento JP5232475B, se proporciona una sección de refuerzo que sobresale de la porción de sello de metal a metal de la superficie no roscada de lado de extremo delantero de caja hacia el extremo más delantero de la caja, se regulan la longitud o la longitud y el grosor de pared de esta sección de refuerzo, y se impide que la longitud total de la sección de refuerzo de la caja entre en contacto con la tubería de lado de extremo trasero de pasador opuesto (porción de cuerpo de tubería).

El documento US 2012/0043756 A1 divulga una conexión tubular roscada que incluye un primer tubo y un segundo tubo. El primer tubo incluye un elemento de pasador que se extiende desde un extremo de un cuerpo principal del primer tubo hasta un extremo terminal del primer tubo. El segundo tubo incluye un elemento de caja que se extiende desde un extremo de un cuerpo principal del segundo tubo hasta un extremo terminal del segundo tubo. Un área de sección transversal de una sección transversal crítica de pasador está dentro de aproximadamente ±5% del área de sección transversal de una sección transversal crítica de caja del elemento de caja. Las áreas de sección transversal de cada una de las secciones transversales críticas de pasador y caja están dentro de aproximadamente ±5% de la suma de las áreas de sección transversal de una sección transversal crítica intermedia de caja del elemento de caja y una sección transversal crítica intermedia de pasador del elemento de pasador. Sin embargo, el documento US 2012/0043756 A1 no divulga una unión roscada (junto a porciones sin tratar de una parte de tubo) que comprenda una porción de sellado en un extremo longitudinal de una parte macho de la rosca a lo largo de un eje de unión de rosca o una porción de sellado en un extremo longitudinal de una parte hembra de la rosca a lo largo de un eje de unión de rosca, y, en particular, no divulga razones entre áreas de sección transversal en dichas porciones de sellado y un área de sección transversal en una porción de contacto de un reborde intermedio. Específicamente, el documento US 2012/0043756 A1 no divulga una rosca que satisfaga las expresiones (SI/SO) x 100 > 15 (%), (S2/S0') x 100 > 20 (%), (S3/S0) x 100 > 10 (%) y (S1/S0) < (S2/S0'), donde S1 es la sección transversal de la parte macho en la porción de sellado en el extremo fino de la parte macho, S2 es la sección transversal de la parte hembra en la porción de sellado en el extremo grueso de la parte hembra, S3 es la sección transversal de la sección de reborde, SO es la sección transversal en la parte gruesa de la parte sin tratar de la parte macho y S0' es la sección transversal en la parte gruesa de la parte sin tratar de la parte hembra.

El documento US 5423579 A1 describe un acoplamiento tubular con sello de metal a metal para uniones tubulares de elementos de pasador y caja. El documento JP H1089554 A tiene como objetivo describir una unión de rosca de tubería de pozo de petróleo de tipo delgado y un método para fabricar la misma y el documento WO 2012/118 167 A1 describe un acoplamiento roscado de tipo de sello radial para tubería.

Sumario de la invención

Problema técnico

Sin embargo, con la tecnología mencionada anteriormente descrita en el documento PTL 1, no puede decirse que la propiedad de sellado se garantice suficientemente cuando una carga alta, que es una carga combinada que incluye tensión, compresión, así como presión interna y presión externa, se aplica sobre la misma, de modo que se han requerido propiedades de sellado mejoradas. Además, una mejora de la resistencia a la compresión también se requiere además de la mejora de las propiedades de sellado.

Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo superior en propiedades de sellado y en resistencia a la compresión.

Tal como se usa en la presente invención, se pretende que la expresión “superior en propiedad de sellado” incluya superar un ensayo de evaluación de propiedad de sellado en las condiciones de una carga combinada para una unión roscada especificada en el ensayo de la serie A de la norma ISO13679:2002.

Tal como se usa en la presente invención, se pretende que la expresión “superior en resistencia a la compresión” incluya superar un ensayo de evaluación de propiedad de sellado incluso cuando se aplica una carga de compresión alta en condiciones de compresión, lo que es una opción de las condiciones de carga en el ensayo según la norma ISO mencionado anteriormente. Se especifica que el valor máximo de la carga de tracción es el 95% de la resistencia a la tracción de la tubería o la unión y la resistencia a la compresión se expresa como porcentaje con respecto a la carga de tracción. En una unión de tipo T&C (roscada y acoplada), la resistencia mecánica de una porción de conexión se determina normalmente mediante la resistencia a la tracción de la tubería, en la que se expresa que un rendimiento no inferior a una tasa de compresión del 80% de la resistencia a la tracción de la tubería tiene una compresibilidad alta, y si se alcanza una tasa de compresión del 100%, puede decirse que tiene una resistencia a la compresión muy alta. En la unión de tipo semirrasante, la resistencia a la tracción se determina mediante el diseño de la unión, y si se alcanza el 70% o más de la resistencia a la tracción de la tubería, puede decirse que tiene un diseño que tiene una resistencia a la tracción suficiente. En la unión del tipo semirrasante, se expresa que un rendimiento que alcanza el 70% o más de la tasa de compresión en comparación con la resistencia a la tracción de la unión tiene una compresibilidad alta, y si se alcanza una tasa de compresión del 100%, lo que es equivalente a la resistencia a la tracción de la unión, puede decirse que tiene una resistencia a la compresión muy alta.

Solución al problema

Los presentes inventores han investigado de manera intensiva para resolver el problema mencionado anteriormente, y han obtenido los siguientes hallazgos. En la técnica relacionada, se presta atención al hecho de que la rigidez de la porción de sello en el lado de extremo de tubería no se considera suficientemente como el motivo por el que no pueden lograrse las propiedades de sellado deseadas. Los inventores han encontrado que la rigidez se logra especificando un área de sección transversal en un punto de sello predeterminado, mediante lo cual puede obtenerse una presión superficial suficiente y pueden lograrse propiedades de sellado suficientes incluso cuando se aplica una carga alta. Cuando se aplica una fuerza de tracción, una porción de sello formada mediante contacto entre una superficie periférica interior de la caja formada en el lado de extremo de tubería de la caja y una superficie periférica exterior del pasador se somete a una deformación de reducción del diámetro del pasador simultáneamente a una deformación por tracción. Por tanto, la cantidad de interferencia del sello se reduce y, por tanto, una presión superficial de sello de la porción de sello en el lado de extremo de tubería de la caja se reduce correspondientemente. Dicho de otro modo, los inventores han encontrado que es más probable que se reduzca la presión superficial de contacto en la porción de sello en el lado de extremo de tubería de la caja y, por tanto, se establece que un valor prescrito de un área de sección transversal de sello de la caja en la porción de sello en el lado de extremo de tubería sea mayor que el área de sección transversal del pasador en el lado de la porción de sello en el lado de extremo de tubería para lograr propiedades de sellado. Además, los inventores han encontrado que puede lograrse resistencia a la compresión especificando una razón de área de sección transversal del reborde intermedio.

Una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo comprende:

un pasador que tiene una rosca macho que es una rosca macho de sección decreciente en un extremo de una tubería de acero; y

una caja que tiene una rosca hembra que es una rosca hembra de sección decreciente enganchada de manera roscada con la rosca macho en el otro extremo de una tubería de acero,

formando el pasador y la caja estructuras de sello radial que sellan un fluido mediante contacto metálico entre sí en dos posiciones, una en una porción de sellado de lado de periferia exterior del pasador en un lado de extremo de tubería y una en una porción de sellado de lado de periferia interior de la caja en un lado de extremo de tubería, comprendiendo además la unión roscada:

un reborde intermedio formado entre filas de roscas de las roscas hembra y macho de sección decreciente, en la que

en la porción de sellado de lado de periferia exterior formada en el pasador en el lado de extremo de tubería,

un área de sección transversal S1 (mm2) del pasador en un punto de sello, que es una porción en la superficie periférica exterior de una porción de resalto en el lado de pasador que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de caja en primer lugar, y un área de sección transversal S0 (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (1),

en la porción de sellado de lado de periferia interior formada en la caja en el lado de extremo de tubería,

un área de sección transversal S2 (mm2) de la caja en un punto de sello, que es una porción en la superficie periférica interior de la porción de extremo de tubería en el lado de caja que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de pasador en primer lugar, y un área de sección transversal S0' (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción de caja sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (2), y

un área de superficie S3 (mm2) de una porción de contacto del reborde intermedio y el área de sección transversal S0 (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (3),

(S1/S0) x 100 > 15(%) . . . (1)

( S 2 / S 0 ' ) x 100 > 20 (%) . . . (2)

(S3/S0) x 100 > 10 (%) . . . (3) ,

en la que la S1, la S0, la S2 y la S0' satisfacen la siguiente expresión (4),

(S1/S0) < ( S 2 / S 0 ' ) . . . ( 4) .

Efectos ventajosos de la invención

Según la presente invención, puede proporcionarse una unión roscada de tubería para una tubería de acero de pozo de petróleo superior en propiedades de sellado y en resistencia a la compresión.

Breve descripción de los dibujos

[Figura 1] La figura 1 es una vista en sección transversal que ilustra una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo para explicar un ejemplo de una realización de la presente invención, y también es un dibujo para explicar una expresión (1) y una expresión (3).

[Figura 2] La figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra la unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo para explicar un ejemplo de la realización de la presente invención, y es un dibujo también para explicar una expresión (2).

[Figura 3] La figura 3 es una vista en sección transversal que ilustra un ejemplo de una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la técnica relacionada en la que (a) es una vista en sección transversal en una dirección de eje de tubería, y (b) es una vista en sección transversal ampliada que ilustra una porción de sello de toque metálico.

Descripción de realizaciones

Haciendo referencia ahora a los dibujos, la presente invención se describirá a continuación. La figura 1 es una vista en sección transversal que ilustra una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo para explicar un ejemplo de una realización de la presente invención, y también es un dibujo para explicar una expresión (1) y una expresión (3) que se describirán a continuación. La figura 2 también es una vista en sección transversal que ilustra la unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo para explicar un ejemplo de la realización de la presente invención, y también es un dibujo para explicar una expresión (2) que se describirá a continuación. Obsérvese que la figura 3 es una vista en sección transversal que ilustra un ejemplo de una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la técnica relacionada, en la que (a) es una vista en sección transversal en una dirección de eje de tubería, y (b) es una vista en sección transversal ampliada que ilustra una porción de sello de toque metálico.

Una unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención conecta tuberías de acero con un pasador 2 y una caja 3. Tal como se ilustra en la figura 1 y la figura 2, la unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención es una unión roscada (unión premium) que incluye el pasador 2 y la caja 3 conectados mediante conexión de rosca. La unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención es una unión roscada de tipo solidario que conecta las tuberías de acero directamente entre sí con el pasador 2 y la caja 3.

El pasador 2 está dotado de una rosca 4 macho, que es una rosca macho de sección decreciente proporcionada en un extremo de la tubería de acero. La caja 3 está dotada de una rosca 5 hembra, que es una rosca hembra de sección decreciente que se engancha con una rosca 4 macho proporcionada en el otro extremo de la tubería de acero.

La unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención incluye una estructura de sello radial en la que el pasador 2 y la caja 3 entran en contacto metálico entre sí para sellar un fluido en dos posiciones; en una porción 9 de sellado de lado de periferia exterior de la rosca 4 macho en un lado de extremo de tubería (un lado negativo de un eje X que es paralelo al eje a de unión roscada en las figuras 1 y 2) yen una porción 10 de sellado de lado de periferia interior de la rosca 5 hembra en un lado de extremo de tubería (un lado positivo de la dirección de eje X en las figuras 1 y 2). La porción 9 de sellado de lado de periferia exterior y la porción 10 de sellado de lado de periferia interior pueden ser, cada una, una porción de sello de toque metálico descrita junto con la figura 3.

La porción 9 de sellado de lado de periferia exterior es capaz de formar una superficie de sello que impide que un fluido en el interior de la tubería entre en un área de la rosca de sección decreciente mediante contacto entre las porciones de sello de toque metálico de un resalto (una porción no roscada del pasador 2, que continúa con un extremo de rosca de la rosca de sección decreciente en un lado de extremo delantero de pasador) y un orificio de resalto (una porción no roscada de la caja 3, que continúa con un extremo de rosca de la rosca de sección decreciente en un lado de extremo trasero de caja) cuando se constituye la unión.

La porción 10 de sellado de lado de periferia interior se proporciona en una superficie periférica exterior del pasador 2 mencionado anteriormente en una porción no roscada que continúa con un lado de extremo trasero de una segunda fila B de roscas (denominada superficie no roscada en un lado de extremo trasero de pasador por motivos de conveniencia) y en una superficie periférica interior de una porción no roscada que continúa con un extremo distal de la segunda fila B de roscas de la caja 3 mencionada anteriormente (denominada superficie no roscada en el lado de extremo delantero de caja por motivos de conveniencia). La porción 10 de sellado de lado de periferia interior forma una superficie de sello que impide que un fluido en el exterior de la tubería entre en el área de las roscas de sección decreciente mediante contacto entre las porciones de sello de la superficie no roscada mencionada anteriormente en el lado de extremo trasero de pasador del pasador y la superficie no roscada mencionada anteriormente en el lado de extremo delantero de caja de la caja cuando se constituye la unión.

La unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención incluye un reborde C intermedio formado entre las dos filas de roscas (la primera fila A de roscas y la segunda fila B de roscas) de las roscas macho y hembra de sección decreciente. El reborde C intermedio sirve como porción de reborde de par de torsión que tiene la función de un tope mientras se constituye la unión.

Adicionalmente, la unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención puede tener una porción 11 de reborde en un extremo delantero del pasador 2, y en la caja 3 puede proporcionarse un reborde 12 que entra en contacto con la porción 11 de reborde.

La unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención se caracteriza porque un área de sección transversal S1 (mm2) del pasador en un punto sp1 de sello (véase la figura 1), que es una porción en la superficie periférica exterior de la porción de resalto en el lado del pasador 2 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de la caja 3 en primer lugar, y un área de sección transversal S0 (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción 6 de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (1) en la porción 9 de sellado de lado de periferia exterior. La porción de cuerpo de tubería (la porción 6 de pasador sin tratar) indica un área del pasador 2 distinta de la rosca macho proporcionada en un extremo delantero del mismo, y tiene una forma cilíndrica.

( S 1 / S 0 ) X 100 > 15 (%) . . . ( 1 )

Si (S1/S0) x 100 es menor del 15%, se provoca una fuga por una tensión y una presión interna, de modo que pueden no lograrse propiedades de sellado suficientes. Por tanto, en la presente invención, el valor de (S1/S0) x 100 se establece en el 15% o más, preferiblemente el 20% o más, y más preferiblemente el 25% o más. En cambio, en la presente invención, si (S1/S0) x 100 supera el 50%, no pueden lograrse las áreas de sección transversal del reborde C intermedio y la porción 9 de sellado de lado de periferia exterior, de modo que puede no proporcionarse un rendimiento suficiente. Por tanto, en la presente invención, (S1/S0) x 100 se establece preferiblemente en un valor no superior al 50%, y más preferiblemente, no superior al 40%.

Tal como se usa en el presente documento, el término mencionado anteriormente “las secciones transversales de las áreas de sección transversal S1, S0” pretende incluir secciones transversales a lo largo de planos en vertical con respecto al eje a de unión roscada (sentidos positivo y negativo a lo largo del eje X), y las secciones transversales de las áreas de sección transversal S2, S3 que se describirán a continuación pretenden incluir secciones transversales a lo largo de planos en vertical con respecto al eje a de unión roscada (el sentido positivo y negativo a lo largo del eje X).

Tal como se usa en el presente documento, se pretende que el término mencionado anteriormente “el lado del pasador 2 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de la caja 3 en primer lugar” incluya la posición de extremo más delantero (la posición de extremo más delantero en el sentido negativo a lo largo del eje X) del pasador 2 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de la caja 3.

La unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención se caracteriza porque el área de sección transversal S2 (mm2) de la caja 3 en un punto sp2 de sello (véase la figura 2), que es una porción en la superficie periférica interior de la porción de extremo de tubería en el lado de la caja 3 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado del pasador 2 en primer lugar, y un área de sección transversal S0' (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción 7 de caja sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (2) en la porción 10 de sello de lado de superficie exterior. Tal como se usa en el presente documento, se pretende que el término “la porción de cuerpo de tubería (la porción 7 de caja sin tratar)” incluya un área de la caja 3 distinta de una rosca hembra proporcionada en el extremo delantero de la misma, que tiene una forma cilíndrica.

( S 2 / S 0 ' ) x 100 > 20 (%) . . . (2)

Si (S2/S0') x 100 es menor del 20%, se provoca una fuga por una tensión y una presión externa, de modo que pueden no lograrse propiedades de sellado suficientes. Por tanto, en la presente invención, el valor de (S2/S0') x 100 se establece en el 20% o más, preferiblemente el 25% o más, y más preferiblemente el 30% o más. En cambio, en la presente invención, si (S2/S0') x 100 supera el 50%, es difícil lograr las áreas de sección transversal de la porción 10 de sellado de lado de periferia interior y el reborde C intermedio, de modo que puede no proporcionarse un rendimiento suficiente. Aunque no es imposible realizar un área de sección transversal grande aumentando el diámetro exterior de la porción de sellado de lado de periferia interior, aumentar el diámetro exterior va en contra de realizar la unión delgada, lo que es una característica de la unión roscada de tipo solidario y, por tanto, no es realista un diseño con un diámetro exterior excesivo. Por tanto, en la presente invención, (S2/S0') x 100 se establece preferiblemente en un valor no superior al 50%, y más preferiblemente, no superior al 45%.

Tal como se usa en el presente documento, se pretende que el término mencionado anteriormente “el lado de la caja 3 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado del pasador 2 en primer lugar” incluya la posición de extremo más delantero (la posición de extremo más delantero en el sentido positivo a lo largo del eje X) de la caja 3 que entra en contacto con la superficie de sello en el lado del pasador 2.

Además, la unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención también se caracteriza porque el área de superficie S3 (mm2) de una porción 8 de contacto (véase la figura 1) del reborde C intermedio y el área de sección transversal S0 (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción 6 de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (3),

(S3/S0) x 100 > 10 (%) . . . (3)

Si (S3/S0) x 100 es menor del 10%, se aplica una carga excesiva a la porción de sello en el momento de la compresión y provoca un deterioro de las propiedades de sellado junto con una deformación plástica, y se provoca una fuga por una tensión y una presión interna, de modo que pueden no lograrse propiedades de sellado suficientes. Además, puede producirse una deformación plástica en la porción de reborde cuando se constituye la unión, de modo que puede obtenerse como resultado un evento tal que la unión no pueda apretarse más. Por tanto, en la presente invención, el valor de (S3/S0) x 100 se establece en el 10% o más, preferiblemente el 15% o más, y más preferiblemente, el 20% o más. En cambio, en la presente invención, si (S3/S0) x 100 supera el 50%, no pueden lograrse las áreas de sección transversal de la porción 9 de sellado de lado de periferia exterior y la porción 10 de sellado de lado de periferia interior, de modo que puede no proporcionarse un rendimiento suficiente. Por tanto, en la presente invención, (S3/S0) x 100 se establece preferiblemente en un valor no superior al 50%, y más preferiblemente, no superior al 40%.

En la presente invención, las propiedades de sellado y resistencia a la compresión deseadas sólo se alcanzan cuando se satisfacen todas las expresiones (1) a (3) mencionadas anteriormente.

En la unión 1 roscada para tubería de acero de pozo de petróleo de la presente invención, las S1, S0, S2 y S0' mencionadas anteriormente satisfacen la siguiente expresión (4).

(S1/S0) < ( S2 / S0 ' ) . . . (4)

Cuando se aplica una fuerza de tracción a la unión, se produce una deformación en una dirección de reducción del diámetro simultáneamente a una deformación en una dirección de tensión. Por tanto, la cantidad de interferencia del sello se reduce y, por tanto, una presión superficial de sello de la porción 10 de sellado de lado de periferia interior formada en el lado de extremo de tubería de la caja se reduce correspondientemente. Dicho de otro modo, puesto que es más probable que se reduzca la presión superficial de contacto en la porción 10 de sellado de lado de periferia interior, se establece que un valor prescrito de un área de sección transversal de sello de la porción 10 de sellado de lado de periferia interior sea mayor que la de la porción 9 de sellado de lado de periferia exterior para lograr las propiedades de sellado. Por tanto, en la presente invención, pueden lograrse propiedades de sellado fiables adicionales estableciendo que (S2/S0') no sea menor que (S1/S0), es decir, estableciendo que la razón de área de sección transversal del sello en la porción 10 de sellado de lado de periferia interior sea mayor que la razón del área de sección transversal del sello en la porción 9 de sellado de lado de periferia exterior. Por tanto, en la presente invención, se satisface la relación “(S1/S0) < (S2/S0')”, y preferiblemente, el valor de (S2/S0') es 1,1 veces o más, de manera adicionalmente preferible, 1,2 veces o más, el valor de (S1/S0).

En la presente invención, los diámetros exteriores de la porción 6 de pasador sin tratar y la porción 7 de caja sin tratar son preferiblemente de desde 5 hasta 16 pulgadas, y más preferiblemente desde 5,5 hasta 14 pulgadas, aunque no están limitados específicamente a los mismos.

En la presente invención, los grosores de la porción 6 de pasador sin tratar y la porción 7 de caja sin tratar son preferiblemente de al menos 12 mm, y más preferiblemente al menos 15 mm.

En la unión roscada de la presente invención, un ángulo de flanco de carga es preferiblemente de desde 5 hasta 30 grados, y más preferiblemente desde 10 hasta 25 grados.

Un ángulo de flanco de acometida es preferiblemente de desde -10 hasta 0 grados, y más preferiblemente desde -7 hasta -3 grados.

Tal como se describió anteriormente, según la presente invención, puede proporcionarse una unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo superior en propiedades de sellado y en resistencia a la compresión.

Ejemplos

La presente invención se describirá a continuación basándose en ejemplos.

Se fabricaron muestras de la unión roscada que incluían un pasador formado mecanizando una porción de extremo de una tubería de acero de un tipo de acero Q125 de la norma API 5CT que tenía un diámetro exterior de 9-5/8 pulgadas x un grosor de 0,545 pulgadas (244,48 mm de diámetro exterior x 13,84 mm de grosor) y una caja correspondiente al mismo y se llevó a cabo un ensayo de la serie A de la norma ISO 13679:2002. Cuando se llevó a cabo este ensayo, se emplearon condiciones experimentales de niveles respectivos mostradas en la tabla 1. Como condiciones experimentales que no se muestran en la tabla 1, se emplearon un ángulo de flanco de carga de -5 grados y un ángulo de flanco de acometida de 15 grados para una superficie de contacto de rosca de manera común a todos los niveles.

Tal como se usa en la tabla 1, la expresión “la razón de área (%) de la porción de sellado de lado de periferia exterior con respecto a una porción sin tratar de una tubería madre” significa “una razón ((S1/S0) x 100 [%]) del área de sección transversal S1 (mm2) de un pasador en un punto de sello, que es una porción en la superficie periférica exterior de la porción de resalto en el lado de pasador que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de caja en primer lugar con respecto al área de sección transversal S0 (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de pasador sin tratar.

La expresión “ la razón de área (%) de la porción de sellado de lado de periferia interior con respecto a la porción sin tratar de la tubería madre” significa “una razón ((S2/S0') x 100 [%]) del área de sección transversal S2 (mm2) de una caja en un punto de sello, que es una porción en la superficie periférica interior de la porción de extremo de tubería en el lado de caja que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de pasador en primer lugar con respecto al área de sección transversal S0' (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de caja sin tratar.

La expresión “razón de área (%) del reborde intermedio con respecto a la porción sin tratar de la tubería madre” significa “una razón ((S3/S0) x 100 [%]) del área de superficie S3 (mm2) de una porción de contacto del reborde intermedio con respecto al área de sección transversal S0 (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de pasador sin tratar.

El ensayo de este ejemplo es un ensayo para evaluar las propiedades de sellado aplicando una carga combinada que incluye una fuerza de tracción/fuerza de compresión y presión interna/presión externa en el ensayo de la serie A, y la planificación de carga se define por el 95% de VME y la presión de aplastamiento según la norma API. En este ensayo, la tasa de tensión máxima en el ensayo se establece en el 70%.

Se considera que un caso en el que se supera el ensayo de sello en las condiciones de carga de la tasa de compresión máxima del 49% (el 70% en la razón con respecto a la tasa de tensión) es superior tanto en propiedades de sellado como en resistencia a la compresión, y que supera la evaluación de rendimiento. Se considera que un caso en el que se supera el ensayo de sello en las condiciones de carga de la tasa de compresión máxima del 70% (el 100% en la razón con respecto a la tasa de tensión) es superior en resistencia a la compresión.

En la tabla 1 se mostrará un resultado.

Tal como se muestra en la tabla 1, en el ejemplo comparativo 1, la razón de área del reborde intermedio fue menor del 10%, lo que es muy pequeño. Por tanto, se produjo deformación plástica en la porción de reborde en el momento de apretarse, y el ensayo no se superó al constituirse la unión.

En el ejemplo comparativo 2, como la razón de área del reborde intermedio fue menor del 10%, se aplicó una carga excesiva a la porción de sello en el momento de la compresión, y se obtuvo como resultado un deterioro de las propiedades de sellado asociado con la deformación plástica. Por tanto, no se superó el ensayo porque se produjo una fuga debido a la tensión y la presión interna (a continuación en el presente documento, denominadas tensión presión interna).

En el ejemplo comparativo 3, como la razón de área de la porción de sellado de lado de periferia exterior fue menor del 15%, no se superó el ensayo porque se produjo una fuga debido a la tensión presión interna.

En el ejemplo comparativo 4, como la razón de área de la porción de sellado de lado de periferia interior fue menor del 20%, no se superó el ensayo porque se produjo de una fuga debido a la tensión y presión externa (tensión presión externa).

En cambio, el ensayo se superó en todos los ejemplos 1 a 5 de la presente invención, y resultó evidente que los ejemplos de la presente invención tienen propiedades de sellado y resistencia a la compresión superiores.

Lista de signos de referencia

1 unión roscada para tubería de acero de pozo de petróleo

2 pasador

3 caja

4 rosca macho

5 rosca hembra

6 porción de pasador sin tratar

7 porción de caja sin tratar

8 porción de contacto

9 porción de sellado de lado de periferia exterior

10 porción de sellado de lado de periferia interior

11, 12 porción de reborde

A primera fila de roscas

B segunda fila de roscas

C reborde intermedio

sp1 punto de sello

sp2 punto de sello

a eje de unión roscada

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Unión roscada para tubería (1) de acero de pozo de petróleo que comprende: un pasador (2) que tiene una rosca (4) macho que es una rosca macho de sección decreciente en un extremo de una tubería de acero; y

   una caja (3) que tiene una rosca (5) hembra que es una rosca hembra de sección decreciente enganchada de manera roscada con la rosca (4) macho en el otro extremo de una tubería de acero,

   formando el pasador (2) y la caja (3) estructuras de sello radial que sellan un fluido mediante contacto metálico entre sí en dos posiciones, una en una porción (9) de sellado de lado de periferia exterior del pasador (2) en un lado de extremo de tubería y una en una porción (10) de sellado de lado de periferia interior de la caja (3) en un lado de extremo de tubería, comprendiendo además la unión roscada (1):

   un reborde (C) intermedio formado entre filas de roscas de las roscas hembra y macho de sección decreciente, en la que

   en la porción (9) de sellado de lado de periferia exterior formada en el pasador (2) en el lado de extremo de tubería,

   un área de sección transversal S1 (mm2) del pasador (2) en un punto (sp1) de sello, que es una porción en la superficie periférica exterior de una porción de resalto en el lado de pasador que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de caja en primer lugar, y un área de sección transversal SO (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción (6) de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (1),

   en la porción (10) de sellado de lado de periferia interior formada en la caja (3) en el lado de extremo de tubería,

   un área de sección transversal S2 (mm2) de la caja (3) en un punto (sp2) de sello, que es una porción en la superficie periférica interior de la porción de extremo de tubería en el lado de la caja (3) que entra en contacto con la superficie de sello en el lado de pasador en primer lugar, y un área de sección transversal SO' (mm2) de una porción de cuerpo de tubería, que es una porción (7) de caja sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (2), y

   un área de superficie S3 (mm2) de una porción (8) de contacto del reborde (C) intermedio y el área de sección transversal SO (mm2) de la porción de cuerpo de tubería, que es la porción de pasador sin tratar, satisfacen la siguiente expresión (3),

   (S1/S0) x 100 > 15 (%) . . . (1)

   ( S 2 / S 01) x 100 > 20 (%) . . . (2)

   (S3/S0) x 100 > 10 (%) . .. (3),

   en la que la S1, la SO, la S2 y la SO' satisfacen la siguiente expresión (4),