ES2898052T3 - Unión roscada para tubería de pozo de petróleo - Google Patents

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Abstract

Unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos, que comprende: un perno (1) que tiene una parte de superficie periférica exterior anular (12) formada en un lado de un extremo de la punta de una tubería de acero, y una parte roscada externamente (4) formada desde la parte de superficie periférica exterior anular hasta un centro de una tubería de acero en una dirección axial de la tubería de acero; y una caja (2) que tiene una cavidad en la cual se aloja el perno (1), en el que en la cavidad hay formada una parte roscada internamente (3) que se acopla por roscado a la parte roscada externamente (4) y una parte de superficie periférica interior anular (13) que se dispone en contacto con la parte de superficie periférica exterior anular (12) y se apoya contra la misma, en el que el perno (1) y la caja (2) se unen entre sí por un acoplamiento por roscado entre la parte roscada externamente (4) y la parte roscada internamente (3) de manera que la parte de superficie periférica exterior anular (12) y la parte de superficie periférica interior anular (13) se disponen en contacto entre sí y una parte de contacto entre la parte de superficie periférica exterior anular (12) y la parte de superficie periférica interior anular (13) forma una parte de sellado (11), en el que la parte de superficie periférica exterior anular (12) que forma la parte de sellado (11) del perno (1) presenta forma de arco saliente, y la parte de superficie periférica interior anular (13) que forma una parte de sellado (11) de la caja (2) presenta forma de arco ranurado, se establece una diferencia de radio de curvatura entre un arco (P1) de la parte de superficie periférica exterior anular (12) del perno (1) y un arco (B1) de la parte de superficie periférica interior anular (13) de la caja (2) en un valor que se encuentra dentro de un rango de ±10%, caracterizado por el hecho de que un extremo de la punta (P1) del perno (1) y un extremo profundo (B1) de la caja (2) se convierten en puntos de inicio de una deformación elástica cuando se lleva a cabo la unión por roscado, y, en un estado unido del perno (1) y la caja (2), se establece una diferencia de una distancia en una dirección axial de la tubería (ΔL) entre una posición central (Cp) del arco (P1) de la parte de superficie periférica exterior anular (12) del perno (1) y una posición central (Cb) del arco (B1) de la parte de superficie periférica interior anular (13) de la caja (2) para que se cumplan las siguientes fórmulas (1) a (3), Lb = Rb1 + (Rb2 - Rb1) x COS qb1 (1) Lp = Rp1 + (Rp2 - Rp1) x COS qp1 (2) DL = ½Lb - Lp½£ 2 mm (3) donde: Lb: distancia de la dirección axial de la tubería desde la posición central Cb del arco que forma la parte de sellado de la caja hasta un extremo profundo de la caja; Lp: distancia de la dirección axial de la tubería desde la posición central Cp del arco que forma la parte de sellado del perno hasta un extremo de la punta Pt del perno; ΔL = |Lb-Lp|: diferencia de distancia de la dirección axial de la tubería entre las posiciones centrales Cb y Cp de los arcos que forman las partes de sellado de la caja y el perno; 0 Rb1: radio de un arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado y una parte saliente de la caja; Rb2: radio de un arco que forma la parte de sellado de la caja; Rp1: radio de un arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado y una parte saliente del perno; Rp2: radio de un arco que forma la parte de sellado del perno; θb1: ángulo central del arco pequeño que conecta la parte de sellado y la parte saliente de la caja; y 5 θp1: ángulo central del arco pequeño que conecta la parte de sellado y la parte saliente del perno.

Description

DESCRIPCIÓN
Unión roscada para tubería de pozo de petróleo
Campo técnico
La presente invención se refiere a una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos que tienen una excelente capacidad de sellado que es óptima para la conexión de productos tubulares para campos petrolíferos utilizados para la búsqueda de un pozo de petróleo o un pozo de gas y la producción de petróleo y gas en general.
Técnica anterior
Las uniones roscadas para tuberías se han utilizado popularmente para conectar tuberías de acero utilizadas en instalaciones petrolíferas de una industria petrolera, tal como productos tubulares para campos petrolíferos. Al conectar tuberías de acero utilizadas para la búsqueda y producción de petróleo o gas, convencionalmente se ha utilizado una unión roscada estándar que está estipulada en la norma API (American Petroleum Institute). Sin embargo, recientemente, se ha estado realizando una profundización de un pozo para petróleo crudo o gas natural y el número de pozos horizontales y pozos direccionales de pozos verticales ha aumentado y, por lo tanto, el entorno de perforación y producción se ha vuelto severo. Además, el número de pozos desarrollados en un entorno extremadamente severo, tal como océanos y regiones polares, ha aumentado y, por lo tanto, los rendimientos que deben satisfacer las uniones roscadas se diversifican, incluyendo resistencia a compresión, resistencia a flexión y capacidad de sellado (resistencia a presión exterior). En vista de lo anterior, ha aumentado el número de casos en los que se utiliza una unión roscada especial de alto rendimiento que se denomina "unión premium", y también ha aumentado continuamente la demanda de una mejora en el rendimiento de la "unión premium". Una "unión premium" suele ser una unión de tipo acoplamiento en la cual se unen entre sí un elemento con rosca exterior y un elemento con rosca interior, respectivamente, tienen roscas cónicas, una parte de sellado de contacto metálico (en adelante, también denominada "parte de sellado") y una parte de un saliente de torsión (en lo sucesivo, también denominada parte saliente) en de las tuberías correspondientes. Las roscas cónicas son importantes para fijar firmemente la unión de la tubería. El contacto metálico en la parte de sellado juega un papel para garantizar la capacidad de sellado al disponer en contacto el elemento con rosca interior (en lo sucesivo, denominado "caja") y el elemento con rosca exterior (en lo sucesivo, denominado "perno"), y unas partes salientes de torsión forman caras salientes que actúan de tope durante el apriete de la unión. La figura 3A, la figura 3B y la figura 3C son vistas para describir esquemáticamente una "unión premium" para productos tubulares para campos petrolíferos de tipo acoplamiento.
Las figuras 3A a 3C también son vistas en sección transversal de una unión roscada para una tubería circular en una dirección axial de la tubería, que explican esquemáticamente una "unión premium" de tipo acoplamiento para productos tubulares para campos petrolíferos. La unión roscada incluye unos pernos 1 y una caja 2 que corresponde a los pernos. El perno 1 tiene una parte roscada externamente 4 en una superficie exterior del mismo, y una parte no roscada denominada parte de nariz 5 en un extremo de la punta adyacente a la parte roscada externamente 4. La parte de nariz 5 tiene una parte de sellado de contacto metálico 7 en una superficie periférica exterior de la misma, y una parte de un saliente de torsión 9 en una superficie frontal de la misma. La caja 2 que queda orientada de manera opuesta a los pernos 1 es una parte que tiene partes roscadas internamente 3, una parte de sellado de contacto metálico 8 y una parte de un saliente de torsión 10 en una superficie interior de la misma, y estas partes 3, 8 y 10 son partes que se acoplan por roscado o se disponen en contacto con la parte roscada externamente 4, la parte de sellado de contacto metálico 7 y la parte del saliente de torsión 9 del perno 1 respectivo.
Como técnica anterior relacionada con una "unión premium" en la que se mejora la capacidad de sellado, por ejemplo, los documentos US 4732416 A y JP S60260 792 A describen una unión de tubería donde un radio de curvatura de una superficie de una parte de sellado en un lado de perno y un radio de curvatura de una superficie de un la parte de sellado en un lado de la caja que corresponde a la superficie de la parte de sellado en el lado del perno se establecen sustancialmente iguales entre sí, lo cual disminuye la concentración de tensiones cuando el perno y la caja están completamente acoplados entre sí, por lo que el sellado es difícil de romper incluso si a la "unión premium" se le aplica una presión interna o una fuerza externa.
Los documentos US 4732416 A y JP S60260792 A describen una unión roscada para una conexión de un perno y una caja sustancialmente con los mismos radios de partes de sellado cuando se realiza la unión.
Sumario de la invención
Problema técnico
En la técnica descrita en los documentos US 4732416 A y JP S60260792 A, sin embargo, la superficie de la parte de sellado en un lado del perno y un lado de la caja se divide en tres arcos y estos arcos tienen sustancialmente el mismo radio de curvatura. Sin embargo, las posiciones de los arcos no están definidas explícitamente, por lo que no siempre se garantiza un estado de contacto suficiente en la parte de sellado durante un acoplamiento de ajuste, por lo que la seguridad de la capacidad de sellado sigue siendo un problema por resolver.
La presente invención se ha realizado en vista de este inconveniente, y un objeto de la presente invención es proporcionar una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos que tenga una excelente capacidad de sellado.
Solución al problema
Los inventores de la presente invención han realizado extensos estudios para superar el inconveniente mencionado anteriormente, y han encontrado lo siguiente.
En la presente invención, se ha encontrado que la capacidad de sellado puede mejorarse en gran medida estableciendo una diferencia en el radio de curvatura entre una parte de un arco de una parte de superficie periférica exterior anular que forma una parte de sellado de un perno y una parte de un arco de una superficie periférica interior anular parte que forma una parte de sellado de una caja en un valor que se encuentra dentro de un rango predeterminado y, al mismo tiempo, haciendo que una posición central de la parte del arco de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado del perno y una parte central de la parte del arco de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado de la caja queden cerca una de la otra de manera que una diferencia de la distancia en la dirección axial de la tubería entre las posiciones centrales sea de 2 mm o menos.
La presente invención se ha realizado en base a lo que se ha encontrado tal como se ha mencionado anteriormente, y la esencia de la presente invención es tal como sigue.
[1] Una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos que incluye:
un perno que tiene una parte de superficie periférica exterior anular formada en un lado de un extremo de la punta de una tubería de acero, y una parte roscada externamente formada desde la parte de superficie periférica exterior anular hasta un centro de una tubería de acero en una dirección axial de la tubería de acero; y una caja que tiene una cavidad en la cual se aloja el perno, en el que en la cavidad hay formada una parte roscada internamente que encaja por roscado en la parte roscada externamente y una parte de superficie periférica interior anular que se dispone en contacto y queda apoyada contra la parte de superficie periférica exterior anular, en el que el perno y la caja se unen entre sí por un acoplamiento por roscado entre la parte roscada externamente y la parte roscada internamente, de modo que la parte de superficie periférica exterior anular y la parte de superficie periférica interior anular quedan en contacto entre sí y una parte de contacto entre la parte de superficie periférica exterior anular y la parte de superficie periférica interior anular forma una parte de sellado, en el que la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado del perno tiene forma de arco saliente, y la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado de la caja tiene forma de arco ranurado, estableciéndose una diferencia en el radio de curvatura entre un arco de la parte de superficie periférica exterior anular del perno y un arco de la parte de superficie periférica interior anular de la caja en un valor que se encuentra dentro de un rango de ± 10%, y estableciéndose una diferencia de la distancia en la dirección axial de la tubería entre una posición central del arco de la parte de superficie periférica exterior anular del perno y una posición central del arco de la parte de superficie periférica interior anular de la caja en 2 mm o menos.
[2] La unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos descrita en [1], en la que la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería entre la posición central del arco de la parte de superficie periférica exterior anular del perno y la posición central del arco de la parte de superficie periférica interior anular de la caja se establece en 1 mm o menos.
[3] La unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos descrita en [1] o [2], en la que la parte de sellado y una parte saliente del perno están conectadas entre sí mediante un arco más pequeño que el arco de la parte de superficie periférica exterior anular, y la parte de sellado y una parte saliente de la caja están conectadas entre sí por un arco más pequeño que el arco de la parte de superficie periférica interior anular.
En la presente invención, "que tiene una excelente capacidad de sellado" significa que, cuando se realiza una prueba de evaluación de la capacidad de sellado de acuerdo con ISO13679: 2002, no se produce una fuga incluso si se aplica una tensión de compresión de un 80% o más.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, es posible adquirir una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos que tiene una excelente capacidad de sellado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A, la figura 1B y la figura 1C son vistas en sección transversal de una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos en forma de unión para describir un ejemplo de una realización de la presente invención, en la que la figura 1A es una sección transversal vista a lo largo de una dirección axial de la tubería, la figura 1B es una vista en sección transversal ampliada de una porción de una parte de sellado y una zona en las proximidades de la parte de sellado durante la unión, y la figura 1C es una vista en sección transversal ampliada de la porción de la parte de sellado y la zona en las proximidades de la parte de sellado después de la unión.
La figura 2A, la figura 2B y la figura 2C son vistas en sección transversal ampliadas de una porción de una parte de sellado y una zona en las proximidades de la parte de sellado de la figura 1A, en la que la figura 2A es una vista en sección transversal ampliada que muestra una parte de nariz y un zona en las proximidades de la parte de nariz, la figura 2B es una vista en sección transversal ampliada de una caja que muestra la parte de sellado y un zona alrededor de la parte de sellado, y la figura 2C es una sección transversal ampliada vista de un perno que muestra la parte de sellado y la zona alrededor de la parte de sellado.
La figura 3A, la figura 3B y la figura 3C son vistas en sección transversal que muestran un ejemplo de una unión roscada convencional para tuberías, en la que la figura 3A es una vista en sección transversal a lo largo de la dirección axial de la tubería, la figura 3B es una vista en sección transversal ampliada que muestra una junta y una zona alrededor de la junta después de la unión, y la figura 3C es una vista en sección transversal ampliada que muestra una parte roscada después de la unión.
Descripción de realizaciones
La presente invención se describe en detalle a continuación. La figura 1A, la figura 1B y la figura 1C son vistas en sección transversal de una unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos para describir un ejemplo de una realización de la presente invención, en la que la figura 1A es una vista en sección transversal a lo largo de la dirección axial de una tubería, la figura 1B es una vista en sección transversal ampliada de una parte de una parte de sellado y una zona en las proximidades de la parte de sellado durante la unión, y la figura 1C es una vista en sección transversal ampliada de la porción de la parte de sellado y una zona en las proximidades de la parte de sellado después de la unión.
La unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos de la presente invención es, por ejemplo, una unión roscada para tuberías de acero donde los pernos 1 y una caja 2 se unen entre sí mediante una unión roscada tal como se muestra en la figura 1A y la figura 1B. El perno 1 incluye una parte roscada externamente 4 y una parte de nariz 5 que se extiende desde la parte roscada externamente 4 hasta un lado de un extremo de la tubería. La parte de nariz 5 tiene una parte saliente 9 formada en un extremo de la punta, y una parte de sellado 7 formada adyacente a la parte saliente 9. La caja 2 tiene una cavidad en la cual se aloja el perno. La caja 2 tiene una parte roscada internamente 3 que está unida por roscado a la parte roscada externamente 4 y forma una parte roscada, una parte de sellado 8 que está orientada de manera opuesta a la parte de sellado 7 del perno 1, y una parte saliente 10 que se dispone en contacto con la parte saliente 9 del perno 1. En la presente invención, en el perno 1, en un lado de un extremo de la punta de una tubería de acero hay formada una parte de superficie periférica exterior anular 12, y en la caja 2 hay formada una parte de superficie periférica interior anular 13 que queda en contacto con la parte de superficie periférica exterior anular y apoyada contra la misma la cual se dispone orientada opuesta al perno 1. El perno 1 y la caja 2 se unen entre sí mediante una unión roscada de modo que la parte de sellado 7 del perno 1 y la parte de sellado 8 de la caja 2 quedan en contacto metal con metal y una parte de contacto forma una parte de sellado 11.
En la presente invención, tal como se muestra en la figura 1C, en la unión roscada, un radio de curvatura de un arco de la parte de superficie periférica exterior anular 12 del perno 1 y un radio de curvatura de un arco de la parte de superficie periférica interior anular 13 de la caja 2 se establecen sustancialmente iguales entre sí, y una distancia en la dirección axial de la tubería AL entre una posición central (Cp) del arco P1 (14) de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado 11 del perno 1 (en lo sucesivo, denominado también arco que forma la parte de sellado del perno) y una posición central (Cb) del arco B1 (15) de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado 11 de la caja 2 (en lo sucesivo, denominada también arco que forma la parte de sellado de la caja) se disponen una cerca de la otra. En esta realización, el arco que forma la parte de sellado es un arco de una parte que tiene la mayor cantidad de interferencia (una anchura de una parte rayada en la figura 1C y la figura 2A).
Configurando la parte de superficie periférica exterior anular 12 que forma la parte de sellado 11 del perno 1 en una forma de arco saliente y configurando la parte de superficie periférica interior anular 13 que forma la parte de sellado 11 de la caja 2 que queda orientada opuesta a la parte exterior anular parte de superficie periférica 12 en forma de arco ranurado, la longitud de contacto puede aumentarse mediante un contacto complementario. Como resultado, puede mejorarse la capacidad de sellado.
Para obtener el efecto de mejora de la capacidad de sellado mencionado anteriormente, la diferencia ((Rp2-Rb2)/Rp 2x 100) entre el radio de curvatura Rp2 del arco P1 (14) de la parte de superficie periférica exterior anular del perno 1 y el radio de curvatura Rb2 del arco B1 (15) de la parte de superficie periférica interior anular de la caja 2 se establece en un valor que se encuentra dentro de un intervalo de ±10%.
Por otra parte, si la diferencia excede ±10%, la longitud de contacto de la parte de sellado no puede garantizarse de manera suficiente y, por lo tanto, no puede garantizarse la capacidad de sellado que pretende la presente invención.
Para disponer en contacto entre sí el arco saliente P1 (14) de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado 11 del perno 1 y el arco ranurado B1 (15) de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado 11 de la caja 2 con una longitud de contacto suficiente, además de la condición mencionada anteriormente, es necesario hacer que la posición central Cp del arco P1 (14) del perno 1 que forma la parte de sellado 11 y la posición central Cb del arco B1 (15) de la caja 2 que forma la parte de sellado 11 se encuentren una cerca de la otra en la posición de la dirección axial de la tubería. En vista de lo anterior, los inventores de la presente invención han realizado extensos estudios para hacer que la posición central Cp del arco P1 (14) del perno 1 que forma la parte de sellado 11 y la posición central Cb del arco B1 (15) de la caja 2 se encuentren una cerca de la otra con una diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL. Como resultado, se encuentra que la capacidad de sellado puede mejorarse haciendo que la posición central Cp del arco P1 del perno y la posición central Cb del arco B1 de la caja se encuentren una cerca de la otra, siendo la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL de 2 mm o menos. Es preferible que la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL entre la posición central Cp del arco P1 del perno y la posición central Cb del arco B1 de la caja se establezca en 1 mm o menos. Por otra parte, cuando la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL entre la posición central Cp del arco P1 del perno y la posición central Cb del arco B1 de la caja se establece en más de 2 mm, los arcos no se disponen en contacto entre sí de manera ajustada, de modo que se genera un contacto no uniforme por lo que no puede garantizarse una longitud de contacto suficiente, de manera que no puede garantizarse la capacidad de sellado.
Se describe la posición central (Cp) del arco P1 de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado del perno y la posición central (Cb) del arco B1 de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado de la caja. La figura 2A, la figura 2B y la figura 2C son vistas en sección transversal ampliadas de una porción de la parte de sellado y una zona en las proximidades de la parte de sellado de la figura 1A. Estos dibujos muestran un ejemplo del diseño de la caja en la que la parte de sellado y la parte saliente están conectadas entre sí mediante un pequeño arco.
Tal como se muestra en la figura 2A, figura 2B y figura 2C, la posición central (Cp) del arco P1 de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado del perno se expresa mediante una distancia Lp desde un extremo de la punta Pt del perno 1 hasta la posición central Cp del arco P1 (14) de la parte de superficie periférica exterior anular. La posición central (Cb) del arco B1 de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado de la caja se expresa mediante una distancia Lb desde un extremo de la punta Bt de la caja 2 hasta la posición central Cb del arco B1 (15) de la parte de superficie periférica interior anular.
Al realizar la unión roscada, respecto a las posiciones del perno y la caja, las posiciones en la dirección axial del perno y la caja se determinan sustancialmente en la posición en la que las caras salientes 9 y 10 se apoyan entre sí y, por lo tanto, el extremo de la punta Pt del perno 1 y un extremo profundo Bt de la caja 2 se convierten en puntos de inicio de una deformación elástica. En consecuencia, las distancias Lp y Lb desde el extremo de la punta Pt del perno 1 y desde el extremo profundo Bt de la caja 2 hasta las posiciones centrales Cp y Cb de los respectivos arcos se vuelven importantes. Cuanto más cerca se encuentren las posiciones centrales Cb y Cp de los arcos respectivos, es posible disponer las partes de sellado en contacto entre sí con una longitud de contacto suficiente y, por lo tanto, las posiciones Cb y Cp más cercanas son condiciones importantes en la presente invención. Por consiguiente, las posiciones centrales de los arcos que forman las partes de sellado del perno y la caja están diseñadas para que se cumplan las fórmulas (1) a (3).
Lb = Rb1 + (Rb 2 -R b-i) x cos $>1 ... (1)
Lp = Rp1 + (Rp2 - Rp-i) x cos $ 1 ... (2)
A L = | Lb - Lp | < 2 mm ... (3)
En las fórmulas mencionadas anteriormente,
Lb: distancia de la dirección axial de la tubería desde una posición central Cb del arco que forma una parte de sellado de la caja hasta un extremo profundo Bt de la caja
Lp: distancia de la dirección axial de la tubería desde una posición central Cp del arco que forma una parte de sellado del perno hasta un extremo de la punta Pt del perno
AL = |Lb-Lp|: diferencia de distancia de la dirección axial de la tubería entre las posiciones centrales Cb y Cp de arcos que forman partes de sellado de la caja y el perno
Rbi: radio de arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado 15 y la parte saliente 10 de la caja
Rb2: radio de arco B1 que forma la parte de sellado 15 de la caja
Rp1: radio de arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado 14 y la parte saliente 9 del perno;
Rp2: radio de arco P1 que forma la parte de sellado 14 del perno;
0b1 ángulo central de arco pequeño que conecta la parte de sellado 15 y la parte saliente 10 de la caja;
0p1: ángulo central de arco pequeño que conecta la parte de sellado 14 y la parte saliente 9 del perno.
Es preferible establecer los radios Rb2 y Rp2 de los arcos de las partes de sellado en 4 mm o más y 30 mm o menos. Si un valor del radio es excesivamente pequeño, la longitud de contacto de la parte de sellado se vuelve insuficiente y, por lo tanto, no puede garantizarse la capacidad de sellado. Por otra parte, si el valor del radio es excesivamente grande, la unión roscada no puede diseñarse salvo que una longitud de la nariz se alargue extremadamente. En este caso, la nariz excesivamente alargada reduce la rigidez del perno y, por lo tanto, no puede garantizarse una presión de la cara suficiente por lo que no puede garantizarse la capacidad de sellado.
Ejemplo 1
A continuación, la presente invención se describe en detalle con referencia a un ejemplo. La presente invención no se limita al siguiente ejemplo.
En un de acero de tipo Q125 de API 5CT que tiene un diámetro exterior de 9-5/8 pulgadas y un grosor de pared de 0,545 pulgadas (diámetro exterior: 244,48 mm, grosor de pared: 13,84 mm), se diseñaron y se fabricaron unas uniones roscadas cada una formada por unos pernos que tienen dimensiones en niveles respectivos mostrados en la Tabla 1 y una caja que se corresponde con la misma (acoplamiento ajustado). El diseño se realizó de manera que una parte de sellado y una parte saliente se conecten entre sí mediante un arco pequeño, tal como se muestra en la figura 2A, la figura 2B y la figura 2C.
Se llevó a cabo una prueba de evaluación de la capacidad de sellado en estas uniones roscadas de acuerdo con ISO13679: 2002. La dificultad de la prueba se estableció en CAL IV y se utilizó una muestra n° 5 como muestra de prueba. En la presente invención, se determina que la muestra de prueba adquiere una puntuación de "buena" en una prueba de evaluación de la capacidad de sellado cuando no se produce ninguna fuga, incluso si se aplica una tensión de compresión de un 80% o más a una superficie curvada de carga de un 95% de VME calculado en base a un límite elástico de un acero de tipo Q125 de API 5CT. En la Tabla 1 también se muestra un resultado obtenido por la prueba.
Tabla 11
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Tal como se muestra en la Tabla 1, en uniones roscadas para productos tubulares para campos petrolíferos de acuerdo con la presente invención (niveles n° 1 a 4: ejemplos de la presente invención), en todos los niveles, no se produjo ninguna fuga incluso si se aplicó una tensión de compresión de un 80% o más a una superficie curvada de carga de un 95% de VME calculado en base a un límite elástico de acero de tipo Q125 de API 5CT. En consecuencia, las uniones roscadas para productos tubulares para campos petrolíferos adquirieron una puntuación "buena" en la prueba de evaluación de la capacidad de sellado. En particular, al establecer la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL entre las posiciones centrales de los arcos que forman las partes de sellado de la caja y el perno en 1 mm o menos (niveles n° 3 y n° 4), no se produjo ninguna fuga incluso si se aplicó una tensión de compresión de un 100% a una superficie curvada de carga de un 95% de VME calculado en base a un límite elástico de acero de tipo Q125 de API 5CT y, por lo tanto, las uniones roscadas para productos tubulares para campos petrolíferos adquirieron una puntuación de "buenas" en la prueba de sellado. A partir de este resultado, se encuentra que dichas uniones roscadas para productos tubulares para campos petrolíferos tienen una excelente capacidad de sellado. Por otra parte, todas las uniones roscadas para productos tubulares para campos petrolíferos que no se encuentran dentro del alcance de la presente invención (niveles n° 5 a n° 8: ejemplos comparativos) presentaron una capacidad de sellado inferior.
De lo anterior, se encuentra que, diseñando la unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos tal que la diferencia en el radio de curvatura entre el arco Pi del perno y el arco Bi de la caja 2 se encuentra dentro de ±10% y la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería AL entre la posición central del arco que forma la parte de sellado del perno y la posición central del arco que forma la parte de sellado de la caja se encuentra dentro de ±2 mm, puede realizarse la unión con una excelente capacidad de sellado.
Lista de signos de referencia
1: perno
2: caja
3: parte internamente roscada
4: parte roscada externamente5: parte de nariz
7, 8: parte de sellado de contacto metálico
9, 10: parte saliente (parte saliente de torsión)
11: parte de sellado
12: parte de superficie periférica exterior anular
13: parte de superficie periférica interior anular
14: arco P1 de la parte de superficie periférica exterior anular que forma la parte de sellado
15: arco B1 de la parte de superficie periférica interior anular que forma la parte de sellado

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos, que comprende:
un perno (1) que tiene una parte de superficie periférica exterior anular (12) formada en un lado de un extremo de la punta de una tubería de acero, y una parte roscada externamente (4) formada desde la parte de superficie periférica exterior anular hasta un centro de una tubería de acero en una dirección axial de la tubería de acero; y
una caja (2) que tiene una cavidad en la cual se aloja el perno (1), en el que en la cavidad hay formada una parte roscada internamente (3) que se acopla por roscado a la parte roscada externamente (4) y una parte de superficie periférica interior anular (13) que se dispone en contacto con la parte de superficie periférica exterior anular (12) y se apoya contra la misma, en el que el perno (1) y la caja (2) se unen entre sí por un acoplamiento por roscado entre la parte roscada externamente (4) y la parte roscada internamente (3) de manera que la parte de superficie periférica exterior anular (12) y la parte de superficie periférica interior anular (13) se disponen en contacto entre sí y una parte de contacto entre la parte de superficie periférica exterior anular (12) y la parte de superficie periférica interior anular (13) forma una parte de sellado (11), en el que
la parte de superficie periférica exterior anular (12) que forma la parte de sellado (11) del perno (1) presenta forma de arco saliente, y la parte de superficie periférica interior anular (13) que forma una parte de sellado (11) de la caja (2) presenta forma de arco ranurado,
se establece una diferencia de radio de curvatura entre un arco (P1 ) de la parte de superficie periférica exterior anular (12) del perno (1) y un arco (B1 ) de la parte de superficie periférica interior anular (13) de la caja (2) en un valor que se encuentra dentro de un rango de ±10%,
caracterizado por el hecho de que
un extremo de la punta (P1) del perno (1) y un extremo profundo (B1 ) de la caja (2) se convierten en puntos de inicio de una deformación elástica cuando se lleva a cabo la unión por roscado,
y, en un estado unido del perno (1) y la caja (2),
se establece una diferencia de una distancia en una dirección axial de la tubería (AL) entre una posición central (Cp) del arco (P1 ) de la parte de superficie periférica exterior anular (12) del perno (1) y una posición central (Cb) del arco (B1 ) de la parte de superficie periférica interior anular (13) de la caja (2) para que se cumplan las siguientes fórmulas (1) a (3),
Lb = Rb1 + (Rb2 - Rb 1) x COS 0b1 (1)
Lp = Rp1 + (Rp2 - Rp-i ) x COS (2)
A L = | Lb - Lp | < 2 mm (3)
donde:
Lb: distancia de la dirección axial de la tubería desde la posición central Cb del arco que forma la parte de sellado de la caja hasta un extremo profundo de la caja;
Lp: distancia de la dirección axial de la tubería desde la posición central Cp del arco que forma la parte de sellado del perno hasta un extremo de la punta Pt del perno;
AL = |Lb-Lp|: diferencia de distancia de la dirección axial de la tubería entre las posiciones centrales Cb y Cp de los arcos que forman las partes de sellado de la caja y el perno;
Rb1 radio de un arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado y una parte saliente de la caja;
Rb 2: radio de un arco que forma la parte de sellado de la caja;
Rp 1 radio de un arco pequeño que conecta entre sí la parte de sellado y una parte saliente del perno;
Rp 2: radio de un arco que forma la parte de sellado del perno;
S b -i : ángulo central del arco pequeño que conecta la parte de sellado y la parte saliente de la caja; y
S p -i : ángulo central del arco pequeño que conecta la parte de sellado y la parte saliente del perno.
2. Unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la diferencia de la distancia de la dirección axial de la tubería (AL) entre la posición central (Cp) del arco (P1) de la parte de superficie periférica exterior anular (12) del perno (1) y la posición central (Cb) del arco (B1 ) de la parte de superficie periférica interior anular (13) de la caja (2) se establece en 1 mm o menos.
3. Unión roscada para productos tubulares para campos petrolíferos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la parte de sellado (11) y una parte saliente (9) del perno (1) están conectadas entre sí por un arco que tiene un radio de curvatura menor que el arco de la parte de superficie periférica exterior anular (12), y la parte de sellado (11) y una parte saliente (10) de la caja (2) están conectadas entre sí por un arco que tiene un radio de curvatura menor que el arco de la parte de superficie periférica interior anular (13).
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