ITMI961567A1

ITMI961567A1 - THREADED CONNECTION FOR TUBULAR MATERIAL

Info

Publication number: ITMI961567A1
Application number: IT96MI001567A
Authority: IT
Inventors: Anatoly Baryshnikov; Paolo Ferrara
Original assignee: Agip Spa
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-26
Also published as: IT1283507B1; ITMI961567A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda una connessione filettata per materiale tubolare. The present invention relates to a threaded connection for tubular material.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda una connessione filettata per materiale tubolare, presente nella batteria di perforazione di un pozzo per la produzione di idrocarburi, avente uno spaziatore di filetti di piccolo spessore interposto tra la parte maschio e la parte femmina di detta connessione, detto spaziatore di filetti essendo costituito da un materiale anti-grippaggio. More specifically, the present invention relates to a threaded connection for tubular material, present in the drilling string of a well for the production of hydrocarbons, having a thread spacer of small thickness interposed between the male part and the female part of said connection, said thread spacer being made of an anti-seizing material.

Come è noto, le batterie di perforazione utilizzate nella trivellazione del suolo, sono costituite da una serie di aste unite l'una con l'altra mediante connessioni filettate. Questo tipo di connessioni garantisce, mediante contatto maschio/femmina, tipicamente su uno spallamento, la tenuta idraulica dei fanghi all'interno della batteria di perforazione rispetto a quelli esterni. As is known, the drilling batteries used in soil drilling consist of a series of rods joined to each other by threaded connections. This type of connections guarantees, by means of male / female contact, typically on a shoulder, the hydraulic seal of the sludge inside the drill string compared to the external ones.

E' inoltre noto che, le connessioni filettate per materiale tubolare (di seguito indicate come CFMT) utilizzate nel campo petrolifero, sono soggette ad attrito radente e ad elevati sforzi di taglio e di pressione durante l'avvitamento. Questi fatti, in combinazione con le alte temperature che si raggiungono durante la perforazione, fanno sì che la connessione filettata sia sensibile al grippaggio dei filetti. Quest'ultimo rappresenta, ancora oggi, un problema per le compagnie petrolifere. It is also known that threaded connections for tubular material (hereinafter referred to as CFMT) used in the oil field are subject to sliding friction and high shear and pressure stresses during screwing. These facts, in combination with the high temperatures reached during drilling, cause the threaded connection to be sensitive to thread seizure. The latter still represents a problem for oil companies today.

Allo scopo di ridurre il suddetto problema, sono stati utilizzati rivestimenti, riporti duri, placcature e lubrificanti per le CFMT i quali, minimizzano il contatto metallo-metallo riducendo l'attrito, ma non eliminano del tutto la possibilità di avere grippaggio. In order to reduce the aforementioned problem, coatings, hard coatings, plating and lubricants have been used for CFMTs which minimize metal-metal contact by reducing friction, but do not completely eliminate the possibility of having seizure.

Durante la perforazione, procedure non corrette di rodaggio, uso, pulizia e lubrificazione delle CFMT, possono portare al grippaggio locale dei filetti o dello spallamento delle connessioni filettate e, di conseguenza, a drammatiche modifiche delle caratteristiche di attrito durante l'avvitamento. During drilling, incorrect running-in, use, cleaning and lubrication procedures of the CFMTs can lead to local seizure of the threads or the shoulder of the threaded connections and, consequently, to dramatic changes in the friction characteristics during screwing.

Se le caratteristiche di attrito di una CFMT non sono note, una condizione di precarico non ottimale può prodursi nella connessione per via del serraggio e, di conseguenza, possono insorgere un certo numero di problemi. If the frictional characteristics of a CFMT are not known, a non-optimal preload condition can occur in the connection due to tightening and, consequently, a number of problems can arise.

Alcune prove fatte in Italia dalla società S.p.A. nel corso di tre anni (vedi Figura 2), hanno dimostrato che si hanno rotture delle connessioni o "tool joints" (TJ) a fatica più numerose rispetto alle rotture del corpo asta, anche se il corpo asta dovrebbe risultare più debole del "tool joint" stesso: dette rotture sono infatti causate dai problemi di grippaggio sopra descritti. Some tests carried out in Italy by the company S.p.A. over the course of three years (see Figure 2), they have shown that there are more fatigue failure connections or "tool joints" (TJ) than rod body breaks, even if the rod body should be weaker than the "tool joint" joint "itself: said breakages are in fact caused by the seizure problems described above.

Nella comune pratica di perforazione, per evitare il grippaggio delle CFMT durante l'avvitamento, si utilizzano grassi per filetti. I grassi utilizzati contengono, normalmente, una polvere fine di zinco o di piombo (rispettivamente pari al 40%-60% e 60% del loro peso), con non più dello 0,3% totale di solfuri attivi, come descritto nella normativa API ("American Petroleum Institute) 7G: "Reccomended Practice", da applicare sopra tutti i filetti e sullo spallamento delle connessioni. Tuttavia, attraverso la sperimentazione, è stato possibile stabilire che le caratteristiche del grasso per filetti possono subire grossi cambiamenti in funzione della temperatura raggiunta durante la perforazione aumentando, pertanto, la possibilità di grippaggio. In the common practice of drilling, to avoid the seizure of the CFMTs during screwing, greases for threads are used. The greases used normally contain a fine powder of zinc or lead (respectively equal to 40% -60% and 60% of their weight), with no more than 0.3% total of active sulphides, as described in the API standard. ("American Petroleum Institute) 7G:" Recommended Practice ", to be applied on all threads and on the shoulder of the connections. However, through experimentation, it was possible to establish that the characteristics of the thread grease can undergo major changes as a function of temperature reached during drilling, thus increasing the possibility of seizure.

Un altro problema con il quale ci si deve confrontare è relativo al fatto che, il grasso tradizionale API 7G per filetti, è stato incluso nella categoria dei prodotti a rischio in quanto contiene grosse percentuali di particelle metalliche. Another problem with which we must confront is related to the fact that the traditional API 7G grease for threads has been included in the category of products at risk as it contains large percentages of metal particles.

Per eliminare gli eventuali grippaggi durante l'avvitamento, il miglior approccio è quello di inserire attrezzi in materiali diversi tra le diverse parti della connessione filettata (maschio/femmina). Ad esempio, una lega rame-berillio, denominata "Brush Alloy 25 Drill String Temper", è stata sviluppata dalla Brush Wellmann Inc., per prevenire il grippaggio delle CFMT; attrezzi in detto materiale possono essere inseriti tra le parti (maschio/femmina) in acciaio della connessione filettata, utilizzando del lubrificante semplice oppure in assenza di lubrificante. Nonostante ciò, gli attrezzi in lega rame-berillio proposti dalla Brush Wellmann Inc., non sembrano aver trovato un uso conveniente nella pratica operativa della perforazione poiché, aumentando il numero dei componenti della batteria di perforazione, aumentano la difficoltà operativa ed anche, di conseguenza, la probabilità di rottura di detti componenti. To eliminate any seizures during screwing, the best approach is to insert tools made of different materials between the different parts of the threaded connection (male / female). For example, a copper-beryllium alloy, called "Brush Alloy 25 Drill String Temper", was developed by Brush Wellmann Inc., to prevent CFMT seizure; tools made of said material can be inserted between the steel parts (male / female) of the threaded connection, using simple lubricant or in the absence of lubricant. Despite this, the tools in copper-beryllium alloy proposed by Brush Wellmann Inc., do not seem to have found a convenient use in the operational practice of drilling since, by increasing the number of components of the drill string, the operational difficulty increases and also, consequently , the probability of failure of said components.

Per prevenire il problema del grippaggio delle CFMT, sono state utilizzate anche delle ramature delle superfici di contatto delle connessioni filettate. Le ramature prodotte dalle tecnologie note hanno, però, lo svantaggio di una vita limitata poiché, il rivestimento di rame manca di adesione nei confronti dell'acciaio sul quale viene posto ed, inoltre, ha una bassa resistenza all'usura. Detta ramatura permette una lubrificazione sufficiente a diversi serraggi e svitamenti (in numero da 5 a 7 circa) ma, in seguito, viene rimossa per abrasione della superficie. To prevent the CFMT seizure problem, copper plating of the contact surfaces of the threaded connections have also been used. The copper plating produced by known technologies, however, has the disadvantage of a limited life since the copper coating lacks adhesion to the steel on which it is placed and, moreover, it has a low resistance to wear. Said copper plating allows sufficient lubrication for various tightening and unscrewing (approximately 5 to 7 in number) but is subsequently removed by abrasion of the surface.

La Richiedente ha ora trovato che, l'interposizione di uno spaziatore di filetti di piccolo spessore, costituito da materiale anti-grippaggio, tra la parte maschio e la parte femmina di una connessione filettata per materiale tubolare, evita il grippaggio dei filetti di detta connessione filettata e permette di superare i problemi sopra descritti . The Applicant has now found that the interposition of a small thickness thread spacer, made of anti-seizing material, between the male part and the female part of a threaded connection for tubular material, avoids the seizure of the threads of said connection. threaded and allows to overcome the problems described above.

Infatti, detto spaziatore di filetti, ritiene tutti i benefici del metallo anti-grippaggio ma, a differenza di quanto già noto nell'arte, non richiede nessun cambiamento della pratica operativa. Inoltre, si elimina in questo modo l'utilizzo del grasso per filetti il quale, come già detto sopra, contiene grosse percentuali di particelle metalliche, con conseguente riduzione dell'impatto ambientale. Come riportato in Figura 2, l'utilizzo del suddetto spaziatore per filetti riduce notevolmente le rotture delle connessioni filettate, in particolar modo riduce le rotture della parte maschio . In fact, said thread spacer retains all the benefits of the anti-seize metal but, unlike what is already known in the art, does not require any change in the operating practice. Furthermore, in this way the use of grease for threads is eliminated which, as already mentioned above, contains large percentages of metal particles, with a consequent reduction of the environmental impact. As shown in Figure 2, the use of the aforementioned spacer for threads considerably reduces the breakages of the threaded connections, in particular it reduces the breakages of the male part.

Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione una connessione filettata per materiale tubolare avente uno spaziatore di filetti di piccolo spessore, in materiale anti-grippaggio, interposto tra la parte maschio e la parte femmina di detta connessione {Figura 1). Therefore, the subject of the present invention is a threaded connection for tubular material having a thread spacer of small thickness, made of anti-seizing material, interposed between the male part and the female part of said connection (Figure 1).

Lo spaziatore di filetti interposto tra la parte maschio e la parte femminina della connessione, ha uno spessore di ordine millimetrico. The thread spacer interposed between the male part and the female part of the connection has a thickness of millimeter order.

Il materiale anti-grippaggio che costituisce il suddetto spaziatore di filetti è caratterizzato da una elevata durezza e da una elevata conduttività termica ed, inoltre, dalla capacità di resistere ad alti carichi di tensione, alla compressione ed all'attrito radente. Dette caratteristiche fanno sì che venga evitato il grippaggio ("galling" o "siezing") fra lo spaziatore e le parti di detta connessione filettata (maschio/femmina) e, di conseguenza, il grippaggio della connessione stessa. Materiale utile a detto scopo è, ad esempio, una lega rame-berillio. The anti-seize material which constitutes the aforesaid thread spacer is characterized by a high hardness and a high thermal conductivity and, moreover, by the ability to withstand high tension loads, compression and sliding friction. Said characteristics ensure that galling or siezing is avoided between the spacer and the parts of said threaded connection (male / female) and, consequently, seizure of the connection itself. Useful material for this purpose is, for example, a copper-beryllium alloy.

Materiali aventi le caratteristiche sopra descritte quale, ad esempio, la suddetta lega rameberillio, non sono soggetti a grippaggio e non grippano anche a contatto con l'acciaio, l’acciaio inossidabile od altri metalli utilizzati normalmente nelle batterie di perforazione. Inoltre, la loro elevata durezza e la loro elevata resistenza conferiscono, al suddetto spaziatore di filetti, la capacità di resistere agli alti carichi che si sviluppano nella connessione mentre, la elevata conduttività termica, riduce l'aumento della temperatura dovuto allo strisciamento delle superfici a contatto, in modo che non avvengano saldature per attrito. Materials having the characteristics described above such as, for example, the aforementioned copper-beryllium alloy, are not subject to seizure and do not seize even in contact with steel, stainless steel or other metals normally used in drilling batteries. Furthermore, their high hardness and their high resistance give the aforementioned thread spacer the ability to withstand the high loads that develop in the connection while the high thermal conductivity reduces the temperature increase due to the sliding of the surfaces. contact, so that no frictional welding takes place.

Claims

CLAIMS 1. Threaded connection for tubular material having a small thickness thread spacer, made of anti-seizing material, interposed between the male part and the female part of said connection.

2. Threaded connection for tubular material according to claim 1, wherein the thread spacer interposed between the male part and the female part of the connection has a thickness of millimeter order.

3. Threaded connection for tubular material according to claim 1, wherein the anti-seize material which constitutes the thread spacer is characterized by a high hardness and a high thermal conductivity and, moreover, by the ability to withstand high voltage loads , compression and sliding friction.

4. Threaded connection for tubular material according to claim 3, wherein the anti-seize material constituting the thread spacer is a copper-beryllium alloy.