ITMI990336A1

ITMI990336A1 - Giunzione integrale di due tubazioni

Info

Publication number: ITMI990336A1
Application number: IT1999MI000336A
Authority: IT
Inventors: Sergio Cerruti
Original assignee: Eni Spa
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-08-19
Also published as: ATE252680T1; BR0000555A; JP2000240862A; EP1030029A1; DE60006013D1; IT1309704B1; CA2298901A1; CA2298901C; JP4498519B2; CN1265445A; AR022617A1; CN1201062C; US6347814B1; EP1030029B1; RU2187735C2

Description

Titolo: Giunzione integrale di due tubazioni

La presente invenzione si riferisce ad una giunzione integrale di due tubazioni.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema di giunzione integrale per tubazioni costituenti il "casing" di un pozzo per la produzione di idrocarburi.

Con il termine "casing”, come usato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intende una struttura tubolare, costituita da una pluralità di porzioni di tubo assemblati tra loro mediante giunzione meccanica, inserita all'interno di un pozzo per la produzione di idrocarburi come rinforzo e supporto delle pareti del pozzo stesso.

Come è noto, una tendenza dell’industria petrolifera è quello di ridurre i diametri dei pozzi di produzione per ottenere una riduzione dei costi di perforazione. Tuttavia, per conseguire un tale risultato è necessario che le connessioni che uniscono le porzioni di tubo costituenti il "casing" abbiano una geometria sostanzialmente identica a quella dei tubi stessi e, cioè, ne abbiano sostanzialmente lo stesso diametro esterno e interno. Allo scopo, sono stati proposti connessioni o giunti integrali, quali i "flush joint" ed i "near-flush joint" che presentano un diametro esterno uguale a quello dei tubi da assemblare (flush joint) od un diametro leggermente superiore del 2-3.5% (near-flush joint).

Inconveniente di tali giunti è, però, quello di·'fornire connessioni con proprietà meccaniche, quali resistenza a trazione, compressione, torsione e flessione, decisamente inferiori a quelle dei tubi stessi. In particolare, la resistenza a trazione dei "flush joint" o dei "near-flush joint" variano dal 65% al 753⁄4. rispetto al corpo tubo, in funzione anche del diametro e spessore del tubo. Ancora più ridotte sono la resistenza a compressione, a flessione e a torsione che spesso sono una frazione di quella del tubo.

Queste riduzioni delle caratteristiche meccaniche limitano le applicazioni di queste connessioni a pozzi poco profondi. con basse pressioni differenziali e che non richiedono rotazione per l’inserimento dei tubi all'interno dei fori di perforazione come richiesto ad esempio nel caso di cementazione di liner.

Con l'obiettivo di superare questi inconvenienti, sono stati proposti in letteratura giunti integrali, near-flush del tipo sopra menzionato contenenti modifiche atte a migliorarne le caratteristiche meccaniche. Ad esempio, nella domanda di brevetto internazionale pubblicata WO 93/18329 si descrive una giunzione integrale, ricavata su ciascuna porzione di tubo da assemblare, comprendente due elementi, maschio e femmina. Ciascun elemento contiene almeno due sezioni filettate ciascuna intervallata da uno spallamento ad incastro atto a cooperare con l’altro al momento dell’assemblaggio dei tubi.

Nella domanda di brevetto europeo pubblicata 767.335 si descrive un giunto integrale per tubi, ricavato su ciascuna porzione di tubo da assemblare e comprendente due elementi filettati, maschio e femmina, aventi sezione longitudinale tronco-conica. Le due filettature sono interrotte, in posizione intermedia, da uno spallamento ortogonale all’asse dei tubi.

Per migliorare l’effetto sigillante della giunzione, le parti iniziali delle filettature riportate sull’elemento maschio e le parti finali delle filettature riportate sull’elemento femmina sono state asportate, mediante lavorazione meccanica, in modo tale che, all'atto della giunzione, dette superfici vengano in contatto tra loro con conseguente deformazione elastica delle superfici coinvolte.

Le connessioni della tecnica nota, pur avendo migliorato le prestazioni meccaniche rispetto ad una giunzione di tipo flush, non sono ancora sufficienti per garantirne l’applicazione in pozzi di grande profondità.

La Richiedente ha ora trovato un nuovo tipo di giunzione integrale, tipo near flush. caratterizzata da un significativo miglioramento delle resistenze a compressione e torsione. Tale miglioramento è ottenuto mediante un particolare disegno delle estremità degli elementi maschio e femmina della giunzione, come di seguito descritto, che consente di ottenere tre spallamenti (esterno, intermedio ed interno) la cui presenza aumenta la resistenza a compressione, rendendola almeno pari alla resistenza a trazione, e. nel contempo, la résistenza a torsione che risulta pari a circa 2.5 volte la coppia massima di avvitamento della connessione.

La presenza, inoltre, di due tenute metalliche (interna ed esterna) permette. insieme agli spallamenti ed al particolare profilo della filettatura, di avere una connessione dotata di un’eccellente resistenza ai carichi combinati ed essere in grado di sostenere in pozzo condizioni estreme di pressione, trazione, compressione, flessione e torsione rendendo la connessione stessa molto adatta per pozzi ad alta pressione e temperatura,deviati o orizzontali.

Costituisce, pertanto, oggetto della presente invenzione una giunzione integrale di due tubazioni comprendente:

a) un primo elemento femmina a sezione longitudinale troncoconica. provvisto di filettatura interna, ricavato su una parte terminale di una prima tubazione:

b) un secondo elemento maschio, provvisto di filettatura esterna, ricavato su una parte terminale di una seconda tubazione, avente sezione longitudinale tronco-conica ed atto ad essere avvitato entro l'elemento terminale femmina:

c) uno spallamento, ortogonale all’asse della tubazione, posizionato sull'elemento maschio a metà della filettatura:

d) uno spallamento, ortogonale all’asse della tubazione, posizionato sull’elemento femmina a metà della filettatura ed atto a cooperare con lo spallamento dell’elemento maschio in fase di chiusura;

e) un’invasatura prevista rispettivamente all'inizio e a fondo dell’elemento femmina atta ad interferire con una corrispondente svasatura prevista rispettivamente all’inizio e a fondo dell’elemento maschio;

caratterizzata dal fatto che:

f) tra la svasatura e l'inizio della filettatura dell’elemento maschio è ricavata una prima scanalatura anulare cui corrisponde, a fondo filettatura, uno spallamento sostanzialmente ortogonale e di spessore uguale circa alla profondità di detta scanalatura:e

g) tra l’invasatura iniziale dell’elemento femmina e l'inizio della corrispondente filettatura è ricavata una seconda scanalatura, analoga alla prima, cui corrisponde, a fine filettatura, uno spallamento sostanzialmente ortogonale e di spessore circa uguale alla profondità di detta seconda scanalatura.

Secondo la presente invenzione, pertanto, è possibile ottenere una- giunzione integrale a tre spailamenti con un modesto aumento del diametro esterno (2-3%) in corrispondenza della giunzione stessala cui geometria rimane pertanto quasi identica a quella dei tubi da collegare. Infatti, per effetto della presenza delle due scanalature, che possono avere-una lunghezza compresa fra 1 e 2 cm ed una profondità di 2-4 mm, a seconda del diametro e spessore del tubo, le filettature partono dalla porzione di tubo a minore spessore con la conseguenza che a fine filettatura si recupera, in termini di spallamento, lo spessore della scanalatura stessa. In questo modo, si è potuto ottenere due spallamenti in più, uno iniziale o esterno e l’altro, interno, alla fine della giunzione, senza dover ricorrere all’ispessimento delle porzioni terminali dei tubi da connettere. E’ preferibile che lo spessore degli spallamenti interno ed esterno, sostanzialmente identico alla profondità della scanalatura, sia uguale allo spessore del bordo anulare degli elementi maschio e femmina.

La giunzione integrale di due tubazioni oggetto della presente invenzione potrà essere meglio compresa facendo riferimento ai disegni di figure allegate che ne rappresentano una forma di realizzazione pratica esemplificativa e non 1imitativa ed in cui:

la Figura 1 rappresenta una metà sezione longitudinale degli elementi maschio e femmina, lungo l'asse X-X, non accoppiati/accoppiati tra loro;

la Figura 2 rappresenta una sezione completa del giunto con gli elementi maschio e femmina accoppiati. In particolare, il disegno rappresenta la sezione longitudinale della giunzione con i tre particolari.A.B e C.degli spallamenti;

la Figura 3 rappresenta una vista parziale, lungo l’asse X-X, del profilo di filettatura da cui si evince che la realizzazione preferita prevede un angolo di carico negativo e un angolo di imbocco positivo.

Con riferimento alle figure, con (1) viene indicata la parte terminale cava di una tubazione femmina (3) dotata di filettatura interna (2) mentre con (4) viene indicata la corrispondente parte terminale cava di una tubazione maschio (5) dotata di filettatura esterna (6).

Gli elementi maschio e femmina della tubazione sono a sezione longitudinale tronco-conica con conicità che varia dall'8 al 16% a seconda del diametro e spessore del tubo.

In corrispondenza della metà delle due filettature (2) e (6) è previsto lo spallamento (7). ortogonale all’asse delle tubazioni, di cui si ha un dettaglio in figura B. All’estremità della presente giunzione integrale sono previsti gli spallamenti esterno ed interno di cui si ha un dettaglio nelle figure A e C.

L’elemento maschio della giunzione oggetto della presente invenzione è sagomato all’estremità con le svasature esterne (81 e (9) che. interferendo con le invasature interne (10) e (11) ricavate all’estremità dell'elemento femmina, realizzano due tenute metalliche, interna ed esterna, che garantiscono la completa ermeticità alla giunzione in qualsiasi condizione operativa. Tra la svasatura iniziale (8) dell'elemento maschio, e l’inizio della filettatura (6) è ricavata la scanalatura (12) il cui spessore è recuperato a fine filettatura come spallamento (13) ortogonale alla svasatura (9). Tra l'invasatura iniziale (11) dell'elemento femmina e l’inizio della filettatura (2) è ricavata la scanalatura (14) il cui spessore è recuperato a fine filettatura come spallamento (15) sostanzialmente ortogonale all’invasatura (10).

A semplice titolo d'esempio applicativo, si forniscono di seguito le caratteristiche meccaniche della giunzione secondo la presente invenzione precedentemente illustrata, relativamente a due tubazioni di 195.58 mm di diametro e 15.11 mm di spessore. Lo spessore del bordo anulare degli elementi maschio e femmina della giunzione, sostanzialmente analogo alla profondità delle due scanalature, è di circa 2 mm, per le battute interne ed esterne mentre è di circa 1,5 mm per la battuta intermedia.

La somma delle aree delle battute è di circa 3500 mm<2 >con una sezione resistente del corpo tubo di 8600 mm<2 >circa ed una sezione resistente della giunzione di 6900 mm<2>. Il tutto si traduce in un'efficienza a trazione dell'80% (efficienza a trazione% = 6900/8600x100 - 80%).

L'efficienza a compressione è. quindi, del 502 rispetto all’efficienza a trazione (efficienza a compressione? 3500/6900x100 = 50%). Considerando anche il contributo della filettatura (che si può stimare intorno al 30%) si può dire che l’efficenza a compressione è pari alla efficienza trazione della giunzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Giunzione integrale di due tubazioni comprendente: a) un primo elemento femmina,a sezione longitudinale troncoconica. provvisto di filettatura interna, ricavato su una parte terminale di una prima tubazione: b) un secondo elemento maschio, provvisto di filettatura esterna, ricavato su una parte terminale di una seconda tubazione, avente sezione longitudinale tronco-conica ed atto ad essere avvitato entro l’elemento terminale femmina: c) uno spallamento, ortogonale all’asse della tubazione, posizionato sull'elemento maschio a metà della fi1ettatura; d) uno spallamento, ortogonale all’asse della tubazione, posizionato sull’elemento femmina a metà della filettatura ed atto a cooperare con lo spallamento dell'elemento maschio in fase di chiusura: e) un’invasatura prevista rispettivamente all’inizio e a fondo dell’elemento femmina atta ad interferire con una corrispondente svasatura prevista rispettivamente all'inizio e a fondo dell’elemento maschio: caratterizzata dal fatto che: f) tra svasatura e l’inizio della filettatura dell’elemento maschio è ricavata una prima scanalatura anulare cui corrisponde, a fondo filettatura, uno spallamento sostanzialmente ortogonale e di spessore uguale circa alla profondità di detta scanalatura; e tra l’invasatura iniziale dell’elemento femmina e l’inizio della corrispondente filettatura è ricavata una seconda scanalatura, analoga alla prima, cui corrisponde, a fine filettatura, uno spallamento sostanzialmente ortogonale e di spessore circa uguale alla profondità di detta seconda scanalatura.