MX2008012234A

MX2008012234A - Junta roscada tubular.

Info

Publication number: MX2008012234A
Application number: MX2008012234A
Authority: MX
Inventors: Miyuki Yamamoto; Michihiko Iwamoto; Takahiro Hamamoto; Katsutoshi Sumitani; Masaaki Sugino; Jean-Francois Charvet-Quemin; Benoit Le Chevalier; Eric Verger
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-11-25
Also published as: BRPI0710261A2; JP2009531603A; AR060258A1; EP2002165B1; CN101438089B; BRPI0710261B1; EP2002165A4; AU2007232748B2; EA014091B1; EA200870394A1; EG25061A; CN101438089A; UA91751C2; AU2007232748A1; MY142893A; US20090200798A1; EP2002165A1; WO2007114460A1; JP4924614B2; CA2647447A1

Abstract

Una junta roscada tubular, que tiene excelente resistencia a la compresión y la cual permite una operación de apriete sencilla en el campo, en un estado vertical, comprende un perno que tiene una zona roscada macho y una caja que tiene una zona roscada hembra. El perno o la caja tienen una superficie de soporte final en su extremo, y el otro elemento tiene una superficie de soporte que empotra en la superficie de soporte final. Las roscas del tornillo de la zona macho y de la zona roscada hembra, son roscas trapezoidales que tiene una cresta, un costado de carga y un costado perforado. La longitud del reborde, que es la distancia en la dirección axial de un elemento que tiene una superficie de soporte final, entre la superficie de soporte final y la rosca enganchada más cercana a esa superficie, es por lo menos 140 veces el huelgo del costado perforado, que es la distancia en la dirección axial entre los costados perforados de la rosca macho y de la rosca hembra, cuando los costados de las roscas macho y hembra entran en contacto uno con otro. El costado perforado de la rosca macho preferentemente es achaflanado.

Description

JUNTA ROSCADA TUBULAR Campo Técnico Esta invención se relaciona con una junta roscada tubular adecuada para utilizarse en tubos de acero para conexión como productos tubulares para campo petrolero (OCTG) tubería de contrapaso y oleoductos. Más particularmente, se relaciona con una junta roscada tubular que tiene excelente resistencia de compresión y que hace que sea fácil conectar los tubos de acero en un estado vertical en el campo. Antecedentes Los tubos de acero como OCTG (productos tubulares para campo petrolero incluyendo tubería para pozo petrolero, tubería de revestimiento y tubería de perforación) utilizados para exploración y producción de pozos petroleros, pozos de gas, así como tubería de contrapaso, oleoductos y similares que usualmente se conectan por una junta roscada tubular. Una junta roscada tubular se constituye por un perno, que es un elemento roscado macho provisto en una porción del extremo de un primer elemento tubular, y una caja, que es un elemento roscado hembra provisto en una porción del extremo de un segundo elemento tubular. La conexión se realiza a través de enganchar la rosca del tornillo cacho en la rosca de tornillo hembra que ambos son roscas de tornillo ahusadas. Típicamente, el primer elemento tubular es un tubo como un producto tubular de campo petrolero y el segundo elemento tubular es un elemento separado en la forma de un acoplamiento (este tipo de junta roscada tubular se refiere como de tipo de acoplamiento) . Con este tipo, un perno se forma en los dos extremos del tubo y una caja se forma en los dos extremos del acoplamiento. También existen juntas roscadas tubulares del tipo integral que no utilizan un acoplamiento y en las que un perno se forma en la superficie exterior de un extremo del tubo y una caja se forma en la superficie interior del otro extremo del tubo. Con este tipo, el primer elemento tubular es un primer tubo y el segundo elemento tubular es un segundo tubo. En teoría, también es posible que una junta roscada tubular del tipo de acoplamiento en la que se forma un perno sobre un acoplamiento y se forma una caja en un tubo. A continuación se presentará principalmente un ejemplo de una junta roscada tubular del primer tipo descrito anteriormente donde un perno se forma en los dos extremos de un tubo y una caja se forma en un acoplamiento. En el pasado, los productos tubulares de campo petrolero se han conectado principalmente utilizando juntas roscadas estándar especificadas en las normas del API (Instituto Americano del Petróleo) . Sin embargo, en años recientes, al tiempo que los ambientes para excavación y producción, de petróleo crudo y gas natural se vuelven más severos, se utilizan cada vez más las juntas roscadas especiales de alto rendimiento referidas como juntas premium. En una junta premium, el perno y la caja que cada una tiene, además de una rosca de tornillo ahusada, una superficie de sello de metal a metal, que hace contacto metálico directo en la dirección radial entre los elementos de acoplamiento de la junta posible formando un sello y una superficie de codo de torsión que sirve como un tope empotrado durante el ajuste de la junta. Las Figura s 1(A) y 1(B) son vistas explicativas esquemáticas de una junta premium típica para productos tubulares de campo petrolero del tipo de acoplamiento. La Figura 1(A) es una vista general, una Figura 1(B) es una vista alargada de una porción de la misma. Como se muestra en la Figura 1(B), esta junta roscada tubular tiene un perno 1 que es un elemento roscado macho provisto en cada uno de las porciones de extremo de un tubo y una caja 2 que es un elemento roscado hembra provisto en ambos lados de un acoplamiento. En su superficie exterior, el perno 1 tiene una zona roscada mach ahusada 11 y una porción empalmada 12 llamada reborde (referida a continuación como zona de reborde) adyacente a la zona periférica exterior y una superficie de codo de torsión 14 (también referida a continuación simplemente como una superficie de codo) en su superficie del extremo. La caja correspondiente 2 tiene en su superficie interior una zona roscada hembra ahusada 21, una superficie de sello metal a metal 23 y una superficie de codo 24 que puede inter-ajustarse, en acoplamiento contra la zona roscada ahusada macho 11, la superficie de sello metal a metal 13 y la superficie de codo 14 respectivamente, del perno 1. La Figura 2 es una vista esquemática para explicar la forma y dimensiones de una rosca trapezoidal tipificada a través de una rosca de refuerzo especificada por API. Al igual que en las figuras 1(A) y 1(B), 11 es una zona roscada macho y 21 es una zona roscada hembra, Una rosca de tornillo utilizada en una junta premium usualmente se moldea como rosca de tornillo trapezoidal en esta rosca de tornillo de soporte PAI . La mayoría de las juntas premium emplean las dimensiones de una rosca de tornillo de refuerzo API casi sin cambios con respecto a la relación del aspecto (relación de altura- ancho) , los ángulos de los flancos (el ángulo de declive de los flancos) y similar de la rosca de tornillo. A manera de ejemplo, en el caso de una rosca de tornillo de refuerzo API que tiene un paso roscado de 5 TPI (5 roscas por pulgada), la altura de la rosca 74, que es la altura hacia la cresta de la rosca macho, es de 1.575 mm, el ángulo de declive 71 del flanco de carga es 3o, el ángulo de declive 72 del flanco de conexión con tubos roscados es 10°, y el franqueo 73 en la dirección del tubo axial entre los flancos punzantes de la rosca de tornillo macho y la rosca de tornillo hembra cuando los flancos de carga entran en contacto entre si (franqueo del flanco de conexión con tubos roscados) es en promedio de 100 m (30-180 µp) . Concerniente a la forma de las roscas de una junta roscada tubular, WO 92/15815 describe la junta roscada tubular en la que la porción de conexión de 1 cresta de la rosca y el flanco de conexión con tubos roscados de cada una de las roscas o tanto un perno como una caja están cortadas alejadas a lo largo de una línea recta o una curva (concretamente, está biselada) de manera que pueden funcionar como una superficie de contacto que es la primera para hacer contacto cunado el perno se inserta dentro de la caja. Las superficies de contacto del perno y la caja están destinadas para entrar en contacto entre sí para facilitar la inserción cuando se presenta una mala alineación axial durante la inserción del perno dentro de la caja. La Patente Estadounidense No. 6,322,110 revela una junta roscada tubular basada en el mismo concepto. Concretamente una esquina biselada (bisel de una porción de la esquina) se provee en los flancos punzantes de las roscas tanto de un perno como de una caja. Cuando el perno se inserta dentro de la caja, los biseles de la esquina se enganchan entre sí y facilitan la inserción del perno. La Patente WO 92/15815 y la patente US No. 6,322,110 antes descritas facilitan la inserción de un perno a través de evitar la mala alineación del ángulo de inserción al producir contacto entre el perno y la caja en las porciones biseladas de los flancos punzantes y las crestas. Correspondientemente, las porciones biseladas son necesarias tanto en el perno como en la caja y el efecto destinado no se exhibe si están provistos únicamente en uno de los dos elementos. No existe ninguna descripción en estos documentos de patente concernientes al efecto de biselado sobre la resistencia a la compresión. En una junta premium, cierta cantidad de interferencia en la dirección radial se provee entre las superficies de sello de metal a metal de un perno y una caja. Cuando una junta se ajusta hasta que las superficies del codo del perno y la caja acoplada una en la otra, las superficies del sello de estos elementos entran en contacto estrecho alrededor de toda la circunferencia de la junta, formando así un sello.

Las superficies del codo del perno y la caja funcionan como topes que se acoplan en el momento de ajustar la junta y también tiene la función de compartir una proporción considerable de una carga de compresión que actúa sobre la junta. Correspondientemente, si el grosor de las superficies del codo no es grande (o si la rigidez de las superficies del codo no es alta) , no pueden soportar una gran carga de compresión. En el pasado, los pozos verticales eran predominantes, y las juntas roscadas para los productos tubulares de los campos petroleros tenían suficiente desempeño si podían soportar la carga de tensión debido al peso de los tubos conectados a los mismos y podían evitar fugas de fluido a alta presión pasando a través de su interior. Sin embargo, en años recientes, la profundidad de los pozos ha sido cada vez mas en pozos con declive y pozos horizontales en los que las inclinaciones del orificio del pozo subterráneo se incrementan y el desarrollo de los pozos en ambientes desventajosos como en el mar o en regiones polares se incrementa. Como resultado, se demanda una mayor variedad de desempeño de juntas roscadas, como resistencia a la compresión, resistencia al doblez, capacidad de sellado contra presión externa y facilidad de uso o inserción del perno en el campo . Cuando la presión externa actúa sobre la junta premium convencional antes descrita, la presión externa aplicada se transmite a través de intervalos entre las roscas de tornillo y penetra a la porción justo antes de las superficies de sello mostradas por 31 en la Figura 1(B) . Ya que la zona del reborde tiene un grosor de pared mucho más pequeña que el cuerpo de los tubos que se conecta, algunas veces surge deformación en la forma de una reducción en diámetro debido a la presión externa penetrada. Si la presión externa se vuelve más alta, puede desarrollarse un intervalo entre las superficies del sello, conduciendo a una aparición de fuga, por ejemplo, una situación en la que el fluido externo penetra en el interior del cuerpo del tubo a través del intervalo. Cuando una carga de compresión actúa sobre una junta premium, por ejemplo, durante la instalación de un producto tubular en campo petrolero en un pozo horizontal o un pozo con declive, ya que una junta premium usualmente tiene un intervalo relativamente largo entre los flancos punzantes como es el caso en la rosca de tornillo de refuerzo, la capacidad de las roscas de tornillo de la junta para compartir una carga de compresión es baja y la mayoría de la carga de compresión se soporta por los codos empalmados de los mismos.

Sin embargo, el grosor de la pared de las superficies del codo (el área para recibir cargas de compresión que corresponden al área de la superficie del extremo del reborde) normalmente es considerablemente menor que la del cuerpo del tubo. Por lo tanto, si se aplica una carga de compresión correspondiente de 40-60% de la resistencia de producción del cuerpo del tubo, con la mayoría de las juntas premium, la zona de reborde del perno sufre una deformación plástica sustancial, conduciendo a una marcada disminución en el desempeño del sellado de la superficie del sello adyacente a esta porción. La capacidad de sellado de una junta contra la presión externa (capacidad de sellado de presión externa) puede incrementarse a través del incremento en rigidez del perno de manera que incrementa su resistencia a la deformación hacia una reducción en diámetro. Para este propósito, con frecuencia se aplica una técnica llamada de reducción al tubo hacia el eje con el fin de incrementar el grosor de la pared de la zona de reborde . Sin embargo, si la cantidad de reducción es demasiado grande, con el revestimiento, existen casos en los que un tubo que se insertó en el interior queda atrapado en la porción reducida, y con el tubo de producción, existen casos en los que se desarrolla turbulencia en un fluido como petróleo crudo que fluye dentro del tubo de producción debido a la porción reducida y causa erosión. Por lo tanto, el grosor de la pared de una zona de reborde puede incrementarse a través de reducción solamente en una medida limitada. O 2004/109173 propone una junta roscada tubular, como se muestra en la Figura 3 que tiene una porción de nariz 15 provista entre una superficie de sello de metal a metal 15 y una superficie de codo de torsión 14 en la superficie del extremo de un perno 1. La periferia externa generalmente cilindrica de la porción de nariz 15 del perno 1 no entra en contacto con la porción opuesta de la caja 2. Por otro lado, las porciones de sello de metal a metal 13 y 23 y las superficies de codo 14 y 24 del perno y la caja entran en contacto entre sí. A través de extender la zona del reborde del perno de manera que se provee una porción de nariz que no entra en contacto 15 en el extremo de la superficie del sello, el grosor de la pared de la zona de reborde incluyendo la superficie del codo y la superficie del sello pueden lograr un valor superior dentro de un grosor de pared limitada y la resistencia a la compresión y el desempeño del sello contra la presión externa de una junta roscada tubular puede incrementarse marcadamente. Revelación de la Invención Es un objetivo de la presente invención proveer una junta roscada tubular que tenga une excelente resistencia a la compresión y que facilite la conexión de los tubos en el campo al mismo tiempo que está en estado vertical . Otros objetivos, ventajas y características de la presente invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción. En la junta roscada tubular propuesta en WO 2004/109173 antes descrita, una mejoría en resistencia a la compresión se logra a través de modificar la porción cercana al extremo del perno que en la superficie de sello metal a metal. Ante repetidas investigaciones sobre la base de que la junta roscada tubular, los presentes inventores encontraron que si la forma de una rosca y particularmente el franqueo de un flaco punzante, que es el franqueo en la dirección axial del tubo entre los flancos punzantes de la rosca de tornillo macho del perno y de la rosca de tornillo hembra de la caja y la longitud de la zona de reborde satisfacen cierta relación, la deformación plástica de la zona de reborde debido a la compresión se evita que ocurra y la resistencia a la compresión de una junta roscada tubular además se mejora. La presente invención se relaciona con una junta roscada tubular que comprende un perno que es un elemento roscado macho formado en una porción del extremo de un primer elemento tubular y una caja, que es un elemento roscado hembra formado en una porción del extremo del segundo elemento tubular, donde el perno y la caja tienen cada uno una zona roscada que tiene una rosca de tornillo y por lo menos una superficie de codo de torsión , donde la rosca macho en la zona roscada del perno se engancha con la rosca hembra en la zona roscada de la caja, donde por lo menos una superficie de codo de torsión del perno se empalma contra por lo menos una superficie del codo de torsión de la caja en la dirección axial de la junta tubular, donde una de las superficies de codo de torsión de contacto es una superficie del codo del extremo que constituye una superficie del extremo en la dirección transversal del elemento tubular y las roscas de la zona roscada macho y de la zona roscada hembra generalmente son toscas trapezoidales que tienen una cresta (rosca) , un flanco de carga, y un flanco de conexión con tubos roscados y el cual tiene una raíz que separa los flancos roscados. Una junta roscada tubular de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque la longitud de reborde del elemento que tiene una superficie del codo del extremo que es una distancia axial entre la superficie del codo de extremo y el flanco de carga de la rosca enganchada más cercana a la superficie del codo del extremo, es por lo menos 140 veces y preferentemente por lo menos 160 veces el franqueo del franco de conexión de tubos roscados, que es el franqueo axial entre el flanco de conexión de tubos roscados de la rosca macho y del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca hembra cuando el flanco de carga de la rosca macho y el flanco de carga de la rosca hembra entran en contacto entre sí en las roscas enganchadas macho y hembra. Algunas formas de realización de una junta roscada tubular de acuerdo con la presente invención incluyen lo siguiente: - El franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es por lo menos de 0.01 mm. - El franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es como máximo de 0.3 mm. - Para la rosca de por lo menos una zona roscada macho o hembra, el franco de conexión de tubos roscados comprende una primera porción en el lado de raíz y una segunda porción en el lado de cresta y la segunda porción tiene un ángulo promedio mayor de declive con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal de la junta que la primera porción. - La primera porción del flanco de conexión de tubos roscados es una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal por una línea recta (como una superficie generalmente cónica) y la segunda porción del mismo es una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal por una línea recta, una superficie abombada o una superficie cóncava. - El ángulo de declive de la primera porción con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal de la junta está en el rango de 5-25°. - La rosca de solamente una zona roscada macho y hembra tiene un flanco de conexión de tubos roscados que tiene la primera y la segunda porción, y el ángulo de declive con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal de la primera porción de la rosca es la misma que la del ángulo del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca de otra zona roscada. - El producto de la altura en la dirección radial de la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados y la longitud de la rosca desarrollada de las roscas enganchadas en las zonas roscadas es mayor a la diferencia entre el área de corte transversal nominal de los cuerpos de los tubos que se conectan y el área de las superficies del codo del extremo empalmado de la junta. - La cresta y la raíz de cada una de las roscas están paralelas al eje longitudinal de la junta roscada tubular (y de esta forma al eje del tubo) - El ángulo de declive de los flancos de carga de las roscas enganchadas con respecto a la línea perpendicular al eje longitudinal de la junta está en el rango de -5o a +5°. - Par la rosca de por lo menos una zona roscada macho y hembra, el flanco de carga de la rosca comprende dos porciones en la forma de una tercera porción sobre el lado de raíz y una cuarta porción sobre el lado de la cresta roscada, y la cuarta porción tiene un ángulo promedio de declive mayor con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal de la junta que la tercera porción. - La cuarta porción tiene una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal a través de una línea recta o una superficie acombada. - Cada uno de los pernos y de la caja tiene una superficie de sello de metal a metal entre la superficie de codo y la zona roscada. - La superficie de sello de metal a metal está provista en la cercanía de la zona roscada. - Cada uno de entre el perno y la caja tiene una región que no es de contacto en la que el perno y la caja no tienen contacto entre sí entre la superficie de sello de metal a metal y la superficie de codo. De acuerdo con la presente invención, al extender la longitud de la zona de reborde, que es la distancia en el elemento que tiene una superficie d codo del extremo de contacto de una junta roscada tubular entre la zona roscada enganchada y la superficie del codo de extremo, hasta por lo menos 140 veces y preferentemente 160 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados de las roscas macho y hembra, donde la resistencia a la compresión se confiere de manera efectiva a los flancos de conexión de tubos roscados de las roscas (o a través de las porciones efectivas o enganchadas restantes de los flancos de conexión de tubos roscados donde la porción superior del flanco de conexión de tubos roscados del perno o de la caja se han retirado a través del biselado) y se incrementa la resistencia a la compresión de una junta roscada tubular. Al controlar el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados para estar dentro de cierto rango, las variaciones en las fuerzas de ajuste en el momento de ajustar la junta roscada puede diminuirse. Adicionalmente , a través de diseñar adecuadamente la forma de las roscas y particularmente la dirección de la cresta y de la raíz, la forma de un flanco de conexión de tubos roscados y la forma del bisel del lado del flanco de conexión de tubos roscados, pueden disminuirse los problemas y las malas alineaciones de las roscas debido a la desviación del ángulo de inserción en el momento de que las operaciones de ajuste restringidas como la operación de ajuste en el campo en un estado vertical que es cada vez más automatizado, haciendo así que dicho ajuste sea una operación fácil.

Breve descripción de los dibujos Las Figura 1 (A) es una vista explicativa esquemática de una junta roscada tubular convencional del tipo de acoplamiento referida como junta premium, y al Figura 1(B) es una vista alargada de una porción de la misma . La Figura 2 es una vista esquemática para explicar la forma y dimensiones de una rosca trapezoidal tipificada por una rosca de refuerzo API. La Figura 3 es una vista explicativa esquemática de una junta roscada tubular adecuada para la aplicación de 1 presente invención donde una zona de reborde se extiende y una región que no es de contacto se provee en el extremo de una superficie de sello de metal a metal. La Figura 4 es una vista explicativa general mostrando cada una de las porciones de una junta roscada tubular . La Figura 5 es una vista explicativa que muestra la forma seccional longitudinal (axial) de las zonas roscadas del perno y la caja de una junta roscada tubular. La Figura 6 es una vista explicativa que muestra una forma de realización en la que el flanco de conexión de tubos roscados de una rosca macho de un perno tiene dos porciones con diferentes ángulos de declive. La Figura 7 es una vista explicativa que muestra una variación de la forma de realización mostrada en la Figura 6. La Figura 8 es una vista explicativa de una forma de realización similar a la Figura 6. La Figura 9 es una vista explicativa de cada una de las porciones de un flanco de conexión de tubos roscados y un flanco de carga de una rosca de perno (macho) de una forma de realización similar a la Figura 6. La Figura 10 es una vista seccional longitudinal esquemática de una forma de realización en la que una segunda superficie de codo se provee en la superficie del extremo de una caj a . La Figura 11 es una vista seccional longitudinal esquemática de otra forma de realización en la que una segunda superficie de sello metal a metal se provee en la porción del extremo de una caja. La Figura 12 es una vista esquemática que muestra una forma de realización en la que un elemento de perno se le da un incremento donde el grosor de la pared hacia el extremo a través de reducción. La Figura 13 es una gráfica que muestra los resultados de un ejemplo. La Figura 14 es una gráfica que muestra los resultados de otro ejemplo. Lista de Números de Referencia: 1: perno, 2: caja, 11: zona roscada macho, 12: zona de reborde, 13: superficie de sello de metal a metal del perno, 14: superficie del codo de extremo, 21: zona roscada hembra, 23: superficie de sello de metal a metal de la caja, 24: superficie del codo de la caja, 71: ángulo del flanco de carga de la rosca, 72: ángulo del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca, 73: franqueo del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca. Mejor Modo para Realizar la Invención Una junta roscada tubular de acuerdo con la presente invención puede aplicarse a una junta roscada tubular del tipo de acoplamiento o del tipo integral . En el caso de un tipo de acoplamiento, típicamente un perno se forma en los dos extremos de un tubo y una caja se forma en los dos lados de un acoplamiento, pero es posible utilizar la combinación opuesta. El concepto básico de una junta roscada tubular de acuerdo con la presente invención se explicará mientras se refiere a las Figuras 4 y 5. Como se muestra en la vista esquemática en la Figura 4, en una junta roscada tubular usual, un perno tiene una zona roscada que tiene una rosca de tornillo macho que se engancha con una rosca de tornillo hembra (una zona de rosca enganchada en la figura) , y una zona de reborde en el lado del extremo del mismo que no tiene roscas enganchadas. La superficie del extremo en la dirección transversal en la punta del perno es una superficie del codo del extremo que funciona como una superficie de codo de torsión. Correspondientemente, una caja tiene en su extremo exterior una zona roscada que tiene una rosca de tornillo hembra que se engancha con la rosca de tornillo macho opuesta y en el lado interior del mismo, una superficie generalmente cilindrica que no tiene roscas enganchadas. La superficie en la dirección transversal de la porción más interior de la caja es una superficie de codo de torsión que se empalma contra la superficie del codo del extremo del perno. Como se muestra en la figura, las superficies del codo del perno y la caja que se empalman entre sí son en muchos casos una superficie del codo del extremo del perno y una superficie del codo más interior correspondiente de la caja. Sin embargo, en la caja de una junta del tipo integral, el área de superficie de la superficie del extremo de un perno que tiene una rosca de tornillo macho formada en la superficie exterior de un extremo del tubo algunas veces es menor que el área de superficie de la superficie del extremo de una caja que tiene una rosca de tornillo hembra formada en el otro extremo del tubo. En este caso, es ventajoso utilizar la superficie del extremo de una caja como una superficie de codo de torsión ya que la resistencia a la compresión puede incrementarse.

De esta forma, en la presente invención, la zona de reborde significa la porción de un elemento de junta roscada /un perno o una caja) que tiene una superficie de codo del extremo (que funciona como una superficie de codo del extremo en el momento de ajustar la junta roscada) la cual se localiza más cerca del extremo del elemento de la junta que la porción roscada enganchada del mismo. Las toscas de tornillo de las zonas roscadas del perno y de de la caja se enganchan entre sí. Sin embargo, no es necesario que las roscas se enganche a lo largo de la longitud entera. Como se muestra en la Figura 1 (B) , las porciones del extremo de la rosca de tornillo de uno o de ambos elementos y particularmente la rosca de tornillo en la cercanía del reborde de la caja no necesitan engancharse con la rosca de tornillo de otro elemento. Adicionalmente , como se muestra en la Figura 3, una rosca macho sin engancharse puede añadirse a una porción de la superficie externa del perno entre la zona roscada enganchada y la zona del reborde. Al hacer esto, la rigidez del perno contra la presión externa puede incrementarse. En la presente invención, la rosca sin enganchar formada en el extremo exterior (cerca de la punta) de la zona sin roscar de un elemento (perno o caja) que tiene una superficie de codo del extremo se incluyen dentro de la zona de reborde del elemento.

Aunque no es esencial en la presente invención, típicamente, una junta roscada tubular tiene una porción de sello metal a metal. Por ejemplo, la superficie exterior de la zona de reborde de un perno y la superficie interior generalmente cilindrica sin roscar de una caja tiene una porción en la que entran en contacto entre sí para formar superficies de sello de metal a metal 13 y 23, como se muestra en la Figura 3. Desde el punto de vista de mejorar la resistencia a la compresión de una zona de reborde, las superficies de sello de metal a metal son preferentemente provistas en una región de la zona de reborde que está cerca de la zona roscada, como se ilustra. Nuevamente, aunque no es esencial en la presente invención como se muestra en a Figura 3, una región que no hace contacto donde las superficies generalmente cilindricas del perno y la caja no hacen contacto entre sí se proveen preferentemente en la zona de reborde en una ubicación entre las superficies de sello de metal a metal 13, 23 y las superficies de codo 14, 24. Como se describió en O 2004/109173, la región que no hace contacto en la zona de reborde puede además incrementar la resistencia a la compresión de esa porción. Adicionalmente, como se muestra en la Figura 3, las superficies interiores del perno y de la caja en ambos lados de las superficies interiores del perno y de la caja en ambos lados de las superficies del codo pueden ser retiradas para formar porciones biseladas 16 y 26. Como resultado de esto, la circularidad de las superficies interiores del tubo alrededor de las superficies empalmadas del codo puede lograrse de manera que puede evitarse la aparición de turbulencia en el fluido que fluye a través de la junta. La Figura 5 muestra esquemáticamente las roscas de una junta roscada tubular en la sección longitudinal de la junta. Para facilidad de explicación, todas las esquinas de las roscas mostradas ahí no están biseladas en lo absoluto. Como ya se explicó con respecto a la Figura 2, cada una de las roscas enganchadas del perno y de la caja tienen una cresta, un flanco de carga que es el flanco roscado en el lado trasero en la dirección de inserción del perno y el flanco de conexión de tubos roscados que es el flanco roscado en el lado delantero en la dirección de la inserción del perno y los flacos roscados adyacentes se separan por una raíz. Como se muestra en la Figura 5, en un estado en el que los flancos de carga de la rosca de tornillo macho del perno y de la rosca de tornillo hembra de la caja hacen contacto (ejercer contra) entre sí, el franqueo en la dirección longitudinal (axial) entre los flanco de conexión de tubos roscados de la rosca de tornillo macho y la rosca de tornillo hembra es el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados (rosca) . Como se muestra en la figura, también existe un franqueo entre la cresta de la rosca de tornillo macho y la raíz de la rosca de tornillo hembra. Estos franqueos son necesarios de manera que el enganchamiento roscado se lleva a cabo sin producir raspamiento. La Figura 5 muestra un ejemplo en el que los flancos de conexión de tubos roscados de la rosca de tornillo macho y de la rosca de tornillo hembra están paralelos de manera que el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados está uniforme sobre la totalidad de flancos de conexión de tubos roscados de las roscas enganchadas . En la presente invención, en un elemento (perno o caja) que tiene una superficie de codo del extremo, la distancia en la dirección axial (longitudinal) del elemento entre la superficie del codo del extremo y el flanco de carga de la rosca enganchada ubicada más cerca de la superficie del codo del extremo (esta distancia corresponde sustancialmente a la longitud de la zona del reborde, de manera que debajo de ésta se referirá como la longitud del reborde) es de por lo menos 140 veces y preferentemente por lo menos 160 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados . Como se muestra en la Figura 3 , cuando la zona roscada (la zona roscada del perno en el ejemplo ilustrado) tiene roscas sin enganchar en su porción del extremo más cercana a la superficie del codo 14, la longitud axial de esta porción de rosca sin enganchar, concretamente, la longitud axial de una ranura cilindrica 32 provista en una caja 2 en la Figura 3, se incluye en la longitud del reborde., Como se mencionó anteriormente, un elemento que tiene una superficie de codo del extremo que se empalma contra una superficie de codo más interior opuesta del otro elemento -de una junta roscada tubular típicamente es un perno. En este caso, la longitud del reborde del perno satisface los requerimientos descritos anteriormente con respecto al franqueo del flanco de conexión de tubos roscados. Sin embargo, como se indicó anteriormente, de manera particular con una junta roscada tubular del tipo integral, esta superficie del codo de extremo algunas veces se provee en la caja. En este caso, la longitud del reborde de la caja se hace para satisfacer el requerimiento descrito anteriormente. Cuando el perno y la caja de una junta roscada tienen una superficie de codo de extremo y por lo tanto una zona de reborde, por lo menos en una de las longitudes del reborde del perno y la caja se hace para satisfacer el requerimiento. Bajo una carga de compresión, es necesario, en una junta roscada tubular que las roscas actúen en compresión mientras que la presión de la zona de reborde permanezca en la región elástica. Si la longitud del reborde es por lo menos 140 veces y preferentemente por lo menos 160 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados, aún si una junta roscada sufre una compresión en la dirección axial del tubo debido a la presión externa, la zona de reborde no empieza a pasar por una deformación plástica y los flancos de conexión de tubos roscados de las roscas pueden contribuir a la resistencia a la compresión mientras la presión de la zona de reborde permanece en el estado de deformación elástica. Como resultado, la resistencia a la compresión de una junta roscada tubular se incrementa marcadamente . El franqueo del flanco de conexión de tubos roscados preferentemente es por lo menos de 0.01 mm (10pm) y como máximo de 0.3 mm (300µ??) . Si el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es menor a 0.01 mm, el franqueo es tan pequeño que el ajuste de una junta roscada se vuelve inestable, y es más fácil que ocurra un raspamiento. Por otro lado, si el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es mayor a 0.3 mm, el franqueo es tan grande que se permite que la presión externa penetre fácilmente, incrementando así indebidamente la presión externa que se aplique a la zona del reborde durante el ajuste. Como se muestra en la Figura 5, también existe un franqueo en la dirección radial de la junta entre la cresta de una rosca macho y la raíz de una rosca hembra enganchadas. No existe ninguna limitación particular sobre la dimensión de este franqueo en la dirección radial, pero normalmente está diseñado de manera que pueda lograrse un franqueo suficiente tomando en consideración las tolerancias de la altura de la rosca. Para la rosca de por lo menos uno de los pernos y de la caja (preferentemente la rosca macho del perno, como se muestra en las Figuras 6-9) , el flanco de conexión de tubos roscados de cada rosca comprende dos porciones en la forma de una primera porción del lado de la raíz y una segunda porción en el lado de la cresta. La segunda porción preferentemente tiene un ángulo promedio mayor de declive con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal que la primera porción (concretamente, la segunda porción tiene un declive más inclinado que la primera porción) . Como resultado, de la manera explicada a continuación, el ajuste de la junta roscada en el campo puede hacerse más fácil al mismo tiempo que se mantiene suficiente resistencia a la compresión. En general, la altura de la rosca completa en la zona roscada enganchada de una junta roscada tubular (la altura en la dirección radial desde la raíz hasta la cresta de una rosca) está diseñada de manera que la resistencia de la junta es por lo menos la resistencia del cuerpo del tubo bajo carga de tracción. Bajo una carga de compresión, las superficies del codo empalmado también reciben la carga aplicada. Correspondientemente, la carga compartida por las roscas se reduce por la cantidad recibida a través del área de corte transversal de las superficies del codo empalmado. Concretamente, la altura de la rosca necesaria para soportar una carga es menor bajo una carga de compresión que bajo una carga de tracción. Una carga de tracción se comparte por los flancos de carga de las roscas enganchadas de una junta en el estado mostrado en la Figura 5 en la que los flancos de carga hacen contacto entre si mientras que una carga de compresión se comparte por los flancos de conexión de tubos roscados de las roscas enganchadas en un estado que no se muestra donde los flancos de conexión de tubos roscados entran en contacto entre sí. Por lo tanto, la altura de la rosca en el lado del flanco de conexión de tubos roscados de las roscas incluye un margen. En una junta roscada tubular que tiene superficies de codo empalmadas y las roscas enganchadas que contribuyen a la resistencia de la compresión o reciben una carga de compresión, las tasa de compresión de la junta puede expresarse por la relación del área de corte transversal total en la dirección transversal o radial de las superficies que reciben compresión de la junta hacia el área de corte transversal radial del cuerpo del tubo que se da por la siguiente ecuación. Tasa de compresión (%) = {[(para de corte transversal proyectada acumulada de las roscas enganchadas) + (área de corte transversal de las superficies de codo empalmadas)] / (área de corte transversal del cuerpo del tubo) } x 100. El área de corte transversal de la superficies de codo empalmadas típicamente es de alrededor de 40 - 50% de la del cuerpo del1 tubo. Por lo tanto, aún con una tasa de compresión del 100% en la que una carga de compresión correspondiente a la resistencia de producción del cuerpo del tubo se aplica a una junta roscada tubular, la junta puede soportar la carga de compresión si la altura de la rosca de los flancos de conexión de tubos roscados es por lo menos 50 - 60% de la altura general de la rosca. Correspondientemente, si la primera porción del lado de la raíz de los flancos de conexión de tubos roscados tiene por lo menos la altura necesaria para dar soporte a una carga de compresión (como de 50 - 60% de la altura general de la rosca) , la segunda porción restante en el lado de la cresta de los flancos de conexión de tubos roscados pueden tener un ángulo de declive mayor, que hace que la porción no Ueda recibir una carga de compresión y aún en este caso, puede lograrse una resistencia suficiente a la compresión.

Concerniente a la resistencia a la compresión de una junta roscada tubular, pasada, la deformación plástica de la superficie del codo del extremo dispuesta en el extremo de la zona de reborde se consideró como una causa mayor de la pérdida de resistencia a la compresión, de manera que la relación del área del corte transversal del área del codo hasta el área del corte transversal del cuerpo del tubo es un factor importante. En la presente invención, el contacto inicial de los flancos de conexión de tubos roscados tienen lugar cuando la deformación de la zona de reborde permanece en la región elástica, de manera que la resistencia a la compresión de una junta roscada tubular se controla por la suma del área de corte transversal de las porciones del codo empalmadas y el área de corte transversal proyectada acumulada de los flancos de conexión de tubos roscados enganchados (efectivos, que corresponden a la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados antes descrito. La altura de la primera porción que contribuye a la tasa de compresión en los flancos de conexión de tubos roscados de la rosca puede determinarse de esta manera. La altura en la dirección radial de la primera porción del .flanco de conexión de tubos roscados biselado de la rosca macho del perno, por ejemplo, se ajusta preferentemente de tal manera que el producto de la altura en la dirección radial de esta porción y la longitud de la rosca desarrollada de las roscas enganchadas (roscas de tornillo de perno y caja enganchadas entre sí) es mayor que la diferencia entre el área de corte transversal radial nominal del cuerpo de los tubos que están conectados y el área de corte transversal radial de las superficies del codo empalmadas de la junta. Al hacer esto, la junta puede tener resistencia a la compresión lo cual puede soportar una carga de compresión correspondiente a la tasa de 100% de compresión antes mencionada. El área de corte transversal del cuerpo del tubo del curso significa el área de corte transversal en la dirección radial de la pared del tubo. Cuando la junta roscada tiene superficies de codo empalmadas en dos o más ubicaciones, el área de corte transversal de las superficies del codo empalmadas es la suma del área de corte transversal en dos o más ubicaciones . Al dar a la segunda porción del flanco de conexión de tubos roscados una forma biselada que es óptima desde el punto de vista de la operación de ajuste en el campo, es posible realizar una operación fácil de ajuste en el campo al mismo tiempo que se logra mantener una excelente resistencia a la compresión a través de la primera porción. La primera porción del flanco de conexión de tubos roscados de una rosca de tornillo de un elemento (por ejemplo, un perno) debe estar paralela al flanco de conexión de tubos roscados para hacer contacto de manera uniforme con el flanco de conexión de tubos roscados de la otra rosca de tornillo en el momento de ajustar la junta. Correspondientemente, la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca de tornillo y el flanco de conexión de tubos roscados de la otra rosca de tornillo son generalmente de manera preferente superficies cónicas. Aquí, por lo general, una superficie cónica significa una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal (a lo largo del eje del tubo) por una línea recta. Más específicamente, significa que por lo menos 50% y preferentemente por lo menos 80% de la altura es cónica o está limitada en la sección longitudinal por una línea recta. De esta forma, una superficie generalmente cónica incluye el caso en el que el extremo superior y/o el extremo inferior están ligeramente redondeados. La segunda porción de un flanco de conexión de tubos roscados que tiene un ángulo de declive más largo es una porción biselada. Este biselado hace más fácil insertar un perno en una caja en el momento de ajustarse en el campo. Como se muestra en la Figura 6, un biselado en la segunda porción puede ser un biselado de manera que la sección transversal de la dirección axial del tubo sea lineal (un bisel por lo general con una superficie cónica) , o como se muestra en la Figura 7, puede ser un biselado de manera que el corte transversal axial se arqueado (una superficie abombada convexa o una superficie cóncava) . La Figura 7 muestra un ejemplo de una superficie abombada. También es posible para un bisel combinar estas formas. Cuando la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados tiene generalmente una forma cónica, el ángulo de declive de la superficie con respecto a una linea perpendicular del eje del tubo (el eje longitudinal del tubo y la junta) está preferentemente en el rango de 5-25°. No obstante la forma de bisel de la segunda porción que es una porción biselada, el ángulo promedio de declive de la segunda porción con respecto a una línea perpendicular al eje del tubo está preferentemente en el rango de 20 - 70°, como se muestra en la Figura 8. En las juntas roscadas tubulares descritas en la patente WO 92/15815 y la Patente Estadounidense No. 6,322,110 antes mencionadas, no solamente el flanco de conexión de tubos roscados de una rosca macho biselada está en la cercanía de la cresta, sino que una forma correspondiente se imparte a la porción opuesta de una rosca de tornillo hembra. Correspondientemente, cada rosca de tornillo hembra también tiene dos porciones con diferentes ángulos de declive. En la presente invención, como se muestra en las Figuras 6-8, no es necesario impartir una forma correspondiente al bisel de la rosca de tornillo macho al flanco de conexión de tubos roscados de la rosca de tornillo hembra. Las crestas y las raíces de las roscas de tornillo, preferentemente están paralelas a la dirección axial del tubo para todas las roscas macho y hembra. Concretamente, aunque las zonas roscadas del perno y de la caja de una junta roscada tubular estén en la forma de roscas de tornillo ahusadas, es preferente que la cresta y la raíz de cada una de las roscas no esté paralela al declive ahusado sino que estén paralelas al eje del tubo. De esta manera, se reducen los problemas debidos a la desviación del ángulo de inserción de un perno en el momento de la operación de ajuste en el campo. El ángulo con respecto a una línea perpendicular al eje del tubo de los flancos de carga de las roscas del perno y de la caja preferentemente está en el rango de -5o a +5°. Aquí, cuando el ángulo de declive de un flanco de carga es negativo, significa, como se muestra en las Figura s 5-9, por ejemplo, que el flanco de carga está recargándose hacia dentro en las figuras con respecto a la línea perpendicular del eje del tubo.

El flanco de carga de la rosca de por lo menos uno de entre el perno y la caja y preferentemente la rosca macho del perno puede también comprender dos porciones en la forma de una tercera porción sobre el lado de la raíz y una cuarta porción en el lado de la cresta, como se muestra en las figuras 6-9 y particularmente en la Figura 9. La cuarta porción debe tener un ángulo de declive promedio mayor (en el lado positivo) con respecto a una línea perpendicular al eje del tubo que la tercera porción. En este caso, la tercera porción del flanco de carga es preferentemente por lo general una superficie cónica y su ángulo de declive está preferentemente en el rango de -5o a +5°. La cuarta porción puede ser generalmente una superficie cónica como se muestra en la figura, o puede ser una superficie abombada. La cuarta porción de un flanco de carga también es un tipo de bisel que hace fácil la inserción de un perno en una caja en el momento de ajustarse en el campo. Una carga de tracción se comparte solamente por los flancos de carga, y no existe ninguna contribución por las superficies del codo para resistir la fuerza de tracción. Por lo tanto, es necesario hacer que el parea de las porciones de contacto de la rosca macho y de la rosca hembra mayor para los flancos de carga (la tercera porción del mismo) que para los flanco de conexión de tubos roscados (la primera porción del mismo) . De esta forma, se prefiere que la cuarta porción del flanco de carga tenga una altura menor que la segunda porción del flanco de conexión de tubos roscados de manera que un área adecuada para hacer contacto es la izquierda en la segunda porción del flanco de carga que contribuye con el desempeño de tracción. Por esta razón, la altura de la cuarta porción preferentemente s como máximo de 20% de la altura de la rosca. Tanto el perno como la caja preferentemente tienen una superficie de sello de metal a metal entre la superficie del codo y la porción roscada enganchada, es decir, en la zona de reborde. En la presente invención, la longitud del reborde es por lo menso 140 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca, que es considerablemente mayor comparada con una convencional. En este caso, si la superficie de sello de metal a metal se provee sobre una longitud entera de la zona de reborde, se hace más fácil que ocurra el raspamiento durante la operación de ajuste. Por lo tanto la superficie de sello de metal a metal se provee sobre una porción de la zona de reborde y preferentemente en una región del mismo cerca de la zona roscada. La longitud de la porción del sello de metal a metal preferentemente es como máximo de 25% de la longitud del reborde. El perno y la caja preferentemente cada uno tiene una región que no hace contacto (donde no tienen contacto entre sí) entre la superficie del sello de metal a metal y la superficie del codo. Al proveer esta región sin contacto entre la superficie del sello de metal a metal y la superficie del codo, la longitud de la zona de reborde puede incrementarse y al momento de la aplicación de la carga de compresión, se vuelve posible para la carga de compresión soportarse a través de los flancos de conexión de tubos roscados de contacto de las zonas roscadas del perno y de la caja y de las superficies de codo empalmadas, al mismo tiempo que la presión de la zona del reborde permanece en la región elástica y la zona de reborde incluyendo la superficie de sello de metal a metal se toma en un diseño que es resistente a la deformación plástica debido a la compresión. Esta región que no tiene contacto puede ser una porción en la que ya sea el perno o la caja no tienen roscas como se muestra en la Figura 3 o pueden ser una porción de rosca sin enganchar en la que solamente un elemento del perno y de la caja tengan roscas, o puede incluir ambas porciones. La longitud de esta región que no hace contacto preferentemente es por lo menos de 15% de la longitud del reborde. La longitud de una porción de una región que no hace contacto que no tiene roscas en ningún elemento preferentemente es como máximo de 33% de la longitud de reborde . No existe ninguna otra restricción en particular además de la relación antes descrita entre el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados y la longitud de reborde y la forma preferida del flanco de conexión de tubos roscados y 1 flanco de carga de la rosca enganchada de por lo menos un elemento y preferentemente del perno, sobre la forma o la estructura de una * unta roscada tubular. Por ejemplo, una superficie del codo de extremo y una superficie del sello de metal a metal no se limitan en una ubicación, como se muestra en la Figura 10, una segunda superficie del codo de extremo 33 puede proveerse en el extremo de la puta de la caja o como se muestra en la Figura 11, una segunda superficie de sello de- metal a metal 34 puede proveerse en los dos elementos cerca del extremo de la punta de la caja 2. Adicionalmente como se muestra en la Figura 12, el grosor de un tubo y/o de un acoplamiento puede incrementarse en la cercanía de la porción de la junta a través de reducción o de traslape. En particular, como se muestra en la Figura 10, cuando una zona de reborde tiene una superficie de codo del extremo se provee en el extremo de la punta de cada una de la caja y del perno, o en otras palabras, cuando la junta roscada tubular tiene dos zonas de reborde cada una con una superficie de codo de extremo que funciona como una superficie de codo de torsión al momento del ajuste de la junta, la relación entre la longitud del reborde y del franqueo del flanco de conexión de tubos roscados especificado por la presente invención debe satisfacerse por lo menos una zona de reborde . Los siguientes ejemplos s presentan para ilustrar adicionalmente la presente invención. Estos ejemplos deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativos y no restrictivos . Ejemplo 1 Con el fin de demostrar claramente los efectos de la presente invención, se aplicó una carga de compresión a los elementos de prueba mostrados en la Tabla 1 al ajustarse y se observó la deformación en la zona de reborde. Cada uno de los elementos de prueba mostrados en la Tabla 1 fue una junta roscada para los productos tubulares del campo petrolero del tipo de acoplamiento igual al mostrado en la Figura 3. Fueron para utilizarse con respecto a un tubo de acero de 9.625" x 53.5 (lb/ft) (con diámetro exterior de 244.5 mm y un grosor de pared de 13.84 mm) . El acero utilizado para todos los elementos de prueba fue el especificado por la especificación P110 de API. Las superficies de codo fueron una superficie de codo del extremo ubicada en el extremo del perno y una superficie de codo correspondiente en la caja. La zona de reborde tuvo en su periferia exterior una superficie de sello de metal a metal (longitud de 5.5 mm) en la cercanía de la zona roscada y en una región que no tiene contacto en el lado del extremo exterior. En contraste con la Figura 3, no existió ninguna rosca sin enganchar en la porción del extremo de la zona roscada. La forma de la rosca de tornillo fue la misma para los elementos de prueba con un ahusamiento de 1/18, una altura de rosca macho 74 de 1.3 mm, un paso de rosca de 5.08 mm, un ángulo del flanco de conexión de tubos roscados 72 de 10°, un ángulo de flanco de carga 71 de -3o. Un bisel de los flancos de conexión de tubos roscados y de los flancos de carga tanto para la rosca de tornillo macho como para la rosca de tornillo hembra fue solamente una redondez mínima como se muestra en la Figura 2, y los flanco de conexión de tubos roscados consistieron esencialmente de una sola porción. El franqueo del flanco de conexión de tubos roscados 73 y la longitud de la zona de reborde de la junta variaron como se muestra en la Tabla 1. Para cada uno de los elementos de prueba, el ajuste de la junta se terminó inmediatamente después que las superficies de codo del perno y de la caja se empalmaron una contra la otra. Los resultados se muestran en la Tabla 1 y la Figura 13.

TABLA 1 *0: sin deformación plástica del reborde después de la aplicación de carga de compresión. X: ocurrió una deformación plástica Como puede verse a partir de los resultados de la Tabla 1 y la Figura 13, si se satisface el requerimiento de la presente invención en cuanto a que la longitud del reborde sea por lo menos 140 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados, aún cuando se aplique una fuerza de compresión correspondiente a 100% de la resistencia de producción del tubo, la deformación de la zona de reborde no se presente y solamente la deformación elástica se realiza, de manera que la resistencia a la compresión es excelente. Ejemplo 2 Se condujo una prueba de evaluación de la misma manera que en el Ejemplo 1, pero en este ejemplo, el flanco de conexión de tubos roscados de la rosca macho del perno se dividió en una primera porción del lado de la raíz y una segunda porción del lado de la cresta teniendo diferentes ángulos de declive. En este ejemplo, con el fin de simplificar el análisis, como se muestra en las Figuras 6 y 8, la primera porción y la segunda porción de los flancos de conexión de tubos roscados fueron ambos hechos con superficies cónicas (concretamente, teniendo una sección longitudinal a lo largo del eje del tubo sustancialmente formado por una línea recta) . El ángulo de declive del flanco de conexión de tubos roscados fue de 10° para la primera porción y de 45° para la segunda porción. La relación de la longitud del reborde para el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados fue de 200 (el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados fue de 0.1 mm y la longitud del reborde fue de 20 mm) . A través de cariar la altura de la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados, la relación de la altura de la primera porción con respecto a la altura de la rosca general (la relación de la altura del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca en la Tabla 2) varió como se muestra en la Tabla 2. Además, a través de variar el diámetro de la porción del extremo de la zona de reborde, es decir el área de la superficie del codo del extremo del perno, la relación del área de corte transversal de las superficies de codo empalmadas y la del área de corte transversal acumulado de los flancos de conexión de tubos roscados enganchados (efectivos) (= al producto de la altura de la rosca de la primera porción del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca macho y la longitud de la rosca desarrollado de la rosca enganchada) con respecto al área de corte transversal del cuerpo del tubo varió como se muestra en la columna de la relación del área de corte transversal en la Tabla 2. En esta tabla, para las condiciones 7, 8 y 9, el extremo del perno se sometió a reducción con el fin de tener un grosor de pared incrementado y de esta forma un parea de corte transversal incrementado de la porción del codo de extremo en su extremo . El análisis se realizó a través de evaluar la condición de la zona de reborde (aunque hubiera una deformación o ruptura) después de la carga de compresión correspondiente a 100% de la resistencia de producción del cuerpo del tubo (concretamente, una tasa de compresión elástica calculada por la fórmula antes descrita) y se aplicó una presión externa especificada por API. Los resultados se muestran en la Tabla 2 y la Figura 14. En la Tabla 2, el área de corte transversal de las superficies del codo empalmado y el área de corte trasversal acumulada de los flanco de conexión de tubos roscados enganchados se muestran como la relación (%) con respecto al área de corte transversal nominal de los cuerpos de los tubos que se conectan por la junta roscada, que se toma como 100%.

Tabla 2 Relación de área de corte transversal (vs . área de Relación de la Nivel de carga (Longitud del corte transversal del altura del de compresión reborde) / cuerpo del tubo) flanco de aplicada (vs. Presión (franqueo del Flanco de conexión de Aparición de Condición resistencia de externa flanco de conexión de tubos roscados Ruptura Superficies producción del aplicada conexión de tubos (vs. altura del codo cuerpo del tubos roscados roscados general de la empalmado tubo) de las roscas) enganchados rosca acumulados 1 30% 91% 76% 100% API 5C3 200 Sin ruptura 2 30% SO% 57% 100% API 5C3 200 Sin ruptura Deformación 3 30% 48% 35% 100% API 5C3 200 de reborde 4 40% 76% 76% 100% API 5C3 200 Sin ruptura 40% 70% 57% 100% API 5C3 200 Sin ruptura Deformación 6 40% 48% 35% 100% API 5C3 200 de reborde 7 50% 76% 76% 100% API 5C3 200 Sin ruptura 8 50% 70% 57% 100% API 5C3 200 Sin ruptura Deformación 9 50% 48% 35% 100% API 5C3 200 de reborde Como puede observarse en La Tabla 2 y la Figura 14, cuando el área de corte transversal acumulado de los flancos de conexión de tubos roscados enganchados de las roscas fue más largo que la diferencia entre el área de corte transversal nominal del cuerpo del tubo (100%) y el área de corte transversal de la superficie del codo del extremo, es decir, cuando la siguiente relación se satisfizo, la resistencia a la compresión de la junta roscada excedió la resistencia a la compresión de los cuerpos de tuvo, y como resultado la zona de reborde no se deformó . [Área de corte transversal acumulado de los flancos de conexión de tubos roscados enganchados] > [área de corte transversal nominal del cuerpo del tubo] - [área de corte transversal de las superficies del codo empalmadas] Aunque la presente invención se ha explicado con respecto a las forma de realización de preferencia, estas forma de realización son meramente ejemplos y no restringen la presente invención. Es claro para las personas capacitadas en la tecnología que las formas de realización anteriores pueden modificarse de varias maneras sin partir del alcance de la presente invención como se describe por las Reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una junta roscada tubular que comprende un perno que es un elemento roscado macho formado en una porción del extremo de un primer elemento tubular y una caja que es un elemento roscado hembra formado en un extremo de la porción de un segundo elemento tubular, donde el perno y la caja tiene cada uno una zona roscada y por lo menos una superficie de codo de torsión, donde la zona roscada macho del perno enganchado con la zona roscada hembra de la caja, donde por lo menos una superficie de codo de torsión del perno empalmado contra por lo menos una superficie de codo de torsión de la caja en la dirección axial del tubo, donde una de las superficies de codo de torsión empalmada es una superficie de codo del extremo constituyendo una superficie del extremo en la dirección transversal del elemento, las roscas de la zona roscada macho y la zona roscada hembra son generalmente roscas trapezoidales que tienen una cresta roscada, un flanco de carga y un flanco de conexión de tubos roscados y que tienen una raíz separando la rosca, caracterizada porque la longitud del reborde del elemento tiene una superficie de codo de extremo que es una distancia axial entre la superficie de codo del extremo y el flanco de carga de la rosca enganchada más cercana a la superficie del codo del extremo, es por lo menos 140 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados, que es la distancia axial del franqueo entre los flancos de la de conexión de tubos roscados de la rosca macho y de la rosca hembra cuando el flanco de carga de las roscas macho y las de la rosca hembra entran en contacto entre sí en las roscas enganchadas del perno y la caja.
2. Una junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 1 donde la longitud del reborde es por lo menos 160 veces el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados-
3. La junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2 donde el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es por lo menso de 0.01 mm.
4. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicación 1 o la Reivindicación 2 donde el franqueo del flanco de conexión de tubos roscados es como máximo de 0.3 mm.
5. La junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 1 - 4 donde la rosca de por lo menos una de entre el perno y la caja tiene un flanco de conexión de tubos roscados que comprende una primera porción en el lado de la raíz y una segunda porción en el lado de la cresta de la rosca y la segunda porción tienen un ángulo de declive promedio mayor con respecto a la línea perpendicular al eje longitudinal de la junta que la primera porción.
6. Una junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 5 donde la primera porción tiene una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal por una línea recta y la segunda porción tiene una superficie seleccionada de una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal por una línea recta, una superficie abombada y una superficie cóncava.
7. Una junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 6 donde el ángulo de declive de la primera porción con respecto a una línea perpendicular al eje longitudinal de la junta está en el rango de 5 - 25°.
8. Una junta de rosca tubular como se establece en las Reivindicaciones 6 o y donde el ángulo de declive promedio de la segunda porción con respecto a la línea perpendicular del eje longitudinal de la junta está en el rango de 20 a 70°.
9. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 5 - 8 donde la rosca de uno de entre el perno y la caja tiene un flanco de conexión de tubos roscados que comprende la primera y la segunda porción, y el ángulo de declive de la primera porción con respecto a la línea perpendicular hacia el eje longitudinal es la misma que el ángulo del flanco de conexión de tubos roscados de la rosca de otro de entre el perno y la caja.
10. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 5 - 9 donde el producto de la altura en la dirección radial de la primera porción de los flancos de conexión de tubos roscados y la longitud de la rosca desarrollada de las roscas enganchadas en la zona roscada es mayor que la diferencia entre el área de corte transversal radial nominal de los cuerpos de los tubos que están conectados y el área de corte transversal radial de las superficies empalmadas de los codos de la j unta .
11. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 1 - 10 donde las crestas y las raíces de la rosca de las roscas macho y hembra están paralelas a la dirección axial de la junta roscada tubular.
12. Una junta roscada tubular como se establece en una de las Reivindicaciones 1 - 11 donde el ángulo de declive de los flancos de carga de las roscas macho y hembra con respecto a la línea perpendicular hacia el eje longitudinal de la junta en el rango de -5o a +5°.
13. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 1 - 12 donde para la rosca de por lo menos uno de entre el perno y la caja, el flanco de carga comprende dos porciones en la forma de una tercera porción del lado de la raíz y una cuarta porción en el lado de la cresta de la rosca y la cuarta porción tiene un ángulo de declive promedio más grande con respecto a una línea perpendicular hacia el eje longitudinal que la tercera porción.
14. Una junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 13 donde la cuarta porción tiene ya sea una superficie sustancialmente limitada en la sección longitudinal a través de una línea recta o una superficie abombada . 15. Una junta roscada tubular como se establece en cualquiera de las Reivindicaciones 1 - 14 donde cada una de entre el perno y la caja tiene una superficie de sello de metal a metal entre su superficie de codo y su zona roscada . 16. Una junta roscada tubular como se establece en la Reivindicación 15 donde la superficie de sello de metal a metal está dispuesta en la cercanía de la zona roscada .
15. Una junta roscada tubular como se establece en las Reivindicaciones 15 o 16 donde cada uno de entre el perno y la caja tiene una región que no hace contacto donde el perno y la caja no hace contacto entre sí entre la superficie de sello de metal a metal y la superficie del codo .