MX2011010383A - Método para la evaluación de estado de cierre de junta roscada de tuberías o tubos, método para cierre de junta roscada de tubería o tubos y aparato para evaluar el estado de cierre de junta roscada de tuberías o tubos. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un método que permite evaluar simple, fácil y exactamente el estado de cierre de partes de rebordes de una junta roscada para uso como juntas de tuberías o tubos, como material tubular para pozos de petróleo, durante el cierre o después de él. El método de evaluación para una junta roscada 100 de tuberías o tubos de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque transmite ondas superficiales ultrasónicas desde la superficie interna ya sea del perno 1 y la caja 2 hacia la superficie interna de ya sea el perno 1 y la caja 2 a través de las partes de reborde 13, 23 del perno 1 y la caja 2 y sobre la base de la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de la misma, determina si el estado de cierre de la junta roscada 100 es satisfactoria.

Description

METODO PARA LA EVALUACION DE ESTADO DE CIERRE DE JUNTA ROSCADA DE TUBERÍAS O TUBOS, MÉTODO PARA CIERRE DE JUNTA ROSCADA DE TUBERÍA O TUBOS Y APARATO PARA EVALUAR EL ESTADO DE CIERRE DE JUNTA ROSCADA DE TUBERÍAS O TUBOS La presente invención está relacionada con un método que permite evaluar simple, fácil y exactamente el estado de cierre de las partes de reborde de una junta roscada que se utiliza como junta de tuberías o tubos, como material tubular para pozos de petróleo, durante el cierre o después de él, un método para el cierre de una junta roscada de tuberías o tubos que utilizan este método de evaluación y aparatos para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos para implementar este método de evaluación .

De manera convencional, se utiliza una junta roscada como junta en el material tubular para pozos de petróleo. La Figura 1 es una vista seccional axial que muestra esquemáticamente la configuración general de la junta roscada. Como se muestra en la Figura 1, una junta roscada 100 comprende un perno y una caja 2, que se sujeta al perno 1. El perno 1 tiene una parte de rosca externa 11, una parte de sello de metal 12 y una parte de reborde 13 en la cara externa. La caja 2 tiene una parte de rosca interna 21, una parte de sello de metal 22 y una parte de reborde 23 que corresponden con las partes del perno 1 en la superficie interna .

La parte de rosca externa 11 y la parte de rosca interna 21 (de aquí en adelante llamadas "las partes de rosca 11, 21", según sea apropiado) llevan a cabo una función de sujeción del perno 1 y la caja 2 por medio del acoplamiento de uno con el otro. El diámetro exterior de la parte de sello metálico 12 está adaptada para ser un poco más larga que el diámetro interior de la parte de sello metálico 22 (tal diferencia entre diámetros se conoce como "margen de interferencia"). Cuando el perno 1 está sujeto a la caja 2, el margen de interferencia ocasiona presión interfacial en la porción de contacto de ambas partes de sello metálico 12, 22 y esta presión interfacial (contacto de presión interfacial) sujeta satisfactoriamente la hermeticidad de la junta roscada 100. Las partes de reborde 13, 23 llevan a cabo una función para evitar que las partes de sello de metal 12, 22 generen una presión de contacto interfacial tan alta que ocasione una deformación plástica excesiva y aseguran adecuadamente una gran cantidad de atornillamiento, para hacer confiable a la junta roscada 100. Algunas juntas roscadas no sólo proporcionan un margen de interferencia similar a las partes de sello 12, 22, sino que también proporcionan un margen de interferencia similar al de las partes de metal 12, 22 para las partes roscadas 11, 21 para hacer el cierre entre las partes roscadas 11, 21 confiable, de manera que no puedan ser aflojadas fácilmente. En este caso, las partes de reborde 13, 23 también llevarán a cabo una función para restringir la interferencia entre las partes roscadas 11, 21 en la región segura y de esa manera suprimen la generación de estrés excesivo en la caja 2.

Como método para evaluar el estado de cierre de una junta roscada con la configuración anterior, se utiliza extensamente un método que supervisa el cambio en la torsión generada en el momento de cierre de una junta roscada (por ejemplo en relación con JP10-267175A) . La figura 2 es un dibujo explicativo que ilustra el método convencional para evaluar el estado de cierre de una junta roscada. Como se muestra en la figura 2, a medida que el cierre de una junta roscada progresa en secuencia, se genera la torsión que resulta de una resistencia a la fricción que a su vez se debe a una interferencia entre las partes de rosca 11, 21 y a una interferencia entre las partes de sello metálico 12, 22. Entonces, cuando las partes de reborde 13, 23 se unen, la torsión se eleva abruptamente. Convencionalmente, el operador observa ese tipo de cambio en la torsión, ya sea que se haya determinado como satisfactorio el estado de cierre de junta roscada o no. Específicamente, por ejemplo, cuando la torsión se eleva por encima de un valor umbral predeterminado, el operador determina que las partes de reborde 13, 23 se han unido y considera que el cierre de la junta roscada 100 ha sido completada satisfactoriamente.

Sin embargo, el método de evaluación convencional que se muestra en la Figura 2 no medirá algunas cantidades físicas individualmente para determinar si las partes de rosca 11, 21 interfieren una con la otra, si las partes de sello metálico 12, 22 interfieren una con a otra, si las partes de reborde 13, 23 están unidas una con la otra, respectivamente. Se trata de un método de evaluación que se basa en un criterio empírico de que la generación de torsión se puede lograr por medio del contacto estrecho de las partes (por medio de interferencia o unión) . Sin embargo, en caso de que las partes roscadas 11, 21 se hayan atascado, otro factor puede generar una gran torsión, aunque por medio de la simple supervisión del cambio en la torsión es difícil evaluar exactamente el estado de cierre.

Además, el método de evaluación convencional que se muestra en la Figura 2 está sujeto a una restricción en la que se requiere supervisar continuamente la torsión en el transcurso del cierre de la junta roscada (mientras el perno y la caja están sujetos a un movimiento relativo para ser apretados) (porque en un estado subsiguiente al cierre, en la que el perno y la caja estén paralizados, el cierre no puede ser evaluado) .

Por otra parte, en algunos casos, el que las partes de reborde 13, 23 estén unidas una contra la otra está determinado por el hecho de que se pueda insertar o no un medidor de holgura con un grosor 0.1 mm entre las partes de reborde 13, 23. En caso de que el medidor de holgura de 0.1 mm de grosor pueda insertarse en las partes de reborde 13, 23 se determina que las partes de reborde 13, 23 no están unidas una contra la otra, lo que indica que el estado de cierre es insatisfactorio .

Sin embargo, una holgura que permite la inserción de un medidor de holgura de 0.1 mm de grosor tiene una distancia de 0.15 mm o mayor y por tanto genera el problema de que una holgura más pequeña no se puede determinar.

Además, para insertar un medidor de holgura de 0.1 mm de grosor en una holgura de 0.15 mm se requiere colocar el medidor de holgura en un plano a lo largo de la holgura e insertarlo cuidadosamente. Específicamente se requiere insertar el medidor de holgura en la junta roscada desde uno de los extremos de abertura de la junta roscada (en otras palabras, para mover el medidor de holgura en la dirección axial de la junta roscada) para colocar el medidor de holgura en un plano a lo largo de esta holgura y después mover el medidor de holgura hacia la holgura en el plano. Por tanto, se genera el problema de que la evaluación por medio de un medidor de holgura requiere mucha mano de obra y consume mucho tiempo.

La presente invención se realizó para solucionar los problemas de la técnica anterior y el objeto de la misma es proporcionar un método que permita simple, fácil y exactamente evaluar el estado de cierre de las partes de reborde de una junta roscada que se utiliza como junta en tuberías o tubos como material tubular para pozos de petróleo, durante el cierre o después de él, un método para sujetar una junta roscada o tuberías o tubos usando este método de evaluación y un aparato para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos para implementar este método de evaluación.

Para solucionar el objeto, los inventores de la presente los han examinado vigorosamente y obtuvieron los siguientes resultados. (1) La presión interfacial de contacto entre la parte del perno y la parte de reborde de la caja cambia de acuerdo con el estado de cierre de estas partes de reborde respectivas. Específicamente, en un estado en el que la parte de reborde del perno y la parte de reborde de la caja están en contacto estrecho una con la otra, la presión interfacial de contacto se eleva, en comparación la de un estado de contacto no estrecho. (2) La presión interfacial de contacto entre ambas partes de reborde y la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia ambas partes de reborde de la superficie interna del perno o de la caja tienen correlación. Específicamente, la intensidad de onda transmitida de ondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia ambas partes de reborde con presión interfacial de contacto más alta, se incrementa, en tanto que la intensidad de onda reflejada de la misma, disminuye. De manera inversa, la intensidad de onda transmitida de ondas superficiales ultrasónicas transmitida hacia ambas partes de reborde con menor presión interfacial de contacto o sin presión interfacial de contacto (con una holgura dada) disminuye, en tanto que la intensidad de onda reflejada de la misma incrementa.

La presente invención ha sido completada con base en los hallazgos mencionados de los inventores de la presente. La presente invención proporciona un método para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos, comprende un perno que cuenta con una parte de reborde y en la que se forma una parte de rosca externa y una caja que cuenta con una parte de reborde que se puede unir a la parte de reborde del perno y en la que se forma una parte de rosca interna. La parte de rosca externa del perno está unida a la parte roscada de la caja y por ese medio el perno está unido a la caja. El método comprende: transmitir ondas superficiales ultrasónicas de la superficie interna del perno o de la caja hacia la superficie interna del perno o de la caja hacia la superficie interna del perno o de la caja hacia las partes de reborde del perno y de la caja; y con base en la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de la misma, se determina si el estado de cierre de la junta roscada es satisfactorio.

Con el método de evaluación de la presente invención, las ondas superficiales ultrasónicas se transmiten desde la superficie interna del perno o de la caja que constituyen la junta roscada, hacia la superficie interna del perno o de la caja, a través de las partes de reborde del perno y de la caja. Como se describe anteriormente, la presión interfacial de contacto entre la parte de reborde del perno y la parte de reborde de la caja se eleva en un estado en la que ambas partes de reborde están en estrecho contacto una con la otra; y la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia ambas partes de reborde con presión interfacial de contacto se incrementa; y la intensidad de onda reflejada de la misma, disminuye, en tanto que la intensidad de onda transmitida de las sondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia ambas partes de reborde con una presión interfacial de contacto o sin presión interfacial de contacto (con una holgura dada) disminuye y la intensidad de onda reflejada de la misma incrementa. Por tanto, con base en la magnitud de la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada, la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde puede ser evaluada y de ese modo se puede evaluar el estado de cierre de ambas partes de reborde.

El método de evaluación de acuerdo con la presente invención es un método que, con base en la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de ondas superficiales ultrasónicas con una correlación con la presión interfacial de contacto entre la parte de reborde del perno y la parte de reborde de la caja, evalúa la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde y de ese modo evalúa el estado de sujeción. Por otra parte, con el método de evaluación convencional descrito, no se puede asegurar el estado de cierre de qué parte ha ocasionado el cambio en la torsión y existe la posibilidad de que otros factores como el atascamiento ocasionen un cambio en la torsión. Por tanto, con el método de evaluación de la presente invención, se puede esperar que, en comparación con el método de evaluación anterior, se realice una evaluación con mayor exactitud.

Además, el método de evaluación de la presente invención es un método para evaluar el estado de cierre con base en la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de las ondas superficiales ultrasónicas que tienen una correlación con la presión interfacial de contacto. Por tanto, de la misma manera que con el método convencional, no es un requisito indispensable evaluar el estado de cierre en el transcurso de cierre de la junta roscada (mientras el perno y la caja están siendo sometidos a un movimiento relativo para su sujeción) y es posible realizar una evaluación no sólo en el transcurso del cierre, sino en el estado en el que el perno y la caja se han detenido, que sigue al cierre.

Además, el método de evaluación de la presente invención requiere que el operador simplemente transmita ondas superficiales ultrasónicas desde la superficie interna del perno o de la caja a la superficie interna del perno o de la caja a través de las partes de reborde del perno y de la caja y detectar la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de la misma. Específicamente, cuando la intensidad de onda transmitida se detecta, se coloca una sonda de transmisión de ondas superficiales en la superficie interna del perno o de la caja en la que se transmitirán las ondas y se coloca una sonda de recepción de ondas superficiales en la superficie interna del perno o de la caja en la que se recibirán las ondas. Entonces, las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas desde la sonda de transmisión de ondas superficiales hacia las partes de reborde del perno y de la caja pueden ser recibidas por la sonda de recepción de ondas superficiales para detectar la intensidad de las mismas. Por otra parte, cuando la intensidad de onda reflejada se detecta, se coloca en la superficie interna del perno y de la caja una sonda de ondas superficiales para transmitir y recibir ondas superficiales ultrasónicas. Entonces, las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas desde la sonda de ondas superficiales hacia las partes de reborde del perno y de la caja y reflejadas por las partes de reborde pueden ser recibidas por la misma sonda de ondas superficiales para detectar la intensidad de las mismas. Por tanto, en comparación con el método convencional de evaluación que utiliza un medidor de holgura, que requiere mucha mano de obra y consume mucho tiempo, el método de evaluación de la presente invención permite que la evaluación se lleve a cabo simple y fácilmente.

Para cumplir el objetivo, la presente invención también proporciona un método para sujetar una junta roscada de tuberías o tubos que comprende: durante el cierre de la junta roscada, per medio del método de evaluación descrita se determina si el estado de cierre es satisfactorio; y en el estado en que el resultado sea satisfactorio, se termina el cierre de la junta roscada.

Para cumplir el objetivo, la presente invención proporciona además un aparato para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tubería o tubos, que es un aparato para la implementación del método de evaluación descrito .

Un aparato de evaluación que determina si el estado de cierre de la junta roscada es satisfactorio o no con base en la intensidad de onda transmitida, comprende: un miembro de longitud continua que se inserta desde un extremo abierto de la junta roscada a la junta roscada; un miembro de unión que se monta en el lado frontal del miembro de longitud continua que se unirá a extremo abierto; un miembro de placa plana que se monta en el miembro de unión para ser soportado en la superficie interna de la junta roscada en un estado en el que el miembro de unión se una al extremo de abertura; se monta una sonda de transmisión de onda superficial en el lado posterior del miembro de longitud continua de manera que se pueda girar en dirección axial con respecto a la junta roscada, tiene una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría del perno o de la caja en la que se debe colocar y transmite ondas superficiales ultrasónicas; una sonda de recepción de ondas superficiales que se monta en el lado posterior del miembro de longitud continua y se puede girar en dirección axial con respecto a la junta roscada y tiene una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría de la superficie interna del perno o de la caja en la que se debe colocar y recibe ondas superficiales ultrasónicas; y un miembro elástico que atrae a la sonda de transmisión de ondas superficiales y a la sonda de recepción de ondas superficiales hacia la superficie interna del perno o de la caja en la que las sondas respectivas se colocan.

En el aparato de evaluación de la presente invención, dependiendo de la distancia desde un extremo de abertura (por ejemplo, el extremo abierto de la caja) a las partes de reborde de la junta roscada, la distancia entre el miembro de unión y la sonda de transmisión de ondas superficiales y la distancia entre el miembro de unión y la sonda de recepción de ondas superficiales están fijas. Por tanto, simplemente al insertar el miembro de longitud continua desde el extremo de abertura de la junta roscada a la junta roscada y al unir el miembro de unión con el extremo de abertura, la sonda de transmisión de onda superficial y la sonda de recepción de onda superficial pueden ser posicionadas simple y fácilmente en una ubicación apropiada (una ubicación relacionada con la dirección axial de la junta roscada) . Después, en un estado en el que el miembro de unión esté unido al extremo de apertura, al ocasionar que el miembro de placa plana esté sujeto por la superficie interna de la junta roscada (al mover el miembro de longitud continua en la dirección radial de la junta roscada hasta que los extremos del miembro de placa plana estén en contacto con la superficie interna de la junta roscada) , se evita que el miembro de longitud continua gire en la dirección axial. Si se evita que el miembro de longitud continua gire en la dirección axial, se evita que ambas sondas de ondas superficiales giren (al girar el miembro de longitud continua en dirección axial), por tanto, la orientación de ambas sondas de ondas superficiales se estabiliza.

Y ambas sondas de ondas superficiales (1) Se montan de manera que giren con respecto a la dirección axial de la junta roscada, (2) Tienen una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría de la superficie interna del perno o de la caja en la que se deben de colocar y (3) Son atraídas por el miembro elástico hacia la superficie interna del perno o de la caja en la que se colocarán.

Por tanto, simple y fácilmente se puede ocasionar el contacto de ambas sondas de ondas superficiales con la superficie interna o de la caja en un estado estable.

Por tanto, la pérdida de transmisión de ondas ultrasónicas al momento de contacto de las superficies de ambas sondas de ondas superficiales se suprime, lo que permite que el estado de cierre de las partes de reborde sea evaluado de manera exacta.

Un aparato de evaluación que determina si el estado de cierre de la junta roscada es satisfactorio con base en la intensidad de onda reflejada comprende: un miembro de longitud continua que se inserta desde una extremo de abertura de la junta roscada en la junta roscada; un miembro de unión que se monta en el lado frontal del miembro de longitud continua para que se una con el extremo de abertura; un miembro de placa plana que se monta en el miembro de unión para ser soportado en la superficie interna de la junta roscada en un estado en el que el miembro de unión esté unido al extremo de abertura; una sonda de onda superficial se monta en el lado posterior del miembro de longitud continua de manera que gire en la dirección axial de la junta roscada y tiene una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría del perno o de la caja en la que se colocará y transmite y recibe ondas superficiales ultrasónicas; y un miembro elástico que atrae a la sonda de ondas superficiales hacia la superficie interna del perno o de la caja en la que la sonda de ondas superficiales se colocará.

Este aparato de evaluación tiene la misma configuración del aparato de evaluación descrito, con la excepción de que comprende una sonda de ondas superficiales para transmitir y recibir ondas superficiales ultrasónicas y proporciona las mismas ventajas de operación.

Con el método para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos de acuerdo con la presente invención, se puede obtener el excelente efecto de que el estado de cierre de una junta roscada que se utiliza como junta de tuberías o tubos como material tubular para pozos de petróleo, durante el cierre o después de él se puede evaluar simple, fácil y exactamente.

La Figura 1 es una vista axial que muestra esquemáticamente la configuración general de una junta roscada .

La figura 2 es un dibujo explicativo que ilustra el método convencional para evaluar el estado de cierre de una junta roscada.

Las Figuras 3A y 3B muestran gráficamente un ejemplo del resultado que se calculó por medio de un cómputo numérico de la presión interfacial de contacto entre ambas partes de reborde cuando la junta roscada está cerrada en un estado en el que las partes respectivas del perno y las partes respectivas de la caja que constituyen la junta roscada están en contacto estrecho una con la otra.

Las Figuras 4A y 4C son dibujos explicativos que ilustran un ejemplo del método de evaluación de acuerdo con la presente invención.

La Figura 5 es una gráfica que ilustra un ejemplo de la relación de la presión interfacial de contacto entre ambos miembros con una geometría de sección rectangular con la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas.

Las Figuras 6A a 6D proporcionan gráficas que ilustran los ejemplos de la relación de la holgura entre ambas partes de reborde con la intensidad de onda transmitida de las ondas de superficie ultrasónicas que se obtuvo por medio del método que se muestra en las Figuras 4A a 4C.

Las Figuras 7A a 7D son dibujos de la configuración que muestra esquemáticamente un ejemplo del aparato de evaluación para la implementación del método de evaluación de acuerdo con la presente evaluación.

La figura 8 es una gráfica que ilustra un ejemplo de la relación de la holgura entre ambas partes de reborde con la intensidad de onda transmitida de ondas superficiales ultrasónicas que se obtuvo por medio del aparato de evaluación que se muestra en las figuras 7A a 7D.

La Figura 9 es una gráfica que ilustra un ejemplo de las variaciones en la medición de la intensidad de onda transmitida que se obtuvo al utilizar el aparato de evaluación de las Figuras 7A a 7D.

De aquí en adelante, con referencia a los dibujos adjuntos, se explicará el modo de realización del método para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos, de acuerdo con la presente invención.

Primero, los hallazgos que los inventores de la presente han obtenido en el transcurso de la presente invención se explicarán a detalle.

Los inventores de la presente invención evaluaron la presión interfacial de contacto entre las partes de reborde 13, 23 que se genera cuando la junta roscada 100 que se muestra en la Figura 1 se cierra en un estado en que las partes respectivas del perno 1 (la parte de rosca externa 1, parte de sello metálico 12 y la parte de reborde 13) y las partes respectivas de la caja 2 (la parte roscada interna 21, parte de sello metálico 22 y la parte de reborde 23) que constituyen la junta roscada 100 están en estrecho contacto unas con las otras, respectivamente.

Las Figuras 3A y 3B muestran gráficamente un ejemplo del resultado que se calculó por medio de una computación numérica de la presión interfacial de contacto entre ambas partes de reborde cuando la junta roscada está cerrada en un estado en el que las partes respectivas del perno y las partes respectivas de la caja que constituyen la junta roscada están en contacto estrecho unas con las otras. Específicamente, el cómputo numérico se llevó a cabo tras asumir que el diámetro menor de la rosca externa de la parte de rosca externa 11 está adaptada para ser un poco más larga que el diámetro mayor de la rosca interna de la parte de rosca interna 21, el diámetro exterior de la parte de sello metálico está adaptado para ser un poco más largo que el diámetro interno de la parte de sello metálico 22 y la parte de reborde 13 se atornilla hacia la parte de reborde 23 desde una posición en la que la parte de reborde 13 ha sido unida primero con la parte de reborde 23. La Figura 23 es una vista parcialmente ampliada de un modelo de la junta roscada que se utilizó para el cómputo numérico y la Figura 3B es una gráfica que ilustra la presión interfacial de contacto entre las partes de reborde 13, 23. En la Figura 3A y la Figura 3B, las ordenadas son iguales una a la otra.

A partir del resultado del cómputo numérico que se muestra gráficamente en las Figuras 3A y 3B, se obtuvieron los siguientes hallazgos (A) a (C) .

(A) La presión interfacial de contacto entre las partes de reborde 13, 23 se incrementa localmente en un lugar vecino a las partes de sello metálico 12, 22 y también se incrementa localmente en un lugar vecino a una parte de esquina 231. Como se describió anteriormente, dado que el diámetro exterior de la parte de sello metálico 12 está adaptada para ser un poco más larga que el diámetro interno de la parte de sello metálico 22 (en otras palabras, se proporciona un margen de interferencia) , la parte de sello metálico 12 se deforma como si se doblara (se dobla al reducir el diámetro) . Se deduce que, con esta deformación, el lugar vecino a las partes de sello metálico 12, 22 de la parte de reborde 13 entra en un contacto más fuerte con la parte de reborde 23, que es la causa de que se incremente la presión interfacial de contacto en el lugar vecino a las partes de sello metálico 12, 22. Además, cuando dos elementos mecánicos embonan uno en el otro, el pico de la presión interfacial de contacto generalmente aparece cerca de del extremo de la porción embonada, lo que se deduce que es una causa de que la presión interfacial de contacto incremente localmente en el lugar vecino de la parte de la esquina 231.

(B) Cuando el cómputo numérico se lleva a cabo bajo la suposición de que la parte de reborde 13 no está unida con la parte de reborde 23, no aparece ningún fenómeno en que la presión interfacial de contacto sea incrementada localmente (lo que no se muestra gráficamente) .

(C) A partir de los resultados en (A) y (B) se encontró que la presión interfacial de contacto entre la parte de reborde del perno y la parte de reborde de la caja cambia de acuerdo con el estado de cierre de las partes de reborde. Específicamente, en un estado en el que la parte de reborde del perno y la parte de reborde de la caja están en contacto estrecho una con la otra, la presión interfacial de contacto se eleva, en comparación con la de un estado de contacto no estrecho. Además, se ha encontrado que el cambio en la presión interfacial de contacto no es uniforme en toda la parte de reborde y la presión interfacial de contacto cambia localmente a lo largo de la dirección radial de la junta roscada. Específicamente, en un estado en el que las partes de reborde estén en contacto estrecho una con la otra, la presión interfacial de contacto se eleva localmente, en comparación con un estado de contacto no estrecho. También cerca de las partes de esquina de las partes de reborde, en otras palabras, cerca de las superficies internas del perno y de la caja, se eleva la presión interfacial de contacto.

Después, los inventores de la presente invención tomaron nota del uso de ondas superficiales ultrasónicas para evaluar la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde. Las ondas superficiales ultrasónicas son ondas ultrasónicas que se propagan característicamente a lo largo de la superficie (desde la superficie más exterior hasta una profundidad de 1 longitud de onda) y a pesar de que, en una porción, como la esquina, en la que la geometría cambia, se refleja una parte de la misma, se propaga sobre la superficie en la dirección de propagación de la misma. Por tanto, si las ondas superficiales ultrasónicas se transmiten desde la superficie interna del perno o de la caja hacia la superficie interna del perno o de la caja a través de ambas partes de reborde, se puede esperar que la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada cambie de acuerdo con la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde (cerca de la parte de la esquina) Por ejemplo, considere un caso en el que, como se muestra en la Figura 4A, una sonda de transmisión 31 se coloca en la superficie interna del perno 1 y una sonda de recepción de ondas superficiales 32 se coloca en la superficie interna de la caja 2 con las partes de reborde 13, 23 presionadas entre ellas para la detección de la intensidad de onda de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas desde la sonda de transmisión de ondas superficiales 31 hacia las partes de reborde 13, 23, con la sonda de recepción de ondas superficiales 32. Se deduce que, cuando la presión interfacial de contacto entre las partes de reborde 13, 23 es mayor, las ondas superficiales ultrasónicas viajan a través de las partes de reborde 13, 23, como se muestra en la Figura 4B y por tanto la intensidad de onda transmitida detectada con la sonda de recepción de onda superficial 32 es relativamente alta. Por otra parte, cuando la presión interfacial de contacto es menor o no se genera presión interfacial de contacto (existe una holgura) , las ondas superficiales ultrasónicas se giran hacia el lado de superficie externa en las partes de reborde 13, 23, como se muestra en la figura 4C. Se deduce que las ondas superficiales ultrasónicas giradas se atenúan en el transcurso de su propagación o las ondas superficiales ultrasónicas son reflejadas por la parte de reborde 13, lo que resulta en una intensidad de onda detectada con la sonda de recepción de onda superficial 32 disminuida.

Después, los inventores de la presente invención primero llevaron a cabo una prueba para evaluar la relación de la presión interfacial de contacto entre ambos miembros con la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia las superficies de contacto entre ambos miembros. Específicamente dos miembros, MI, M2, con una geometría de sección rectangular están unidos con una sonda de transmisión de onda superficial 1 colocada en un miembro Mi, y una sonda de recepción de onda superficial 32 colocada en el otro miembro M2. Dadas que la sonda de transmisión de onda superficial 31 y la sonda de recepción de onda superficial 32, se utilizaron una sonda de onda superficial que tiene una frecuencia de 1.5 MHz y un diámetro de transductor de 12.7 mm. En tanto ambos miembros MI, M2 eran sometidos a presión en la dirección de unión, la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas desde la sonda de transmisión de ondas superficiales 31 hacia la superficie de contacto entre los miembros MI, M2 se detectó con la sonda de recepción de ondas superficiales 32.

La figura 5 es una gráfica que ilustra la relación de presión interfacial de contacto entre ambos miembros con la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas que se obtuvo en la prueba de evaluación descrita. Como se muestra en la Figura 5, se encontró que la presión interfacial de contacto entre ambos miembros, Mi, M2, y la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas tienen una correlación positiva. También se encontró que, cuando la presión interfacial de contacto se incrementa de manera suficiente (cuando la presión aplicada en la dirección de unión se incrementa de manera suficiente) , la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas para , ambos miembros MI, M2 , será equivalente a la del miembro integral M.

Con base en los resultados anteriores, los inventores de la presente invención utilizaron el método descrito, como se ilustra en la Figura 4A para llevar a cabo una prueba en una junta roscada real para evaluar la relación de la presión interfacial de contacto entre ambas partes de reborde (la dimensión real de la holgura) con la intensidad de onda transmitida de ondas superficiales ultrasónicas transmitidos hacia ambas partes de reborde. Específicamente, de acuerdo con las condiciones siguientes (a) a (g) , la intensidad de onda transmitida se detecto con la sonda de recepción de onda superficial 32. La holgura entre ambas partes de reborde se calculo con base en la distancia de separación dada en cuando el perno y la caja estaban separados uno del otro, usando como referencia la ubicación en la que ambas partes de reborde estaban unidas. (a) Diámetro exterior de la junta roscada (fuera del diámetro de la caja) : 150 mm. (b) Diámetro interno de la junta roscada (diámetro interno de la caja) : 100 mm. (c) Holgura entre ambas partes de reborde: cinco holguras diferentes de 0 mm, 0.2 mm, 0.5 mm, 1.0 mm y 2.0 mm. (d) Frecuencia de prueba para sonda de onda superficial: cuatro frecuencias diferentes de 1 MHz, 1.5 MHz, 2.25 MHz y 10 MHz. (e) Espaciado entre ambas sondas de ondas superficiales (L en la Figura 4A) : 30 mm, 40 mm 50 mm. (f) Medio de contacto: lubricante, que se debe aplicar entre el perno y la caja en el momento de cierre de la junta; a través del cierre, el lubricante es derramado a las caras externas del perno y de la caja. (g) Aparato de prueba ultrasónica: detector de fallos ultrasónico digital de propósito general.

Las Figuras 6A a 6D proporcionan gráficas que ilustran la relación de holgura entre ambas partes de reborde con la intensidad de ondas transmitida de ondas superficiales ultrasónicas que se obtuvo de la prueba de evaluación anterior. La Figura 6A ilustra el resultado obtenido cuando se utilizaron las sondas de onda superficial 31, 32 con una frecuencia de prueba de 1 MHz (con un diámetro de transductor de 12.7 mm) . La Figura 6B ilustra el resultado obtenido cuando se utilizaron las sondas de onda superficial 31, 32, con una frecuencia de 1.5 MHz (con un diámetro de transductor de 12.7 mm) . La Figura 6C ilustra el resultado obtenido cuando se utilizaron las sondas de onda superficial 31, 32 con una frecuencia de prueba de 2.25 MHz (con un diámetro de transductor de 6.4 mm) . La Figura 6D ilustra el resultado obtenido cuando se utilizaron las ondas de onda superficial 31, 32 con una frecuencia de prueba de 10 MHz (con un diámetro de transductor de 6.4 mm) .

Se encontró que, como se muestra en las Figuras 6A a 6D, sin importar la frecuencia de prueba para ambas sondas de onda superficial o el espacio entre ellas, ocurre una diferencia de 24 dB o mayor en la intensidad de onda transmitida de ondas de superficie ultrasónicas entre el estado de cierre cuando la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 es de Omm (un estado de cierre satisfactorio) y cuando la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 es de 0.2 mm o mayor. Por tanto, se encontró que, de acuerdo con la magnitud de la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas, se puede evaluar la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde 13, 23 y por tanto se puede determinar si el estado de cierre de ambas partes de reborde 13, 23 es satisfactorio.

A pesar de que se omite la explicación detallada, los inventores de la presente invención confirmaron que, de acuerdo con la magnitud de la intensidad de onda reflejada de las ondas superficiales ultrasónicas, se puede evaluar la presión interfacial de contacto (holgura) entre ambas partes de reborde 13, 23 y por tanto se puede determinar si el estado de cierre de ambas partes de reborde 13, 23 es satisfactorio .

La presente invención se completó con base en los hallazgos de los presentes inventores como se describe y se caracteriza porque las ondas superficiales ultrasónicas se transmiten desde la superficie interna del perno 1 o de la caja 2 hacia la superficie interna del perno 1 o de la caja 2 a través de las partes de reborde 13, 23 del perno 1 o de la caja 2 y con base en la intensidad de onda transmitida o intensidad de onda reflejada de las mismas se determina si el estado de cierre de la junta roscada 100 es satisfactorio o no .

A continuación, se explicará un ejemplo especifico del método de evaluación de acuerdo con la presente invención (un ejemplo especifico del método de evaluación con un aparato de evaluación) .

Las Figuras 7A a 7D son dibujos de configuración que muestran esquemáticamente un ejemplo de los aparatos de evaluación para implementar el método de evaluación de acuerdo con la presente invención. La Figura 7A es un dibujo de configuración esquemático de la junta roscada visa desde una dirección axial. La Figura 7C es una vista ampliada tomada en dirección de las flechas A-A en la Figura 7A; y la Figura 7D es una vista ampliada tomada en dirección de las flechas B-B en la Figura 7A.

Como se muestra en las Figuras 7A a 7D, un aparato de evaluación 200, de acuerdo con el presente modo de realización, comprende un miembro de longitud continua 4, un miembro de unión 5 y un miembro de placa plana 6. El miembro de longitud continua 4 es un miembro que se debe insertar desde un extremo de abertura de la junta roscada (un extremo de abertura 21 de la caja en las Figuras 7A a 7D) en la junta roscada. El miembro de unión 5 es un miembro que se monta en el lado frontal del miembro de longitud continua 4 para unirse con el extremo de abertura 21. El miembro de placa plana 6 es un miembro que se monta en el miembro de unión 5 para ser sujetado a la superficie interna de la junta roscada (la superficie interna de la caja 2 en las Figuras 7A a 7D) en un estado en el que el miembro de unión 5 esté unido al extremo de abertura 21 (un estado que se muestra en la Figura 7A) .

El aparato de evaluación 200 también comprende una sonda de transmisión de ondas superficiales 31 y una sonda de recepción de ondas superficiales 32 que se montan en el lado posterior del miembro de longitud continua 4. La distancia entre el miembro de unión 5 y la sonda de transmisión de ondas superficiales 31 y la distancia entre el miembro de unión 5 y la sonda de recepción de ondas superficiales 32 esta fija, dependiendo de la distancia desde el extremo de abertura 21 a las partes de reborde 13, 23. En otras palabras, la distancia entre el miembro de unión 5 a la sonda de ondas superficiales respectiva 31, 32 se fija de manera que, en un estado en el que el miembro de unión 5 esté unido al extremo de abertura 21, la sonda de transmisión de onda superficial 31 y la sonda de recepción de onda superficial 32 presionan las partes de de reborde 13, 23.

Además, el aparato de evaluación 200 comprende un miembro elástico 7 que atrae a la sonda de transmisión de ondas superficiales 31 y la sonda de recepción de ondas superficiales 32 hacia las superficies internas del perno 1 y de la caja 2 en la que se deben colocar, respectivamente. En especifico, el miembro elástico 7 está dispuesto en una parte basal 9 que se monta al miembro de longitud continua 4 y un miembro de soporte 8 que soporta a manera de pivote las sondas de onda superficial 31, 32, como se describe más adelante atrayendo al miembro de soporte 8 hacia las superficies internas del perno 1 y de la caja 2. Ambos extremos del miembro elástico 7 están fijas a la parte basal 9 y al miembro de soporte 8, respectivamente. Por tanto, las sondas de de ondas superficiales 31, 32 soportadas a manera de pivote por el miembro de soporte 8 se atraen hacia las superficies internas del perno 1 y de la caja 2, respectivamente .

La sonda de transmisión de onda superficial 31 y la sonda de recepción de ondas superficiales 32 se montan en el miembro de longitud continua 4 de manera que giren en la dirección axial de la junta roscada. Específicamente, la sonda de transmisión de ondas superficiales 31 y la sonda de recepción de ondas superficiales 32 se soportan a manera de pivote en el miembro de soporte 8 montado en el miembro de longitud continua 4 a través de un miembro de eje 81, respectivamente. Por tanto, la sonda de transmisión de onda superficial 31 y la sonda de recepción de onda superficial 32 se giran en la dirección axial de la junta roscada (al derredor del miembro de eje 81) .

La sonda de transmisión de onda superficial 31 tiene una superficie de contacto convexa 311 de acuerdo con la geometría de la superficie interna (concordante con la geometría de superficie interna) del perno 1 en el que se coloca. Del mismo modo, la sonda de recepción de onda superficial 32, también tiene una superficie de contacto convexa 321 de acuerdo con la geometría de la superficie interna (concordante con la geometría de la superficie interna) de la caja 2, en la que está colocada.

Con la configuración descrita del aparato de evaluación 200, al insertar el miembro de longitud continua 4 desde el extremo de abertura 21 de la junta roscada dentro de la junta roscada y uniendo el miembro de unión 5 al extremo de abertura 21, la sonda de transmisión de onda superficial 31 y la sonda de recepción de onda superficial 32 pueden ser colocadas en una ubicación apropiada (una ubicación con respecto a la dirección axial de la junta roscada) . Después, en un estado en el que el miembro de unión 5 se une al extremo de abertura 21 al ocasionar que el miembro de placa plana 6 esté sujeto en la superficie interna de la junta roscada (la superficie interna de la caja 2), como se muestra en la Figura 7B, (al mover el miembro de longitud continua 4 en la dirección radial de la junta roscada hasta que los extremos del miembro de placa plana 6 entren en contacto con la superficie interna de la junta roscada) , se evita que el miembro de longitud continua 4 gire en dirección axial. Si se evita que el miembro de longitud continua 4 gire en dirección axial, se evita que ambas sondas de onda superficial 31, 32 giren (giro ocasionado al girar el miembro de longitud continua 4 en dirección axial) y de ese modo se estabiliza la orientación de ambas sondas de onda superficial 31, 32.

Como se describe anteriormente, ambas sondas de onda superficial 31, 32, se montan de manera giratoria con respecto a la dirección axial de la junta roscada y tienen superficies de contacto convexas 311, 312, de acuerdo con geometría de la superficie interna del perno 1 y de la caja 2, en las que se deben colocar y son atraídas por medio del miembro elástico 7 hacia las superficies internas del perno 1 y de la caja 2 en la que se deben colocar. Por tanto, se es sencillo y simple ocasionar que las superficies de contacto de ambas sondas de ondas superficiales 31, 32 entren en contacto con las superficies internas del perno 1 y de la caja 2 en un estado estable. Por tanto, la pérdida de transmisión de las ondas ultrasónicas en las superficies de contacto 311, 312 de ambas sondas de ondas superficiales 31, 32, se suprime, lo que permite que el estado de cierre de las partes de reborde 13, 23 se evalúe exactamente.

Usando el aparato de evaluación 200 como se describe anteriormente los inventores de la presente invención llevaron a cabo una prueba para evaluar la relación de la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 con la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas transmitidas hacia ambas partes de reborde 13, 23. Específicamente, de acuerdo con las siguientes condiciones (a) a (g) , la intensidad de onda transmitida se detectó con la sonda de recepción de ondas superficiales 32. La holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 se calculó con base en la distancia de separación que existe cuando el perno 1 y la caja 2 están separados uno del otro cuando las partes de reborde 13, 23 estaban unidas, como referencia. (a) El diámetro exterior de la junta roscada (diámetro exterior de la caja) : 150 mm. (b) Diámetro interno de la junta roscada (diámetro interno de la caja) : 100 mm. (c) Holgura entre ambas partes de reborde: cinco diferentes holguras de 0 mm, 0.2 mm, 0.5 mm, 1.0 mm y 2.0 mm. (d) Frecuencia de prueba para la sonda de onda superficial: 2.25 MHz . (e) Diámetro de transductor de la sonda de onda superficial: 6.4 mm. (f) Espacio entre ambas sondas de inda superficial: 40 mm. (g) Medio de contacto: lubricante, que se debe colocar entre el perno y la caja en el momento del cierre de la junta roscada; a lo largo del cierre, el lubricante es derramado en las superficies internas del perno y de la caja. (h) Aparato de prueba ultrasónica: detector ultrasónico digital de propósito general.

La Figura 8 es una gráfica que ilustra la relación de la holgura entre ambas partes de reborde con la intensidad de onda transmitida de las ondas de superficie ultrasónica que se obtiene por medio de la prueba de evaluación descrita.

Como se puede ver en la Figura 8, ocurre una diferencia de 30 dB o más en la intensidad de onda transmitida de ondas superficiales ultrasónicas entre el estado de cierre donde la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 es de 0 mm (un cierre satisfactorio) y donde la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 es de 0.05 mm o mayor. Por tanto, de acuerdo con la magnitud de la intensidad de onda transmitida de las ondas superficiales ultrasónicas, la holgura de al menos 0.05 mm entre ambas partes de reborde 13, 23 puede ser detectada y por tanto se puede determinar si el estado de cierre de ambas partes 13, 23 es satisfactorio.

La Figura 9 es una gráfica que ilustra un ejemplo del resultado de la evaluación de las variaciones en medición de la intensidad de onda transmitida cuando la holgura entre ambas partes de reborde 13, 23 es de 0 mm (un estado de cierre satisfactorio) en la prueba de evaluación descrita.

Como se muestra en la Figura 9, haciendo uso del aparato de evaluación 200 se puede suprimir la variación de medida a 0.5 dB, por tanto, el estado de cierre de ambas partes de reborde 13, 23 se puede evaluar con exactitud.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un método para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubos, que comprende un perno que cuenta con una parte de reborde en la que se forma una rosca externa y una caja que cuenta con una parte de reborde que se une con la pate de reborde del perno y en la que se forma una rosca interna, la parte de rosca externa del perno encaja con la parte interna de rosca de la caja, de modo que el perno queda unido a la caja. El método comprende: transmisión de ondas superficiales ultrasónicas desde la superficie interna del perno o de la caja hacia la superficie interna del perno o de la caja a través de las partes de reborde del perno y de la caja; y con base en la intensidad de onda transmitida o la intensidad de onda reflejada de la misma, la determinación del estado de cierre de la junta roscada es satisfactoria.

2. Un método para cerrar una junta roscada de tuberías o tubos, que comprende: en el transcurso del cierre de la junta roscada, haciendo uso del método de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1, determinar so el cierre es satisfactorio o no; y en caso de que el resultado de la determinación haya sido satisfactorio, terminar el cierre de la junta roscada .

3. Un aparato para evaluar el estado de cierre de una junta roscada de tuberías o tubas, que es un aparato para implementar el método de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1, el aparato comprende: un miembro de longitud continua que se inserta desde un extremo de abertura de la junta roscada en la junta roscada ; un miembro de unión que se monta en el lado frontal del miembro de longitud continua para unirse al extremo de abertura ; un miembro de placa plana que se monta en el miembro de unión para ser soportado en la superficie interna de la junta roscada en un estado en el que el miembro de unión está unido con el extremo de unión; una sonda de transmisión de onda superficial que se monta en el lado posterior del miembro de longitud continua y se puede girar en la dirección axial de la junta roscada, con una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría de la superficie interna del perno o de la caja en la que se debe montar y transmite ondas superficiales ultrasónicas ; una sonda de recepción de ondas super iciales que se monta en la parte posterior del miembro de longitud continua y se puede girar en la dirección axial de la junta roscada y tiene una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría de la superficie interna del perno o de la caja en la que se debe colocar y recibe ondas superficiales ultrasónicas; y un miembro elástico que atrae a la sonda de transmisión de ondas superficiales y la sonta de recepción de ondas superficiales hacia la superficie interior del perno o de la caja en la que las sondas respectivas se deben colocar.

4. Un aparato para evaluar el estado de cierre de de una junta roscada de tuberías o tubos, que es un aparato para implementar el método de evaluación de acuerdo con la reivindicación 1, el aparato comprende: un miembro de longitud continua que se inserta desde un extremo de la junta roscada al interior de la junta roscada; un miembro de unión que se monta en el lado frontal del miembro de longitud continua para unirse con el extremo de abertura; un miembro de placa plana que se monta en el miembro de unión para ser soportado en la superficie interna de la junta roscada en un estado en el que el miembro de unión esté unido al extremo de abertura; una sonda de onda superficial que se monta en el lado posterior del miembro de longitud continua y se puede girar en dirección axial de la junta roscada y tiene una superficie de contacto convexa de acuerdo con la geometría de la superficie interna del perno o de la caja en la que se debe colocar y transmite y recibe ondas superficiales ultrasónicas; y un miembro elástico que atrae a la sonda de onda superficial hacia la superficie interna del perno o de la caja en la que la sonda de ondas superficiales se debe colocar .