MXPA00012186A

MXPA00012186A - Sello del tipo que se pandea para conexiones tubulares que pueden dilatarse.

Info

Publication number: MXPA00012186A
Application number: MXPA00012186A
Authority: MX
Inventors: S Sivley Robert Iv
Original assignee: Hydril Co
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-08-20
Also published as: EP1106778B1; EP1106778A1; ID28600A; AR026770A1; US6554287B1; DE60004950D1; DE60004950T2

Abstract

Se revela un sello para una conexion de conductos, radialmente expansible. El sello incluye una primera superficie de sellado dispuesta proxima a un extremo de una parte macho de la conexion, y una segunda superficie correspondiente de sellado dispuesta proxima a un extremo de una parte hembra de la conexion. Las mencionadas primera y segunda superficies se oponen substancialmente una con la otra al conectarse las partes hembra y macho. El sello incluye una primera superficie de espacio proxima a la primera superficie de sellado, y una segunda superficie de espacio proxima a la segunda superficie de sellado. Las primera y segunda superficies de espacio se oponen substancialmente al conectar las partes hembra y macho. Las primera y segunda superficies de espacio, y las primera y segunda superficies de sellado tienen cada una un diametro tal que al ocurrir la expansi6n radial de la parte macho y la parte hembra, despues de que estas se acoplan, las superficies de espacio permanecen fuera de contacto mientras las superficies de sellado hacen contacto una con la otra, de modo que se lleva a cabo una presion de contacto. En una modalidad, el espacio entre las superficies de sellado, antes de la expansion, es aproximadamente de 30 a 40 por ciento de la cantidad de la expansion. En otra modalidad, las superficies de sellado estan en contacto con interferencia, antes de la expansion. En otra modalidad, las superficies de espacio tienen un espacio, antes de la expansion, aproximadamente de 50 a 55 por ciento de la cantidad de la expansion. En una modalidad particular, la conexion del conducto es un acoplamiento enroscado.

Description

SELLO DEL TIPO QUE SE PANDEA PARA CONEXIONES TUBULARES QUE PUEDEN DILATARSE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención La invención tiene que ver con las juntas tubulares roscadas útiles en la perforación y producción de pozos petroleros y gas, como tubería, tubería de revestimiento, tubería de conducción y tubería de perforación, conocidas en forma conjunta como géneros tubulares para la zona petrolera. Pero, más específicamente, la invención trata sobre un sello para juntas tubulares para conectar las partes macho (clavija) y hembra (enchufe) .

Descripción del campo relacionado Las conexiones tubulares roscadas se utilizan para unir segmentos de conductos a cada extremo a fin de formar un conducto continuo que transporte el fluido a presión. Por lo general, los géneros tubulares para zonas petroleras se utilizan como conexiones roscadas para conectar secciones adyacentes de conductos o tubos. Los ejemplos de conexiones de punta roscada diseñadas para su uso con los géneros tubulares para zonas petroleras, aparecen descritos en las patentes norteamericanas No. 2239942, 2992019, 3359013, RE 30647 y RE 34467; todas ellas otorgadas al cesionario de la presente invención. En la patente norteamericana No. RE 30647 emitida a Blose, se describe una forma o estructura roscada particular para una conexión tubular que provee una junta inusualmente fuerte al mismo tiempo que controla la tensión y tirantez en las partes conectadas, "clavija" (macho roscado) y "enchufe" (hembra roscada) , dentro de los niveles aceptables . La parte clavija tiene por lo menos una rosca externa de forma por lo general amilanada* cuya anchura aumenta en una dirección a lo largo del macho, en tanto que la hembra tiene al menos una rosca interna de forma por lo general amilanada que concuerda, cuya anchura aumenta en la dirección contraria. El conjunto ajustado de roscas helicoidales da un acomplamiento similar a una cuña de los flancos de las roscas del macho y la hembra que limitan el alcance de la relativa rotación entre las partes macho y hembra, y define una condición de compensación forzosa que concluya la conexión. En esta estructura de rosca, los ángulos del acotamiento de los flancos, así como la anchura de la rosca, pueden utilizarse para controlar las condiciones preestablecidas de tensión y tirantez inducidas en las partes macho y hembra para un momento de torsión compensatorio determinado. Así, al ajustar la estructura de roscas a una aplicación o uso particular, la conexión o junta tubular se ve limitada únicamente por las propiedades de los materiales selecionados . Como se muestra en la Figura 1, una conexión tubular de • tecnología anterior 10 incluye una parte macho 11 y una hembra 12. La hembra 12 tiene una estructura de rosca ahusada, interna, por lo general de forma aminalada 14 formada ahí la cual se adapta para acoplar una estructura de roscas complementaria, ahusada, externa, por lo general de 10 forma aminalada 15 formada en el miembro macho 11 para asegurar en términos mecánicos los miembros macho y hembra de manera confiable. La rosca interna 14 en el miembro hembra 12 tiene flancos filosos*18, flancos de carga 16, raíces 20 y 15 crestas24. La rosca 14 aumenta su anchura poco a poco y de manera constante en una dirección a lo largo de toda la longitud helicoidal de la rosca 14. La rosca externa 15 del miembro macho 11 tiene flancos filosos 19, flancos de carga 17, raíces 21 y crestas 25. La rosca 15 aumenta su anchura 20 poco a poco y de manera constante en la dirección contraria a lo largo de toda la longitud helicoidal de la rosca 15. El aumento contrario de la anchura de ambas rosas y el ahusamiento de las mismas originan que las raices y crestas complementarias de las roscas respectivas 14 y 15 se acoplen durante la compensación de la conexión 10 en conjunción con el acoplamiento de los flancos filosos y de carga complementarios posterior a la conexión. El miembro macho 11 o el miembro hembra 12 define el eje • longitudinal 13 de la conexión de acoplamiento. Las raíces y las crestas de los miembros hembra y macho son tanto planos como paralelos al eje longitudinal de la conexión y tiene la anchura suficiente para evitar cualquier tipo de deformación permanente de las roscas al momento de llevar a cabo la 10 conexión. • Una parte importante de cualquier conexión es el sello para mantener la presión del fluido que corre en la tubería y el ajuste de las conexiones. Tradicionalmente, las conexiones están diseñadas con sellos para metal. Este tipo • 15 de sellos tiene la ventaja de no necesitar empaques o cualquier otro dispositivo de sellado adicional, que pudieran por lo general ser reemplazados cada determinado • tiempo al momento de hacer las conexiones o de desmontar las mismas. Los sellos metálicos se crean cuando la presión de 20 contacto entre las dos superficies metálicas rebasan la presión del fluido que va a sellarse. Normalmente, las presiones de contacto se originan cuando se realiza la conexión.

Desde hace poco, se han fabricado géneros tubulares para zonas petroleras los cuales pueden dilatarse radialmente a partir de sus diámetros iniciales después de su intalación para la aplicación prevista. Por ejemplo, consulte R.D. Mack • y otros, How in si tu expansión affects casing and tubing properties, Workd Oil, July 1999, Gulf Publishing Co., Houston, TX, en donde encontrará una descripción de géneros tubulares para zonas petroleras dilatados radialmente. Los géneros tubulares que pueden dilatarse radialmente tiene una 10 aplicación particular como tubería de revestimiento en los pozos productores de petróleo y gas. Ha sido una cuestión difícil de resolver sellar conexiones de tubos que pueden dilatarse radialmente utilizando sellos metálicos conocidos en este campo , COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La invención es un sello para conexiones o acoplamiento de conductos que pueden dilatarse radialmente. El sello consiste en una primera superficie para sellar ubicada cerca de un extremo de la parte macho de la conexión y una segunda 20 superficie para sellar ubicada cerca de un extremo de la parte hembra de la conexión. Tanto la primera como la segunda superficie para sellar son básicamente opuesta una de la otra después de la conexión de las partes macho y hembra. El sello abarca una primera superficie de espacio libre cerca de la primera superficie para sellar en la parte macho y una seguna superficie de espacio li re cerca de la segunda superficie para sellar en la parte hembra. Tanto la primera como la segunda superficie de espacio libre son • fundamentalmente opuestas entre sí después de la conexión de las partes macho y hembra. Cada una de las superficies tiene un diámetro antes de la dilatación radial, por lo que no hay contacto entre las superficies de espacio 1: bre . Durante la dilatación radial de las partes macho y hembra después del 10 acoplamiento de las mismas, no hay contracto entre las • superficies de espacio libre, en cambio las superficies para sellar si entran en contacto entre sí originando una presión de contacto . En una aportación, el espacio libre entre las • 15 superficies para sellar antes de la dilatacion radial de la conexión es de aproximadamente 30 a 40% de la medida de la dilatación radial . En una aportación, el espacio libre entre las superfices de espacio libre antes de la dilataciói. radial de la 20 conexión es de aproximadamente 50 a 55 respecto a la cantidad de la dilatación radial . En una aportación, las superficies para sellar se encuentran en un ajuste de interferenc a antes de la dilatación radial de la conexión. Depués de la dilatación radial, la presión de contacto entre las superficies para sellar aumenta. En una aportación, el acoplamiento es un acoplamiento roscado que tiene roscas ajustadas en las partes macho y hembra del acoplamiento. La superficie de espacio libre en la parte macho está cerca del extremo roscado y la superficie de espacio libre en la parte hembra está cerca del inicio de la rosca en la aportación de acoplamiento roscado . te 10 BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS • La figura 1 muestra un tipo de conexión tubular roscada que se utilizaba antes. La figura 2 muestra una aportación del sello de conexión de la invención antes de la dilatación radial de las juntas y conexiones tubulares . La figura 3 muestra una aportación del sello de conexión de la invención después de la dilatación radial de las juntas y conexiones tubulares. DESCRIPCIÓN DETALLADA 20 La figura 2 da un ejemplo de una conexión tubular 10A como se utiliza en géneros tubulares que pueden dilatarse radialmente. Dicho ejemplo está enfocado a un acoplamiento roscado. La figura 2 es un corte transversal de un lado de la conexión tubular roscada 10A y la imagen de la figura 2 debería considerarse giratoriamente simétrica* en relación con el eje (que no aparece) de la conexión tubular 10A. Dicha conexión 10A es el resultado de la unión de un miembro macho roscado 30 y un miembro hembra roscado 32. Los • miembros macho 30 y hembra 32 tienen roscas correspondientes 36 y 34, respectivamente, las cuales al momento de encajar brindan al acoplamiento axial fuerza para unir las juntas tubulares. Las roscas 34 y 36 puede ser de cualquier tipo conocido en este campo para acoplar géneros tubulares y es 10 posible que sean de un tipo de sellar o de no sellar. El tipo especial de roscas seleccionado dependerá, como se conoce en este campo, del uso que tendrán los géneros tubulares que formarán la conexión 10A. El tipo de roscas no es una limitante para esta invención. Es importante también • W 15 tener en cuenta que la conexión 10A puede ser resultado de la unión de segmentos del conducto (que no se muestran de manera independiente) , los cuales tienen un macho a ambos extremos y están conectados por un segmento corto con miembros hembra a ambos extremos; dicho segmento corto se 20 conoce como "collar". Asimismo, la conexión 10A puede formarse en donde cada segmento del conducto presenta un macho a un extremo y una hembra al otro. Esta invención podrá aplicarse con éxito en cualquiera que sea la conexión del conducto .

En el ejemplo de la figura 2, el miembro hembra 32 presenta al extremo de estrella* roscado una superficie de espacio libre 42 y una superficie para sellar 44. El miembro macho 30 presenta al extremo de sus roscas 36 una superficie de espacio libre 38 y una superficie para sellar 40. Cada una de las superficies de espacio libre 38 y 42 en los miembros macho y hembra, respectivamente, puede ser paralelas al eje (que no aparece) de la conexión 10A a fin de definir la superficie normalmente cilindrica o pueden ser ahusadas. De manera similar, las superficies para sellar 40 y 44 pueden ser paralelas, sin embargo se prefiere que éstas sean ahusadas como se muestra en la figura 2. Aunque las superficies para sellar 40 y 44, según se muestra en la figura 2, son paralelas entre sí así como pueden ser ahusadas, debe considerarse que no es necesario que dichas superficies mantengan una posición paralela respecto a la otra. En la invención, el espacio libre entre las superficies de espacio libre 38 y 42 es mayor en comparación con el espacio libre entre las superficies para sellar 40 y 44 antes de la dilatación radial de los miembros macho 30 y hembra 32. El espacio libre adicional entre las superficies de espacio libre 38 y 42 resulta en una deformación radialmente interna del área de la superficie del sello (en particular la superficie del sello 44) en la hembra 32 cuando esta última se dilata radialmente, reflejándose en una presión de contacto elevada entre las superficies para sellar 40 y 44. En la aportación de la figura 2, la superficie de espacio libre 42 de la hembra 32 tiene un • diámetro interno mayor que el que tiene la superficie para sellar 40 de la hembra 32 a fin de dar un mayor espacio libre entre las superfices de espacio libre correspondientes 38 y 42 que las superficies para sellar correspondientes 40 y 44. También es posible proporcionar un espacio libre mayor 10 entre las superficies de espacio libre 38 y 42 decreciendo el diámetro externo de la superficie de espacio libre 42 del macho 30 en relación con la superficie para sellar 44 del macho 30. Para efectos de esta invención, podrá aplicarse cualquier otra combinación de diámetros internos en las Wr 15 superficies de la hembra 38 y 40, así como diámetros externos en las superficies del macho 42 y 44 que dan un mayor espacio libre entre las superficies de espacio libre 38 y 42 correspondientes. Aunque la figura 2 muestra las superficies para sellar 20 40 y 44 con poco espacio libre entre ambas antes de la dilatación radial del macho 30 y la hembra 32, dichas superficies pueden tener un contacto de interferencia entre sl . Cuando las superficies para sellar 40 y 44 se encuentren en contacto de interferencia antes de la dilatación radial, posterior a esta dichas superficies entrarán en contacto una con la otra a una presión de contacto más elevada que antes de la dilatación mientras que no hay contacto entre las superficies de espacio libre 38 y 42 después de la dilatación. El espacio libre entre las superficies de espacio libre 38 y 42 antes de la dilatación radial dependerá de, entre otros factores, el grado de dilatación radial que se va a aplicar al macho 30 y a la hembra 32, así como del diámetro anterior a la dilatación del macho 30 y a la hembra 32. Por lo general, no es muy recomendable que el espacio libre sea mayor al grado de dilatación o sea menor al grado que va ampliarse el espacio libre. Lo recomendable es que el grado de espacio libre entre las superficies para sellar sea de aproximadamente 30 a 40% de la medida de dilatación que va a aplicarse, aunque podrán utilizarse espacios libres de otras medidas para esta invención, incluyendo el ajuste de interferencia, como ya se explicó anteriormente. Un espacio libre anterior a la dilatación que se prefiere para las superficies de espacio libre es de aproximadamente 50 a 55% de la medida de expansión radial, aunque podrán utilizarse espacios libres de otras medidas para esta invención. El aspecto importante es que las superficies de espacio libre 38 y 42 conservan cierto espacio libre entre ambas después de la dilatación radial del macho 32 y la hembra 30. La figura 3 muestra la conexión 10A posterior a la dilatación radial del macho 30 y la hembra 32. Como se puede • apreciar en la figura 3, las superficies para sellar 40 y 44 se colocaron en posición de contacto entre sí para sellar debido a la dilatación radial del macho 30 y hembra 32. Las superficies de espacio libre 38 y 42 no entraron en contacto una con la otra debido a la dilatación radial del macho 30 y ß.10 hembra 32. * Si bien la aportación de la invención descrita en el presente documento abarca un acoplamiento roscado para unir segmentos de conductos, para efectos de esta invención no es necesario el uso de acomplamientos roscados. Por ejemplo, • 15 los conectores J-slot teniendo en cuenta los machos de fijación en el extremo del macho, con las muescas correspondientes en el extremo de la hembra podrían dar al • acoplamiento axial fuerza para mantener juntos el macho y la hembra. Expertos en la materia pueden visualizar otros tipos 20 de acoplamiento que no se utilizan para acoplar las roscas. Expertos en la materia se darán cuenta que la descripción anterior se hace sólo para ejemplificar las aportaciones de la invención las cuales pueden distinguirse que no se alejan del espíritu de la invención tal y como se da a conocer. En consecuencia, la invención sólo se verá limitada por las reivindicaciones anexas . • • •

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un sello para una conexión de conductos que pueden dilatarse, que está compuesto por: Una primera superficie para sellar situada cerca de un extremo de la parte macho de dicha conexión; Una segunda superficie para sellar situada cerca de un extremo de la parte hembra de dicha conexión, tanto la primera como la segunda superficie para sellar básicamente se oponen entre sí después de la conexión de dichas partes ß.10 macho y hembra; • Una primera superficie de espacio libre cerca de dicha superficie para sellar en dicha parte macho; y Una segunda superficie de espacio libre próxima a la segunda superficie para sellar de dicha parte hembra, dichas • 15 primera y segunda superficies de espacio libre así como primera y segunda superfices para sellar, cada una teniendo un diámetro tal que antes de la dilatación radial de dichas partes macho y hembra dichas superficies de espacio libre están próximas a cada una de las otras pero sin entrar en 20 contacto entre sí, y después de dicha dilatación radial dichas superficies de espacio libre no entran en contacto y dicha primera y segunda superficies para sellar entran en contacto entre si a fin de crear una presión de contacto.
2. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que al menos una de dichas primera y segunda superficies para sellar está ahusada.
• 3. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que dichas primera y segunda superficies para sellar son paralelas a un eje de dicha conexión roscada.
4. El sello según se define en la reivindicación 1 en la JO que dichas primera y segunda superficies para sellar no • entran en contacto entre sí antes de la dilatación radial.
5. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que dichas primera y segunda superficies para sellar antes # 15 de dicha dilatación radial tiene un espacio libre entre sí de aproximadamente 30 a 40% de la medida de la dilatación radial .
6. El sello según se define en la reivindicación 1 en la 20 que dichas primera y segunda superficies para sellar se encuentran en contacto de interferencia con la otra antes de dicha dilatación radial .
7. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que un espacio libre entre dichas superficies de espacio libre antes antes de dicha dilatación radial es de aproximadamente 50 a 55% de la medida de dicha dilatación • 5 radial
8. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que dicha segunda superficie de espacio libre tiene un diámetro interno mayor a dicha primera superficie para y.0 sellar. •
9. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que dicha primera superficie de espacio libre tiene un diámetro externo menor a la dicha primera superfice de 15 espacio libre.
10. El sello según se define en la reivindicación 1 en la que dicha conexión de conductos está compuesta por una conexión roscada, en donde dicha primera superficie de 20 espacio libre de la parte macho está cerca del extremo roscado de de la misma, y dicha segunda superficie de espacio libre de dicha parte hembra se encuenta cerca de un estrella roscada localizada en dicha parte hembra. lllyC RESUMEN Se describe un sello para una conexión de conductos que pueden dilatarse. El sello engloba una primera superficie para sellar localizada cerca de un extremo de una parte macho de la conexión y una segunda superficie para sellar correspondiente localizada cerca de un extremo de una parte hembra de la conexión. Tanto la primera como la segunda superficie para sellar ocupan básicamente posiciones opuestas entre sí una vez que se conectaron las partes macho y hembra. El sello abarca una primera superficie de espacio libre cercana a la primera superficie para sellar y una segunda superficie de espacio libre cercana a una segunda superficie para sellar. Tanto la primera como la segunda superficie de espacio libre ocupan básicamente posiciones opuestas entre sí una vez que se conectaron las partes macho y hembra. Cada una de las primera y segunda superficies de espacio libre así como de las primera y segunda superficies para sellar tiene un diámetro tal que después de la dilatación radial de las partes macho y hembra ya conectadas, las superficies de espacio libre siguen sin entrar contacto en tanto que las superficies para sellar entran en contacto entre sí a fin de crear una presión de contacto. En una de las aportaciones, el espacio entre las superficies para sellar antes de la dilatación es de aproximadamente 30 a 40% de la medida de la dilatación. En otra aportación, las superficies para sellar se encuentran en contacto de interferencia antes de la dilatación. En otra aportación, las superficies de espacio libre tienen un espacio libre, antes de la dilatación, de aproximadamente 50 a 55% de la medida de expansión. En una aportación específica, la conexión de conductos es un acoplamiento roscado .