MXPA02002846A

MXPA02002846A - Conexion de tubo.

Info

Publication number: MXPA02002846A
Application number: MXPA02002846A
Authority: MX
Inventors: Quadflieg Erich
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2004-12-13
Also published as: NO326307B1; DE19955377A1; AR026011A1; CA2389216C; EP1232322A1; AU2148001A; CA2389216A1; US6511102B2; ATE243807T1; EP1232322B1; NO20021962D0; NO20021962L; JP5066316B2; BR0015454A; JP2003514201A; US20020017788A1; WO2001034936A1; DE50002679D1; DE19955377C2

Abstract

La invencion se refiere a una conexion tubular con un elemento de espiga que comprende una seccion roscada conica externa que se localiza entre un hombro externo y una cara frontal de la espiga, una seccion sin rosca que se localiza entre el hombro externo y la seccion roscada externa, y una seccion sin rosca que se localiza entre la seccion roscada externa y la cara frontal de la espiga, y con un elemento de manguito que se puede atornillar sobre el elemento de espiga que comprende una seccion roscada interna, conica, que se localiza entre un hombro interno y una cara frontal del manguito, y una seccion sin rosca que se localiza entre el hombro exterior y la seccion roscada interna asi como tambien una seccion sin rosca que se localiza entre la seccion roscada interna y la cara frontal del manguito.

Description

CONEXION DE TUBO DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a una conexión tubular con un elemento de espiga y un elemento de manguito de acuerdo al preámbulo de la reivindicación 1. Las perforaciones marítimas de gas se realizan cada vez a mayores profundidades de agua que involucran mayores presiones de yacimiento. Estas perforaciones deben mantenerse y repararse. Sin embargo, no existen en el mercado herramientas satisfactorias para ese propósito, es decir, tubos especiales que se puedan atornillar para formar un ramal. La actividad de perforación modificada exige una herramienta con una conexión tubular que satisfaga los requerimientos a - alta resistencia a la presión interna y estanqueidad de gas, - ejecución insensible y robusta para un manejo' rudo y aplicación muchas veces repetida de la misma herramienta, - atornillado múltiple sin pérdida de la función de estanqueidad, - altos momentos de atornillado y a consecuencia alta precargá contra tensiones de flexión alternante respectivamente altos momentos rotativos para trabajos de rehabilitación, - montaje y desmontaje fácil y rápido, - posibilidad de reparación fácil y a costos favorables. Actualmente se ejecutan trabajos de perforación marítima y de mantenimiento con grandes conexiones tubulares roscadas, que tienen capacidad para resistir las grandes presiones internas de gas, pero que debido a su baja capacidad de atornillado repetido son muy susceptibles a reparaciones, y por lo tanto solo pueden ser usadas pocas veces, es decir, ocasionan altos costos. Estas conexiones se construyen además sin considerar las altas tensiones de flexión alternante causadas por el oleaje, las corrientes o la vibración de vórtices necesariamente presentes en trabajos de perforación marítima y mantenimiento, de tal manera que su posibilidad de uso repetido se ve fuertemente limitada debido a su baja resistencia a la flexión alternante . También es posible usar uniones de brida, que sin embargo requieren de una gran inversión de tiempo para su instalación y desmontaje y que por lo tanto causan costos altos. Para cumplir con los requerimientos exigidos se recomienda en general una conexión para varillaje tubular de ejecución especial, particularmente con hombro interior y exterior, ya que la construcción con tope doble permite la absorción de altos momentos de atornillado y por consiguiente también de altos momentos de par de giro de trabajo. Sin embargo, la conexión para varillaje tubular es permeable para presiones mayores de gas. Se sabe que es posible lograr una obturación contra presiones internas de gas mediante un anillo obturador adicional, por ejemplo de material de Teflón. Sin embargo, esta obturación tiene una capacidad . de utilización múltiple limitada y solo es adecuada para presiones bajas (ver folleto Mannesmann OCTG - "Premium Test Drill Pipe for high pressure oil and gas wells" No. 2/89) . Una conexión tubular de nuevo género se conoce del documento WO 96/03605. Esta conexión tubular usada como varillaje de perforación comprende un elemento de espiga con una sección de rosca cónica externa que se localiza entre el hombro externo y una cara frontal de la espiga, y una sección sin rosca que se localiza entre el hombro externo y la sección externa roscada asi como una que se localiza entre la sección de rosca externa y la cara frontal de la espiga, y comprende, para atornillar s.obre el elemento de espiga, un elemento de manguito con una sección cónica de rosca interna entre el hombro interno y la cara frontal del manguito asi como una sección sin rosca entre el hombro interno y la sección de rosca interna y una entre el segmento con rosca interna y la cara frontal del manguito, de tal manera que las secciones sin rosca que se localizan frente a frente en estado atornillado son más largas en la sección del hombro externo que las secciones sin rosca del elemento de espiga y de manguito en la sección del hombro interno. El hombro externo que hace contacto con la cara frontal del manguito durante el atornillado forma el hombro primario. Una conexión tubular comparable se revela en el documento DE 32 45 819 Bl. Esta conexión tubular conformada también como conector de varillaje tubular comprende las mismas características que le conexión tubular antes descrita, y también en esta construcción es el hombro externo el que forma el hombro primario que se activa primero durante el atornillado. La longitud de las secciones libres de rosca también es mayor en la sección del hombro externo que las secciones libres de rosca en la sección del hombro interno. Adicionalmente se sugiere seleccionar una distancia mayor entre la cara frontal del manguito y el hombro interno que la distancia de la cara frontal de la espiga al hombro externo. De esta manera se produce un intersticio cuando la cara frontal del manguito hace contacto con el hombro externo durante el atornillado a mano. Ambas conexiones tubulares conocidas no satisfacen las exigencias especiales que deben hacerse a las conexiones tubulares para la perforación marítima y trabajos de mantenimiento. Objetivo de la invención es desarrollar la conexión tubular de doble tope conocida de manera que satisfaga las exigencias especiales para trabajos de perforación y mantenimiento marítimas. Las exigencias especiales son alta estanqueidad de gas con presiones internas superiores a 700 kg/cm2, alta resistencia contra esfuerzos alternantes de flexión, robustez en el manejo y capacidad de reutilización frecuente sin perjuicio de la estanqueidad, así como instalación y desmontaje rápido y posibilidad de reparación rápida y a costos favorables. Este objetivo se logra partiendo del preámbulo en combinación con las características distintivas de la reivindicación 1. Los perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones subordinadas. Se utilizan de manera conocida los topes interno y externo usuales para recibir los altos momentos de par de giro exigidos. Con el fin de limitar adicionalmente la carga del tope interno que actúa de manera secundaria, se construyó una sección larga de la espiga sin rosca, que lleva un elemento de la obturación metálica. En lo subsecuente la sección sin rosca del elemento de espiga en el tope interior se designa como labio. La longitud del labio es por lo menos dos veces más larga, y preferiblemente tres veces más larga que la sección sin rosca en el hombro externo. Esto tiene el efecto de que con creciente momento de atornillado el hombro exterior se carga proporcionalmente más y las tensiones de presión axial que reducen la capacidad de resistencia a la presión interna se mantienen bajas en el labio. Un efecto negati-vo es, sin embargo, que un labio más largo recibe una alta carga de flexión poniendo asi en peligro la función del asiento de obturación. Este problema se resuelve mediante la colocación de un contacto de soporte que reduce la flexión a un limite inofensivo. En el elemento de manguito se ha previsto una ranura para incrementar la elasticidad entre la zona de rosca y de obturación, cuya función no consiste en descargar el cuerpo del manguito mediante la reducción de picos de tensión en el sentido de una ranura de descarga, sino en primer lugar en hacer esa zona más elástica para reducir la compresión en el labio. Esa ranura sirve al mismo tiempo para recibir la grasa excesiva de atornillado de la rosca, que se puede acumular allí sin ejercer una presión nociva sobre el sistema de obturación. La dimensión de la ranura toma en cuenta además el uso de herramientas de roscar de dientes múltiples para la manufactura económica de la rosca. Mediante una selección adecuada de los radios de las superficies de contacto de formación esférica en el elemento de manguito, asi como mediante la optimización de las distancias de influencia reciproca del asiento de obturación a la cara del tope y de la posición del contacto de soporte, se logra que en el asiento de obturación se produzca una presión de superficie constante suficientemente alta e independiente de las tolerancias de fabricación de la cubierta así como de la diferencia en longitud entre los elementos de espiga y de manguito y que las fluctuaciones se atrapen en el contacto de soporte. Las superficies de contacto de ejecución esférica pueden colocarse alternativamente en la sección sin rosca del elemento de espiga frente al hombro interior, con lo que la sección sin de rosca del elemento de manguito que coopera con el se forma como superficie inclinada plana. Los cálculos y análisis dieron como resultado que con las siguientes relaciones de los parámetros relevantes se logran los resultados deseados R0smin<t 1.25 Rv as * ca. i x a0 a0,2 t.6 .... 2.4) Q.S...G.7) R0 = Radio de la superficie de contacto de obturación RL = Radio medio del labio de obturación Rs = Radio de la superficie de contacto de soporte UD = Sobremedida en la superficie de contacto de obturación (Z5«1,5....2.0) s 0.2 = limite de estiramiento E = módulo de elasticidad Us = sobremedida en la superficie de contacto de soporte LID = distancia hombro interno - asiento de obturación SL = espesor medio del labio LDS = distancia asiento de obturación - contacto de soporte LSG = distancia contacto de soporte - principio de rosca Los cálculos se basan además en el supuesto de que la rosca producida en las secciones roscadas tenga un flanco de carga más empinado que en roscas comparables (por ejemplo API) de 15 a 20° (preferiblemente 18°) y un paso de 1 a 1.57 cuerdas por cm (preferiblemente 1.2 cuerdas por cm) así como un cono de 1:4 hasta 1:8 (preferiblemente 1:6), para reducir la componente radial a causa de las cargas axiales. El cono de obturación debe ser de 1:3 hasta 1:5 (preferiblemente 1:4). El gran avance de la rosca y el cono de obturación empinado producen un camino corto de fricción durante el proceso de atornillar y desatornillar y por consiguiente a bajo desgaste. De acuerdo a otra característica de la invención el hombro interno se forma como hombro de 90°. Esto tiene la ventaja que se evita la formación de fuerzas radiales en caso de compresión, lo que tendría efectos negativos sobre el sistema de obturación. En el dibujo se ilustra más de cerca la conexión tubular según la invención en base a un ejemplo de ejecución. Muestra: Fig. la un elemento de manguito según la invención en corte longitudinal de un solo lado. Fig. Ib un elemento de espiga según invención en corte longitudinal de un solo lado y Fig. 2 la forma de rosca conformada según invención a escala mayor. En el dibujo la se presenta un elemento 1 de manguito en ejecución según la invención en corte longitudinal de un solo lado y en el dibujo Ib un elemento 2 de espiga ejecutado según la invención. El elemento 1 de manguito comprende una . sección 5 cónica de rosca interna que se ubica entre un hombro 3 interno y una cara 4 frontal de manguito. Entre el principio de la sección 5 de rosca interna y la cara 4 frontal de manguito se localiza una sección 6 cónica sin rosca. La segunda sección 20 sin rosca del elemento 1 de manguito se localiza entre la terminación de la sección 5 de rosca interna y el hombro 3 interno. El diámetro exterior del elemento 1 de manguito se señala mediante flecha 8. El elemento de espiga 2 ejecutado según invención y que se pueda atornillar al elemento 1 de manguito comprende una sección 11 de rosca externa que se ubica entre el hombro 9 externo y una cara 10 frontal de espiga. Entre la terminación de la sección 11 de rosca externa y el hombro 9 externo se localiza una sección 12 de ejecución cilindrica sin rosca y la segunda sección 19 sin rosca del elemento 2 de espiga se localiza entre el principio de la sección 11 de rosca externa y la cara 10 frontal de la espiga. Según invención, la segunda sección 20 sin rosca del elemento 1 de manguito se subdivide en un segmento 26 de obturación y una ranura 7, que ocupa el espacio entre la terminación de la sección 5 de rosca interna y el principio del segmento 26 de obturación. En el segmento 26 de obturación . se ubican dos superficies 13, 14 de contacto de contorno esférico. La superficie 13 de contacto más cercana al hombro 3 interno se ejecuta como asiento de obturación y la superficie 14 de contacto más alejada como contacto de soporte. Asiento 13 de obturación y contacto 14 de soporte cooperan durante el proceso de atornillar con una superficie 15 cónica recta que se ubica en la sección 19 sin rosca del elemento 2 de espiga. La inclinación de esta superficie 15 cónica se selecciona de forma empinada y se ubica de preferencia cerca de 1:4. En dirección a la sección 11 con rosca externa se convierte en una segunda superficie 16 cónica de inclinación más plana y que preferiblemente comprende una inclinación de 1:6. En virtud de la diferencia de inclinación la superficie 16 de transición sirve como protección del asiento de obturación contra daño. La inclinación de la superficie 16 cónica de transición corresponde preferentemente también a la inclinación de la sección 5 de rosca interna y de la sección 11 de rosca externa. El hombro 9 externo del elemento 2 de espiga forma el hombro primario, que se es el que primero se activa durante el proceso de atornillar con fuerza. Esto se logra debido a que la distancia 17 entre el hombro 3 interno y la cara frontal de manguito es mayor que la distancia 18 entre el hombro 9 externo y la cara 10 frontal de espiga. Otra característica esencial de la conexión tubular ejecutada según la invención es que la longitud de la sección 19 sin rosca del elemento 2 de espiga en la zona del tope interno es por lo menos el doble de la longitud de la sección 6 sin rosca del elemento 1 de manguito en la zona del tope externo. El diámetro interior del elemento 2 de espiga se señala mediante flecha 21. En el dibujo 2 se presenta a escala mayor la forma de rosca ejecutada según invención. La parte superior de la figura comprende como sección 1½ diente 22.1, 22.2 de la sección 5 de rosca interna del elemento 1 de manguito. La parte inferior comprende como sección un diente 23.1 de la sección 11 de rosca externa del elemento 2 de espiga. La forma básica de ambas secciones 5, 11 de rosca es una rosca circular burda, en base a standard API, que se recomienda para el atornillado frecuente necesario que llega a ser 100 veces o más, y para el engarce rápido, conocido como "Stabbing" del elemento 2 de espiga y el elemento 1 de manguito. El flanco 24 de guia tiene análogamente con la rosca Rotary de API un ángulo de 30°. Divergente de API, el ángulo del flanco 25 de carga es más empinado en el rango de 15 a 20° preferentemente de 18°. Esto es cierto de igual manera para los dientes 23.1 de la sección 11 de rosca externa del elemento 2 de espiga.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Conexión tubular con un elemento de espiga que comprende un elemento de espiga con una sección de rosca cónica externa que se localiza entre el hombro externo y una cara frontal de la espiga, y una sección sin rosca que se localiza entre el hombro externo y la sección externa roscada así como una que se localiza entre la sección de rosca externa y la cara frontal de la espiga, y comprende, para atornillar sobre el elemento de espiga, un elemento de manguito con una sección cónica de rosca interna entre el hombro interno y la cara frontal del manguito asi como una sección sin rosca entre el hombro externo y la sección de rosca interna y una entre el segmento con rosca interna y la cara frontal del manguito, siendo que las secciones sin rosca de los elementos de espiga y manguito que se localizan frente a frente en estado atornillado muestran en la zona del hombro interno una longitud diferente a la de las secciones de los elementos de espiga y manguito que se localizan en la zona del hombro externo, caracterizada porque el hombro externo del elemento de espiga que durante el proceso de atornillado entra en contacto con la cara frontal del manguito forma el hombro primario y la distancia entre la cara frontal de la espiga y el hombro externo es menor que la distancia entre la cara frontal del manguito y el hombro interno del elemento de manguito, porque las secciones sin rosca que se localizan en la zona del hombro interno respectivamente la cara frontal de la espiga son por lo menos dos veces más largas que las secciones sin rosca que se localizan en la zona del hombro externo respectivamente la cara frontal del manguito, siendo que la sección sin rosca del elemento de manguito comprende una ranura y un segmento de obturación y porque la sección sin rosca del elemento de espiga que se localiza más próxima a la cara frontal de la espiga en estado atornillado entra en contacto con el segmento de obturación del elemento de manguito y forma una obturación metálica, siendo que el segmento de obturación está provisto de dos superficies de contacto axialmente distantes una de otra, de las cuales la superficie que sirve de asiento de obturación se localiza más cerca . y la segunda superficie de contacto que ejerce un efecto de soporte más lejos del hombro interno y ¦ que la ranura que se coloca con el fin de incrementar la elasticidad, se ubica entre la sección roscada interna y el segmento de obturación.
2. Conexión tubular según la reivindicación 1, caracterizada porque las secciones sin rosca que se localizan en la zona del hombro interno respectivamente la cara frontal de la espiga son tres veces más largas que las secciones sin rosca que se localizan en la zona del hombro externo respectivamente la cara frontal de lmanguito.
3. Conexión tubular según reivindicación 1 y 2, caracterizadas porque en las secciones de rosca interna y externa se proporciona una rosca standard gruesa, cuyo flanco de carga comprende un rango de ángulo entre 15 y 20° y el flanco de guia un ángulo de 30°.
4. Conexión tubular según reivindicación 3, caracterizada porque el flanco de carga comprende un ángulo de 18°.
5. Conexión tubular según reivindicación 3 y 4, caracterizada porque el avance de rosca se localiza en el rango de 1 a 1.57 cuerdas por centímetro.
6. Conexión tubular según reivindicación 5, caracterizada porque el avance de rosca es de 1.2 cuerdas por centímetro.
7. Conexión tubular según reivindicación 3 a 6, caracterizada porque el cono de las secciones roscadas se encuentra en la gama de 1:4 hasta 1:8.
8. Conexión tubular según reivindicación 7, caracterizada porque el cono de las secciones roscadas es de 1:6.
9. Conexión tubular según una de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizada porque el elemento de espiga comprende en la sección sin rosca una superficie de contacto recta con orientación oblicua, y el elemento de manguito dos superficies de contacto de ejecución convexa, esférica que cooperan con ella.
10. Conexión tubular según reivindicación 9, caracterizada porque los radios de las superficies de contacto en el elemento de manguito son mayores que el radio medio del labio del elemento de espiga y que el radio de la superficie de contacto de obturación es siempre menor que el de la superficie de contacto de soporte. RD = mínimo 1.25 x RL Rs = aprox. 2 x RD RD = radio de la superficie de contacto de obturación RL = radio medio del labio de obturación Rs = radio de la superficie de contacto de soporte
11. Conexión tubular según una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizada porque la-sobremedida en las superficies de contacto, equivalente a la diferencia de diámetro del elemento de manguito y el elemento de espiga, depende del material, siendo que la sobremedida en la superficie de contacto de soporte es siempre menor que la de la superficie de contacto de obturación. s0,2 l > s z1 * R. x (?1 a t.3....2.4) {=2- 0.5....0.7) UD = sobremedida en la superficie de contacto de obturación s 0.2 = limite de estiramiento E = módulo de elasticidad Us = sobremedida en la superficie de contacto de soporte
12. Conexión tubular según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque las distancias entre las superficies de contacto de obturación y el extremo del elemento de espiga, por un lado, y entre la superficie de contacto de obturación y la superficie de contacto de soporte por el otro, asi como aquellas entre la superficie de contacto de soporte y el principio de rosca satisfacen las siguientes condiciones. LID = distancia hombro interno - asiento de obturación L,„ »z3xU0x y' - (z3« 1.2....1.5) LoS = 4 jRixSt (r4«C.5...0.S) Lje-rSx Lo, (Z5 » 1.5....2.0) SL = espesor medio del labio LDS = distancia asiento de obturación - contacto de soporte LSG = distancia contacto de soporte - principio de rosca
13. Conexión tubular según una dé las reivindicaciones 7 a 12, caracterizadas porque la inclinación del cono hacia la superficie recta de contacto del elemento de espiga su ubica en el rango entre 1:3 hasta 1:5, que posteriormente transita hacia una inclinación correspondiente a la sección roscada.
14. Conexión tubular según reivindicación 13, caracterizada porque la inclinación del cono de la superficie recta de contacto del elemento de espiga es de 1:4.
15. Conexión tubular según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizada porque el hombro interno esta ejecutado como hombro de 90°.