ACOPLAMIENTOS PARA CUERDAS PARA TALADRO ROTATORIO Campo de la Invención La presente invención se refiere a acoplamientos para cuerdas para taladros rotatorios. La presente invención también se refiere a acoplamientos para tubos o tuberías, los cuales pueden ser conectados juntos atornillados. Dichos tubos o tuberías se deberán incluir dentro del término "cuerdas para taladro rotatorio". La presente invención también se refiere a perfiles atornillados adecuados para dichos acoplamientos. Antecedentes de la Invención Convencionalmente, las cuerdas para taladros rotatorios tienen una serie de componentes, cada uno de ellos con un elemento macho de acoplamiento (o perno), acomodado para acoplarse con un elemento hembra complementario (o enchufe) para acoplar juntos los componentes adyacentes de las cuerdas para el taladro. El elemento de acoplamiento macho tiene una porción distante roscada divergente, terminada por una superficie de apoyo anular; mientras que el elemento de acoplamiento hembra tiene una perforación roscada interna convergente (o enchufe) en donde es terminado el extremo distante del elemento de acoplamiento hembra por una superficie de apoyo anular que se opera para engancharla con la superficie de apoyo anular alrededor del elemento de acoplamiento macho.
Los componentes de la cuerda para taladro rotatorio pueden ser acoplados y desacoplados hasta de 1000 a 1500 veces durante su ciclo de vida. También es conocido proporcionar un separador entre las superficies de apoyo anular respectivas en los elementos de acoplamiento macho y hembra para asimilar cualquier desgaste en las porciones roscadas respectivas. Como los acoplamientos deben poder transmitir una torsión rotatoria considerable, con frecuencia se presenta una dificultad, también considerable, para liberar los elementos de acoplamiento macho y hembra acoplados; y era un conocimiento convencional que esto era debido al contacto de alta fricción de las porciones atornilladas entre las roscas respectivas. Sumario de la Invención Sin embargo, el inventor ha descubierto que el factor principal en la dificultad para el desacoplamiento de los elementos acoplados, es debido al enganche de alta fricción entre las caras de apoyo anulares respectivas. Debido a que los separadores conocidos son fabricados del mismo material o un material similar al de las cuerdas para taladro rotatorio, el contacto de alta fricción entre las caras de apoyo anulares respectivas y las caras adyacentes de los separadores, también da como resultado la dificultad para desacoplar los componentes de las cuerdas para taladro. El inventor también ha descubierto, que las altas cargas de fricción son debidas a un ángulo principal bajo de las cuerdas BECO
de 6" (152.4mm) utilizadas generalmente para los acoplamientos convencionales. Es un objeto de la presente invención proporcionar un anillo (o un cuerpo anular) entre las caras de apoyo anulares adyacentes de los elementos de acoplamiento macho y hembra (de las cuerdas para taladro rotatorio), en donde el anillo (o cuerpo anular) tiene un coeficiente de fricción más bajo que el material del elemento de acoplamiento. Es un objeto preferido de la presente invención proporcionar un receso anular en por lo menos una de las caras de apoyo anulares para recibir y ubicar el anillo. Es otro objeto adicional de la presente invención proporcionar un acoplamiento para cuerdas de taladro rotatorio que incorpora el anillo anteriormente descrito. Todavía es otro objeto preferido de la presente invención, una rosca de entrada múltiple para los acoplamientos con el fin de aumentar el ángulo principal de las cuerdas (por ejemplo) en un 100%. Todavía es un objeto preferido adicional de la presente invención endurecer las cuerdas y los apoyos de los acoplamientos de perno y enchufe. Otros objetos preferidos podrán ser apreciados a partir de la siguiente descripción. En un aspecto, la presente invención reside en un acoplamiento para un elemento macho y un elemento de
acoplamiento hembra de una cuerda para taladro rotatorio, tal y como se describió anteriormente, en donde: un anillo o cuerpo anular que tiene un coeficiente más bajo de fricción es interpuesto o colocado entre las superficies de apoyo anulares de los elementos de acoplamiento macho y hembra. De preferencia, se proporciona un receso anular en por lo menos una de las caras de apoyo anulares para recibir y ubicar el anillo. En un segundo aspecto, la presente invención reside en un acoplamiento para cuerdas para taladro rotatorio, (tal y como se describió anteriormente) que incorpora un anillo o cuerpo anular, con un coeficiente de fricción más bajo interpuesto entre las caras de apoyo anulares de los elementos de acoplamiento macho y hembra. De preferencia, el anillo o cuerpo anular es enganchado o recibido en un receso anular en por lo menos una de las superficies de apoyo anulares. De preferencia, la(s) cara(s) de conexión del enchufe y/o las caras de conexión de los elementos de acoplamiento son endurecidas utilizando un proceso de endurecimiento por inducción. Las caras pueden ser endurecidas hasta una profundidad de, por ejemplo, 0.3 a 0.5mm. En un tercer aspecto, la presente invención reside en un acoplamiento para un elemento de acoplamiento macho y un elemento de acoplamiento hembra de una cuerda para taladro
rotatorio, en donde los elementos respectivos tienen cuerdas de entrada múltiple con ángulos principales relativamente altos. De preferencia, las roscas y las superficies de apoyo de los elementos de acoplamiento son endurecidas, por ejemplo, por medio de tratamiento térmico. En un cuarto aspecto, la presente invención reside en un acoplamiento para un elemento de acoplamiento macho y un elemento de acoplamiento hembra de una cuerda para taladro rotatorio que incluye el anillo o cuerpo anular del primer aspecto y la rosca de entrada múltiple del tercer aspecto. Breve Descripción de los Dibujos Para hacer posible que la presente invención sea completamente entendida, a continuación se describirán las modalidades preferidas haciendo referencia a los dibujos que la acompañan en los cuales: La figura 1 es una vista lateral de los componentes típicos de una cuerda para taladro rotatorio; La figura 2 es una vista lateral seccional de un elemento de acoplamiento hembra de acuerdo con la presente invención que utiliza una rosca BECO estándar; La figura 3 es una vista similar de un ensamble de acoplamiento con un elemento de acoplamiento macho de acuerdo con la presente invención, teniendo los elementos de acoplamiento la rosca de la presente invención; La figura 4 es una vista lateral seccional del anillo;
La figura 5 es una vista ampliada del detalle 5 de la figura 4; La figura 6 es una vista esquemática que muestra la forma que el ángulo principal de la rosca es medido; Las figuras del 7 al 9 son vistas laterales del extremo y en perspectiva respectivas del acoplamiento macho (o perno); Las figuras del 10 al 12 son vistas lateral seccionales y del extremo en perspectiva respectivas del acoplamiento hembra (o enchufe); La figura13 es una vista lateral seccional de los perfiles de rosca del perno y enchufe en una escala ampliada; Las figuras del 14 al 17 son vistas laterales seccionales de cuatro roscas de entrada múltiple alternativas para el perno y enchufe; y La figura 18 es una vista lateral seccional de una conexión de enchufe hembra que tiene una superficie endurecida por inducción. (Nota: Las dimensiones y ángulos indicados en los dibujos, son solamente ilustrativos y no limitan el alcance de la presente invención). Descripción Detallada del Invento Haciendo referencia a la figura 1, una cuerda para taladro 10 incorpora un cabezal 11, un taladro de acero 12, y un portabrocas (o estabilizador) 13 para ser adaptados juntos y pasados a través de un revestimiento de cubierta rotatorio.
El cabezal 11 es conectado a una transmisión rotatoria adecuada (no mostrada), y la broca del taladro (no mostrada) puede ser conectada al portabrocas, (o estabilizador) 13. Un elemento de acoplamiento hembra 130 (ver figura 2) tiene una perforación roscada internamente convergente 131 (que forma un enchufe para recibir un elemento de acoplamiento macho complementario 120), el extremo distante de la perforación roscada 131 por una cara de apoyo anular 132 en el extremo distante del elemento de acoplamiento hembra. Haciendo referencia a la figura 3, el elemento de acoplamiento macho 120 tiene una porción roscada divergente 121 en el extremo del componente de la cuerda de taladro, en donde se proporciona una cara de apoyo anular 122 en el extremo de la porción roscada 121 separada del extremo o nariz distante 123. Cuando los elementos de acoplamiento macho y hembra convencionales son atornillados, las caras de apoyo anulares respectivas (equivalentes a las caras de apoyo 122, 132) son enganchadas (o son separadas por un separador de acero, no mostrado) para hacer posible que la porción rotatoria sea transferida desde un componente de cuerda de taladro al otro componente. Tal y como se describió anteriormente, se genera una carga de fricción extremadamente alta entre las superficies de apoyo, la cual puede hacer que sea extremadamente difícil el desacoplamiento de los elementos de acoplamiento macho y hembra convencionales (si no es que imposibles).
Tal y como se muestra en la figura 3, el elemento de acoplamiento macho 120 de acuerdo con la presente invención, está provisto con un anillo reductor de torsión 124 recibido en un receso anular 125 en la cara de apoyo anular 122, extendiéndose el anillo de reducción de torsión 124 más allá de la cara de apoyo anular 122, por ejemplo, 2mm en donde el anillo reductor de torsión puede ser de un espesor de por ejemplo, 4mm). Haciendo referencia a la figura 2, el elemento de acoplamiento hembra 130 de acuerdo con la presente invención, tiene un anillo reductor de torsión 134 recibido en un receso 135 en la cara de apoyo anular 132, y permanece más allá de la superficie de apoyo anular 132. El elemento de acoplamiento macho 120 puede ser utilizado como un elemento de acoplamiento hembra convencional, o con un elemento de acoplamiento hembra modificado 130; mientras que el elemento de acoplamiento hembra 130 puede ser utilizado con un elemento de acoplamiento macho convencional o un elemento de acoplamiento macho modificado 120. Los anillos reductores de torsión 124, 134, que se muestran con mayor detalle en las figuras 4 y 5, se proporcionan para proporcionar una superficie de baja fricción, para reducir la torsión requerida para el desacoplamiento de los elementos. Los anillos 123, 134 pueden ser hechos de muchos materiales diferentes para adaptarlos a aplicaciones diferentes, incluyendo metales ferrosos o aleaciones, por ejemplo, AISI 4140 nitrado, metales no ferrosos y
aleaciones, por ejemplo, bronce HTB1 y/o materiales no metálicos tales como plásticos, elastómeros o compuestos, o una combinación de dos o más de los mismos. El propósito especifico de los recesos 125, 135, y los anillos de coeficiente de fricción bajo (reductores de torsión) 124, 134, es hacer posible el desacoplamiento de los elementos de acoplamiento en una torsión inferior que la que se está experimentando actualmente en las cuerdas para taladro rotatorio de paso múltiple. Los recesos 125, 135, sirven para tres propósitos - primero, para ubicar los anillos 124, 134, en una posición radial cuando existen fuerzas perpendiculares al eje de la cuerda para taladro que actúan en los anillos 124, 134 durante el acoplamiento y el desacoplamiento; segundo, retener la forma de los anillos 124, 134 conforme se someten a la carga, ya que una porción de los anillos es alojada en los recesos rígidos de modo que el material de los anillos resistirá el ser aplastados fuera de forma (particularmente cuando se trata de anillos de plástico); y en tercer lugar, retener los anillos en un lado particular del acoplamiento, de modo que no se deslicen hacia arriba o se muevan fuera de posición para la siguiente operación de acoplamiento. No se puede utilizar una simple roldana plana delgada (particularmente de un material no metálico) simplemente colocada entre las caras de apoyo anulares cuando los acoplamientos son acoplados y desacoplados continuamente, debido a los problemas con (a), la separación de las rondanas proveniente de la carga
lateral y (b) el pegado a la grasa en las roscas y el movimiento fuera de posición. El inventor ha establecido que los elementos de acoplamiento macho y hembra, 120, 130 (o pernos 120 y los enchufes 130) pueden ser acoplados más fácilmente cuando están provistos con roscas, por ejemplo, roscas de entrada múltiple, las cuales tienen un ángulo principal más alto que las cuerdas BECO convencionales. El ángulo principal, y el ángulo formado por un triángulo de ángulos rectos soportando un lado el diámetro de paso de la rosca, y el otro lado, la mitad de la rosca (o el paso). Conforme las roscas son ahusadas, se toma una medición de 2.54m (= 1") desde la cara de la rosca macho. El ángulo principal a de las roscas (ver figura 6) es definido por la formación: Ángulo principal a = (? x diámetro principal/paso) tan"1 Por ejemplo, una rosca BTCO de 6" tiene un diámetro de paso de 25.4 desde la cara d?l perno = 152.4mm (= 6"), y un ángulo principal (o paso) de 12.7mm (= 0.5"). .-. ángulo principal a = (?Á x 12.7/152.4) tan-1 = 2.39° Los ángulos principales típicos de las roscas BECO convencionales son los siguientes: 3" 4.75° 31/2" 4.08° 4" 3.58°
AW 3.18° 5%" 3.18° 6" 2.39° 8" 1.79° Tal y como se muestra en las figuras del 7 al 13, el acoplamiento macho (o perno) 120 y el acoplamiento hembra (o enchufe) 130 están provistos con roscas de entrada múltiple en particular de 2-entradas, 140, 150 en donde los ángulos respectivos son el doble del ángulo principal de las roscas BECO de diámetro equivalente, por ejemplo: DIÁMETRO ÁNGULO PRINCIPAL ÁNGULO PRINCIPAL
ROSCA BECO
PRESENTE INVENCIÓN 6" 2.39° 4.76° 8" 1.79° 3.58° Haciendo referencia a las figuras del 14 al 17, cada una describe una rosca de dos entradas alternativa (par), para los pernos (o acoplamientos macho), 120 del a al d, y los enchufes (o acoplamientos hembra) 130 del a al d. Nota: la presente invención no está limitada a las dimensiones/ángulos particulares mostrados en los dibujos. En las modalidades de roscas para tornillo de las figuras del 14 al 17, las roscas respectivas tienen picos frustocónicos, y valles substancialmente semicirculares, en donde las caras principal y posterior de las roscas, son ambas inclinadas por 30° incluyendo los ángulos en los planos radiales al eje de las roscas.
Los ángulos principales a de las roscas son más grandes que los ángulos principales de las roscas BECO de 6" (1.524 mm) y 8" (2.032 mm) estándar e indudablemente, son generalmente del doble del tamaño (por ejemplo 4.76° y 4.58° comparados con 2.39° y 1.79°, respectivamente, de las roscas BECO). Esto disminuye la presión sobre las caras de apoyo 125, 135 y por lo tanto, las cargas sobre los anillos reductores de torsión 124, 134. Esto reduce los índices de desgaste de los anillos, aumentando su vida de servicio y/o permitiendo que se puedan usar anillos "más suaves" (por ejemplo, de bronce HTB1 en vez de AISI 4140 nitrado). Los ángulos principales más grandes de las roscas de entrada múltiple, también reducen la cantidad de torsión requerida para acoplar los acoplamientos. El funcionamiento de las roscas puede ser mejorado todavía más, endureciéndolas por medio de tratamientos térmicos, incluyendo nitrado, endurecimiento superficial, o endurecimiento total. El endurecimiento aumentará la cantidad de veces que puede ser acoplado y desacoplado un acoplamiento, debido a las superficies más duras en las roscas. El solicitante ha ensayado el uso de los anillos de las caras tal y como se describieron anteriormente, en conexiones de pernos BECO de 6" (1.524 mm) y 41/2" (1.143 mm) . Estos anillos de las caras fueron hechos de un acero con endurecimiento superficial el cual es maquinado, endurecido y posteriormente, se rectifica su superficie. La incidencia de cierre de la rosca ha sido recudida
dramáticamente, especialmente cuando es utilizada con las roscas de dos entradas de las figuras 14 a 17, tal y como se describieron anteriormente. Sin embargo, todavía se causa un daño en la cara del anillo debido al contacto con la cara de conexión del enchufe más delgada con partículas de metal en la grasa. Tal y como se muestra en la figura 18, la solución de este problema es endurecer la cara de la conexión del enchufe 200 utilizando un proceso conocido como endurecimiento por inducción. Este proceso de endurecimiento por inducción comprende pasar un electrodo extremadamente caliente más allá de la conexión del enchufe, y calentarlo hasta una temperatura tal, que cuando el chorro de agua para enfriarlo es aplicado al electrodo, el material es endurecido. La profundidad del material más duro, por ejemplo de 0.3 a 0.5mm, y su dureza son influenciadas por la temperatura, la cara del enchufe, y la severidad de la extinción. Si la cara del enchufe es endurecida a una dureza similar a la del anillo de la cara, entonces ambas caras permanecerán más lisas durante la operación y por lo tanto, se disminuye la oportunidad de que se cierre la rosca. Combinando los anillos reductores de torsión con las roscas de entrada múltiple, se reduce de una manera notable la torsión requerida para desacoplar los acoplamientos. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que la presente invención proporciona una solución relativamente simple, pero muy eficiente, para la industria de los taladros rotatorios en cuanto al problema del atoramiento de las roscas del taladro durante el
proceso de talad rado, hasta un pu nto tal q ue la llave del taladro es incapaz de separar los componentes . Se pueden hacer varios cambios y modificaciones a las modalidades descritas e ilustradas sin salirse del alcance de la presente invención .