MXPA03005476A - Sello de corrosion reemplazable para conexiones roscadas. - Google Patents

Abstract

La conexion (10) roscada entre los extremos de pasador (50) y de jaca (30) de dos tubos (15, 20) se sella externa e internamente para proteger las roscas (40, 55) en la conexion de la exposicion a fluidos corrosivos. Se proporcionan sellos (60, 65) en cada extremo axial de las roscas. Los sellos externos se forman mediante acoplamiento de metal a metal entre el pasador y la caja y un tercer cuerpo de metal asegurado circunferencialmente alrededor del pasador. El cuerpo (90) de metal se puede configuracion hacia una superficie de sello de pasador anular deseada para coincidir con y sellarse con la caja en la formacion completa de la conexion. El cuerpo de metal se puede remover y reemplazar como se requiera para reparar o reconstruir la superficie de sello de pasador.

Description

SELLO DE CORROSIÓN REEMPLAZABLE PARA CONEXIONES ROSCADAS Referencia a Solicitudes Relacionadas Esta solicitud es una continuación en parte de la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 09/679470 cedida al Cesionario de la presente solicitud. Esta solicitud reclama la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. No. de serie 60/262,809, presentada el 20 de enero de 2001 y cedida al Cesionario de la presente solicitud.

Campo de la Invención La presente invención se relaciona con conectores roscados utilizados para asegurar los extremos de cuerpos tubulares juntos. Más particularmente, la presente invención se relaciona con conexiones roscadas provistas con sellos reemplazables para proteger las roscas en conexiones de tubería de la exposición a fluidos corrosivos.

Antecedentes de la Invención Las lineas de tubería que se extienden a través de cuerpos de agua salada se emplean para múltiples propósitos, f ecuentemente asociados con la perforación de pozos de petróleo y gas y la producción y distribución del petróleo y gas producidos por los pozos. Cuando las líneas de tubería no están enterradas o ancladas sólidamente de otra manera dentro del cuerpo de agua salada, se someten a cargas dinámicas que eventualmente pueden ocasionar que las lineas de tubería se rompan o fallen de otra manera. Los esfuerzos inducidos por la carga dinámica en las conexiones de los cuerpos tubulares individuales que forman la línea de tubería son de interés particular. Las líneas de tubería unidas que se aseguran juntas mediante el acoplamiento roscado de conectores de pasador y ca a en l°s extremos de las secciones de tubería individuales se emplean en tuberías elevadoras marinas así como líneas de tubería sumergidas y otras líneas de suministro de fondo a superficie. Las líneas de tubería verticales marinas se construyen típicamente de secciones de tubería tubulares que están aseguradas juntas en sus extremos mediante conectores especiales diseñados para soportar los efectos destructivos de la carga dinámica que actúa en la tubería vertical. La carga dinámica de la tubería vertical es ocasionada por corrientes marinas cambiantes, cambios en la tensión superficial ejercida que resulta del viento y acción de ola contra un soporte superficial de la tubería vertical, y otros factores . Los efectos de la carga dinámica en las conexiones utilizadas en aplicaciones marinas pueden desviarse, en parte, mediante el uso de conectores que tienen la resistencia requerida para soportar las fuerzas impartidas por el medio ambiente. Las conexiones de tubería vertical convencionales emplean de manera típica conexiones de tipo de junta de herramienta pesadas que están soldadas hacia el extremo de la tubería. Estas conexiones son muy resistentes al daño por fatiga y frecuentemente emplean un espaldón de par de torsión de metal a metal como un sello externo, similar al diseño empleado en una junta de herramienta de tuberia de perforación convencional. Las conexiones de este tipo tienen un factor de concentración de esfuerzo (SCF) muy bajo y proporcionan un sello ambiental que impide que el agua de mar haga contacto con las roscas en la conexión. El diseño de junta de herramienta es costoso de maquinar y requiere el paso añadido y costo de soldadura del conector a la tuberia. El procedimiento de soldadura también produce un punto de falla por fatiga potencial para el conector dinámicamente cargado. Además, en comparación con una conexión roscada y acoplada convencional, la conexión de tipo de junta de herramienta es extremadamente pesada, requiriendo de soporte superficial adicional. Las conexiones roscadas y acopladas convencionales se han empleado satisfactoriamente, durante períodos cortos, como la tubería vertical externa en una instalación marina. Estas conexiones cuesta menos de 1/6 parte del costo de los conectores de tipo de junta de herramienta. La confiabilidad de tiempo prolongado de estas conexiones convencionales en un ambiente de agua salada bajo condiciones de carga dinámica, sin embargo, no es razonablemente predecible. La incertitud se desprende del hecho que, cuando se utiliza como tuberías verticales, las roscas de conectores roscados y acoplados convencionales están expuestas al agua salada que puede acelerar la corrosión del área roscada. La carga dinámica de la tubería vertical constantemente flexiona las conexiones lateralmente e impone tensión ciclica y esfuerzos de compresión en los componentes conectados. Cualesquiera roscas de pasador no acopladas que se han maquinado hacia la porción de tubería de la conexión están expuestas al agua salada. Estas roscas expuestas concentran los esfuerzos ejercidos en la tuberia. Añadiendo los efectos de corrosión a la concentración de esfuerzo cíclico expone irrazonablemente la conexión a una falla inducida por fatiga que generalmente ocurrirá en el área de la última rosca completa formada en el cuerpo del miembro de pasador de la conexión. La resistencia de una conexión roscada y acoplada convencional se optimiza formando las roscas de pasador de manera que las raíces de rosca "corran fuera" o continúen disminuyendo en profundidad sobre la superficie externa de la tubería hasta que desaparecen en un punto llamado como la "última grieta". Los giros finales de las roscas no han un corte de profundidad completa hacia el cuerpo de tubería y normalmente no se pretenden para estar acoplados y cubiertos por roscas en el acoplamiento coincidente. Desde el punto del último acoplamiento roscado completo con las roscas de caja a la última grieta de las roscas de pasador, las roscas de pasador en una conexión roscada y acoplada convencional están expuestas al ambiente circundante. Los efectos corrosivos del agua salada en esta área de exposición pueden acelerar la falla de un conector sometido a fuerzas dinámicamente inducidas, cíclicas. La Solicitud de Patente de E.U.A. No. de Serie 9/679470, previamente citada, describe un diseño de conector en el que las roscas de salida de pasador normalmente expuestas en conexiones roscadas y acopladas, completamente acopladas, se sellan del agua salada para impedir la corrosión del área roscada que puede acelerar la falla inducida por fatiga en lineas de tubería dinámicamente cargadas. Los sellos se pueden emplear con conectores roscados y acoplados convencionales permitiendo la fabricación de líneas de tubería que son económicas y de peso ligero en comparación con las líneas de tubería construidas con conectores de tipo de junta de herramienta convencionales . La porción de sello externa de la invención de la Solicitud No. de Serie 09/679470 se puede proporcionar mediante acoplamiento de metal a metal entre el pasador y caja o mediante un sello anular elastoméríco comprimido entre el pasador y caja. El sello externo de metal a metal se puede proporcionar mediante acoplamiento de la cara de la caja con un espaldón formado en el extremo de pasador de una tubería no alterada. El espaldón también se puede proporcionar agrandando el diámetro exterior del pasador. Cuando se proporciona un sello elastoméríco, anular, el sello puede ser llevado en la superficie externa del cuerpo de pasador y se puede disponer en la caja del conector. El diámetro exterior agrandado de la porción de pasador del conector de la solicitud original se forma expandiendo la pared de tubería radialmente hacia afuera. Una superficie de sello de pasador de cono truncado se maquina externamente en el área radial agrandada. Cuando el conector se ensambla, la superficie de sello de pasador acopla una superficie de sello de caja de cono truncado internamente adyacente al extremo de la caja. El acoplamiento de las dos superficies de sello forma un sello externo que impide que el agua salada entre al área roscada de la conexión. Durante el proceso de fabricación, si la superficie de sello de pasador no está apropiadamente maquinada en el cuerpo expandido de la tubería, la sección de tubería completa se puede hacer inutilizable . De manera similar, si un sello apropiadamente maquinado se hace defectuoso a través de mal manejo subsecuente o uso, la pared expandida restante de la tubería puede no ser adecuada para reconstruir o reparar el sello dañado, resultando en una pérdida de la junta de tubería completa.

Compendio de la Invención Un sello de metal a metal entre la conexión de pasador y caja de un tubular roscado se forma externamente del pasador en un cuerpo tubular que comprende una base de sello de metal que se añade separadamente a la superficie externa del metal que forma el extremo de pasador de la conexión. Una parte importante de la presente invención es la provisión de un tercer elemento de sello de metal además de los componentes de pasador y caja que se agrega separadamente al componente de pasador para proporcionar la superficie de sello de pasador deseada. En el caso del sello formado en la base de sello se dañe durante la construcción, manejo o uso, la base de sello separadamente agregada se puede remover del extremo de pasador y reemplazar con otra base de sello para proporcionar la superficie de sello de pasador requerida. El cuerpo de tubería tubular o junta en el que el pasador se forma se puede reutilizar mútliples veces reconstruyendo o reparando el sello de pasador. La superficie externa del conector de extremo de pasador tubular se agranda soldando una construcción de metal hacia la superficie, o mediante la colocación de un cuerpo de metal anular alrededor de la superficie, para formar una base de sello de pasador externa. La base de sello de pasador se maquina en la construcción o formación de soldadura para formar una superficie de sellado de pasador anular adyacente al área de extracción de rosca de pasador de una conexión de pasador roscado completada. Cuando un cuerpo anular se utiliza para proporcionar la base de sello de pasador, el cuerpo anular puede maquinarse previamente antes de ser soldado al conector para proporcionar la superficie de sello de pasador deseada adyacente al área de extracción de rosca de pasador. La superficie de sello de pasador formada por cualquier método está adaptada para acoplar y sellar con una superficie de sello de caja coincidente para proteger las roscas acopladas de pasador y caja del conector del contacto con los fluidos corrosivos dentro de los cuales se extiende la conexión. Si el sello de pasador se corta inapropiadamente durante el proceso de maquinado o se daña durante el manejo y uso del conector, la construcción de soldadura o cuerpo de metal anular se pueden separar y reemplazar para proporcionar una nueva superficie de sellado de pasador. Solamente el área de sello de la junta de tuberia se trabaja nuevamente de manera que la junta de tuberia se conserve durante este proceso de reposición. En contraste, la reparación o reconstrucción de una superficie de sellado de pasador en un conector de pasador de una junta de tuberia formada expandiendo radialmente una pared de cuerpo tubular de manera que el agrandamiento radial sea una parte integral de la junta de tuberia no puede ser posible. Tal es el caso, por ejemplo, cuando el agrandamiento no tendría suficiente extensión radial para acomodar el maquinado requerido para efectuar la reparación o cuando la pared tubular se reducirla indeseablemente en espesor mediante la reparación de maquinado requerida. El agrandamiento del conector de extremo de pasador de la presente invención se puede hacer aplicando una nervadura de soldadura al diámetro exterior del cuerpo tubular o soldando o asegurando de otra manera un anillo de metal anular a la superficie circunferencial externa del cuerpo. Una vez que el agrandamiento está en su lugar sobre el cuerpo tubular, la superficie de sellado de pasador deseada se puede maquinar hacia la nervadura de soldadura o el anillo de metal anular. El anillo de metal también se puede maquinar con la superficie de sellado deseada antes de asegurarse al cuerpo tubular. La superficie de sellado de pasador puede asumir la configuración de una superficie de cono truncado para proporcionar una área expandida para acoplamiento de sello con una superficie de sello de caja correspondientemente configurada o se puede formar como una banda anular con una sección transversal semiesférica para proporcionar un sello de línea de contacto con la superficie de sello de caja. De lo que antecede, se observará que un objeto primario de la presente invención es proporcionar un miembro de tubería tubular que tiene una superficie de sello de pasador externa que se puede reparar o reconstruir si el sello se maquina de manera inapropiada o queda dañado del manejo o uso. También es un objeto de la presente invención proporcionar un sello externo mejorado para proteger las roscas acopladas en una conexión de pasador y caja de la exposición a fluidos corrosivos que rodean a la conexión.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en cuarto de sección, parcialmente rota, que ilustra una superficie de sellado de metal a metal de cono truncado que forma un sello externo entre un extremo de caja de acoplamiento y un extremo de pasador de tubería de la presente invención, La Figura 1A es una ilustración en sección transversal detallada del sello externo del conector de la presente invención; La Figura 2 es una vista en cuarto de sección de una conexión modificada de acoplamiento y tubería de la presente invención, que ilustra un sello de metal a metal semiesférico, de contacto de linea, que forma un sello externo entre la conexión de pasador y caja de la presente invención; La Figura 3 es una vista en cuarto de sección de una conexión de acoplamiento y tubería modificada de la presente invención, que ilustra un sello semiesférico de contacto de linea de metal a metal y un anillo de sello elastomérico que forma un sello externo entre la conexión de pasador y caja de la presente invención; La Figura 3A es una ilustración en sección transversal detallada del sello externo del conector de la Figura 3 de la presente invención; La Figura 4 es una vista agranda a sección transversal que ilustra detalles en la formación de una nervadura de soldadura que forma una base de sello de pasador reemplazable sobre la que se puede maquinar una superficie de sello de pasador; y La Figura 5 es una vista en sección transversal amplificada que ilustra detalles en la colocación de un anillo de metal anular alrededor de un conector de pasador que forma una base de sello de pasador reemplazable sobre la que se puede maquinar una superficie de sello de pasador.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas.

La Figura 1 de los dibujos ilustra una conexión de acoplamiento y pasador de la presente invención indicada generalmente en 10. La conexión 10 está formada mediante el acoplamiento de un acoplamiento 15 y tubería 20. El acoplamiento 15 se proporciona con cajas 25 y 30 internamente roscadas que se extienden axialmente desde cualquier extremo de una área 35 de acoplamiento central. Las roscas 40 se forman internamente de la caja 25 y se forman roscas 45 internamente de la caja 30. La tubería 20 se rosca externamente para formar un pasador indicado generalmente en 50. Las roscas 55 formadas en la superficie externa del pasador 50 se ilustran completamente acopladas con las roscas 40 de caja. El acoplamiento 15 está dimensionado axialmente para extenderse a través del área roscada completa ocupada por las roscas 55. La conexión 10 proporciona un sello 60 interno y un sello 65 externo que protegen las roscas 40 y 55 del contacto con los fluidos externos e internos al acoplamiento y tubería. Las roscas 55 de preferencia corren fuera a la superficie externa de la tubería 20 y terminan en una "última grieta" antes de alcanzar el sello 65 externo. El sello 60 interno se proporciona mediante el acoplamiento de metal a metal de la área de extremo axial del pasador 50 con la pared circundante del acoplamiento y un espaldón 70 de acoplamiento interno .

Como se ilustra mejor en la Figura 1A, el sello 65 externo se proporciona mediante el acoplamiento de una superficie 75 de sellado de cono truncado formada internamente adyacente al extremo abierto de la caja 25 con una superficie 80 de sellado de cono truncado correspondiente formada externamente de una base 85 de sello de pasador anular reemplazable. La base 85 de sello de pasador anular se suelda o conecta de manera segura de otra manera a la superficie externa de la tubería 20. La base 85 de sello de pasador de preferencia se asegura a o se forma en la tubería 24, antes de que las roscas 55 de pasador se maquinen en el extremo de la tubería 20. La base 85 de sello se puede aplicar a la tubería 20 como una nervadura de soldadura con una sección transversal como se indica en la Figura 4 o se puede aplicar como un anillo de metal separado que tiene una sección transversal como se indica en la Figura 5. Durante el proceso de maquinado, las roscas 55 en el extremo de pasador, la base de sello se maquina para producir la configuración de sección transversal ilustrada en la Figura 1A. Se observaré que, en algunas aplicaciones, la base 85 de sello se puede preformar en la configuración de sección transversal ilustrada en la Figura 1A y a continuación se asegura a la tubería 20, eliminando la necesidad de cualquier maquinado adicional. Cuando se desea un sello externo de contacto de línea, la base de sello de pasador se puede maquinar hacia un sello 90 semiesférico asegurado a una tubería 95 como se ilustra en las Figuras 2, 3 y 3A. Como con el sello de cono truncado ilustrado en la Figura 1, el sello 90 se puede construir asegurando un anillo de metal preformado con una sección transversal semiesférica a la tubería 95 para eliminar el requisito para maquinar después de que la base de sello de pasador se asegura a la tubería. En la forma preferida de la invención, sin embargo, el sello semiesférico se maquina con transiciones hacia el cuerpo de tubería con filetes 96 y 97 de radio, como se ilustra en la Figura 3A, para impedir tuberías verticales de esfuerzo. Cuando el material que proporciona la base de sello de pasador se maquina de manera inapropiada o se daña durante el manejo o uso, el material que forma la base de sello de pasador se puede rectificar o eliminar de otra manera de la superficie externa de la tubería. El proceso descrito para formar una nervadura de soldadura o añadir un anillo anular puede luego repetirse para construir la superficie de sello de pasador deseada. Las Figuras 2 y 3 ilustran un acoplamiento 15a modificado con una caja 30a en la que el sello de contacto de línea de metal a metal externo se suplementa con un anillo 100 de sello elastomérico, anular. El anillo de sello se recibe en una ranura 105 anular formada internamente del extremo de la caja 30a. La Figura 4 ilustra una sección transversal de una nervadura 110 de soldadura anular provista alrededor de la circunferencia externa de una tubería 115. Una sección transversal de contorno punteado 120 ilustra la configuración de sección transversal de la superficie de pasador externa que queda después del proceso de maquinado. La Figura 5 ilustra una sección transversal de un anillo 125 de metal anular asegurado de manera circunferencialmente externa a una tubería 130. Una sección transversal 135 de contorno punteado ilustra la configuración de sección transversal de la superficie de pasador externa que permanece después del proceso de maquinado. Se observará que las dimensiones de sección transversal del principio de la nervadura de soldadura o del anillo de metal anular que forma la base de sello de pasador externo se seleccionan para acomodar la configuración final deseada del sello externo. Aún cuando se han descrito formas preferidas de la presente invención con detalle en la presente, se observará que otras formas , modificaciones y variaciones de la presente invención se pueden hacer sin abandonar el espíritu o alcance de la invención, que se define más completamente dentro de los términos de las siguientes Reivindicaciones.

Claims (7)

REI I DICACIONES

1.- Un conector para conectar juntos el extremo de pasador libre y el extremo de caja libre de dos cuerpos tubulares, que comprende: un pasador que tiene roscas de pasador externamente en un extremo de un primer cuerpo tubular, las roscas de pasador extendiéndose desde un punto de partida en el primer cuerpo tubular y terminando adyacente al extremo de pasador libre, una caja que tiene roscas formadas internamente en un extremo de un segundo cuerpo tubular, las roscas de caja extendiéndose desde un punto de partida en el segundo cuerpo tubular y terminando adyacente al extremo de caja libre, el pasador adaptado para ser recibido en y acoplado roscadamente dentro de la caja, un sello externo entre el pasador y la caja adyacente al punto de partida de la rosca de pasador y adyacente al extremo de caja libre, el sello externo comprendiendo una superficie de sello de pasador formada externamente del pasador en un tercer cuerpo tubular que comprende una base de sello de metal agregada separadamente al primer cuerpo tubular, y un sello interno adyacente al punto de partida de las roscas de caja y el extremo de pasador libre, mediante lo cual las roscas de pasador y las roscas de caja están confinadas entre los sellos externo e interno cuando el pasador y la caja están acoplados.

2. - El conector de conformidad con la reivindicación 1, en donde las roscas de pasador corren fuera un diámetro exterior del primer tubular en el punto de partida de las roscas de pasador.

3. - Un conector de conformidad con la reivindicación 1, en donde la superficie de sello de pasador se forma en un anillo de metal anular asegurado al primer cuerpo tubular.

4. - Un conector de conformidad con la reivindicación 1, en donde la superficie de sello de pasador se forma en una nervadura de soldadura asegurada al primer cuerpo tubular.

5. - Un conector de conformidad con la reivindicación 1, en donde las roscas de pasador y las roscas de caja están completamente confinadas entre los sellos externo e interno cuando el pasador y la caja están acoplados.

6. - Un conector para conectar junto con el extremo de pasador libre y el extremo de caja libre de dos cuerpos tubulares, que comprende: un pasador que tiene roscas de pasador formadas externamente en un extremo de un primer cuerpo tubular, las roscas de pasador extendiéndose desde un punto de partida en el primer cuerpo tubular y terminando adyacente al extremo de pasador libre, un pasador que tiene roscas de pasador formadas externamente en un extremo de un primer cuerpo tubular, las roscas de pasador extendiéndose desde un punto de partida en el primer cuerpo tubular y terminando adyacente al extremo de pasador libre, una caja que tiene roscas de caja formadas internamente en un extremo de un segundo cuerpo tubular, las roscas de caja extendiéndose desde un punto de partida en el segundo cuerpo tubular y terminando adyacente al extremo de caja libre, el pasador adaptado para ser recibido en y acoplado roscadamente con la caja, un sello externo entre el pasador y la caja al punto de partida de la rosca de pasador y adyacente al extremo de caja libre, el sello externo comprendiendo un cuerpo anular construido separadamente de metal asegurado en el extremo de pasador de un cuerpo tubular, y un sello interno adyacente al punto de partida de las roscas de caja y el extremo de pasador libre, mediante lo cual las roscas de pasador y las roscas de caja se confinan entre los sellos externo e interno cuando el pasador y caja se acoplan.

7. - Un conector de conformidad con la reivindicación 6, en donde el cuerpo de metal se proporciona con una sección transversal semiesférica para proporcionar una superficie de sello de contacto de linea con el extremo de caja de un cuerpo tubular. 9.- Un conector de conformidad con la reivindicación 6, en donde el sello externo incluye un anillo de sello elastoraérico anular llevado en una ranura anular formada en el segundo cuerpo tubular.