Published: For two-letter codes referió the "Guid- — with intemational search report ance Notes on Codes and Abbreviations " appearing at the be.gin- níng ofea h regular issue o ihe PCT Gazette. (88) Date of publication of the intcrnatlonal scarch report: 23 June 2005
UN COMPONENTE TUBULAR PROPORCIONADO CON ELEMENTOS ROSCADOS MUTUAMENTE ORIENTADOS, Y UN METODO PARA PRODUCIR EL MISMO
MEMORIA DESCRIPTIVA
La invención se refiere a un método para producir un componente tubular proporcionado en cada uno de sus dos extremos con un elemento roscado que comprende una rosca macho o hembra y un rodamiento de tope de atornillamiento que puede formar parte de una cadena de componentes tubulares en donde dos componentes consecutivos se ensamblan mutuamente al unir la rosca macho del elemento roscado de un componente en la rosca hembra de un elemento roscado del otro componente, los rodamientos a tope correspondientes entrando en contacto de apoyo mutuo, el método comprende los siguientes pasos: a) montar el componente en el mandril de un torno; b) maquinar un primer elemento roscado en un extremo del componente utilizando el torno; c) revolver el componente en el mandril del torno; y d) maquinar un segundo elemento roscado en el otro extremo del componente utilizando el torno, utilizando una herramienta de maquinado que se desplaza con respecto a la estructura del torno bajo el control de un programa, desde una posición dada.
Dicho método puede aplicarse a cualquier componente tubular de longitud larga tal como una tubería o un componente tubular de longitud corta tal como un acoplamiento. Las cadenas de componentes tubulares tales como aquellos mencionados anteriormente se encuentran en uso ordinario como cadenas tubulares para perforar o explorar pozos de hidrocarburo. Los métodos usuales para maquinar los componentes tubulares de dichas cadenas no pueden garantizar que una generatriz dada de un componente se alineará con una generatriz dada de otro componente después de ensamblar los dos componentes mediante atornillamiento de contacto. Dicha coincidencia es necesaria cuando los componentes reciben accesorios alargados a lo largo de sus generatrices que tienen que ser alineadas de un componente al siguiente, por ejemplo para formar líneas de control o cadenas de cables. US-B-6 363 598 describe un método para producir una cadena de componentes tubulares alternativamente compuestos de tuberías de gran longitud cada una proporcionada con un elemento roscado macho con una rosca ahusada en cada extremo y con acoplamientos de longitud corta cada uno provisto con un elemento roscado hembra con una rosca ahusada en cada extremo, cada elemento roscado macho ajustado en contacto de rodamiento en un elemento roscado hembra, en donde las marcas de orientación del método elaboradas en los componentes entran en alineación mutua. Ese método conocido necesita que se lleven a cabo una variedad de operaciones de maquinado sucesivas en cada elemento roscado: remover una porción de extremo del elemento, maquinar una saliente interna en el caso de un elemento roscado hembra, maquinar una superficie ahusada, posteriormente roscando. Las operaciones deben llevarse a cabo utilizando parámetros comunes para todos los componentes de la cadena. Ese documento no describe la producción de tuberías de gran longitud cada una proporcionada con un elemento roscado macho en un extremo y un elemento roscado hembra en el otro extremo. El objetivo de la invención es permitir a los componentes de una cadena de componentes tubulares alinearse correctamente, superando las limitaciones del método conocido. En particular, la invención se refiere un método del tipo definido en la introducción y siempre que: • entre los pasos b) y c): e) un primer calibrador de orientación se atornilla en el primer elemento roscado, el calibrador comprende una rosca que corresponde con el primer elemento roscado y un rodamiento de tope de atornillamiento y que tiene una marca en su periferia externa, para llevar a los rodamientos a tope del elemento roscado y el calibrador de orientación en contacto de apoyo mutuo;
f) una marca de orientación alineada axialmente con la marca en el calibrador de orientación se traza en la periferia externa del componente; • durante el paso c), el componente se coloca de manera que su marca de orientación se ubique en la misma posición angular con respecto al mandril como en el paso f); • durante el d), la posición de partida de la herramienta se define después de que por lo menos una prueba preliminar en donde los pasos a), b), e), f), c) y d) son seguidos por los siguientes pasos: g) un segundo calibrador de orientación que comprende una rosca que corresponde con el segundo elemento roscado y un rodamiento de tope de atornillamiento y que tiene una marca en su periferia externa que se atornilla en el segundo elemento roscado para llevar los rodamientos de atornillamiento del elemento roscado y el calibrador de orientación en contacto de apoyo mutuo; el segundo calibrador de orientación utilizado durante el paso g) siendo el primer calibrador de orientación si las roscas del primer y segundo elemento roscados son ambas macho o ambas hembra o siendo de un tipo de correspondencia para el primer calibrador de orientación y que tiene su marca axialmente alineada con la marca del primer calibrador de orientación cuando el primer y segundo calibradores de orientación se atornillan en rodamiento si uno de los elementos roscados es macho y el otro es hembra; y h) la inclinación entre las marcas en el componente y el calibrador de orientación se compara con un valor de referencia predefinido Q y la nueva posición de partida de la herramienta de maquinado se define como desplazada axialmente con respecto a la posición inicial mediante una cantidad determinada como una función de la dirección y amplitud de cualquier desviación. El valor de referencia Q puede definirse experimentalmente como una función de una variedad de parámetros, tal como el par de torsión de atornillamiento y la cantidad de grasa. En la presente descripción el término "marca" o "marca de orientación" significa una marca colocada en un objeto que tiene una forma general de revolución para marcar una generatriz particular de ese objeto. Dicha marca puede tomar la forma de una línea trazada a lo largo de dicha de generatriz en una superficie periférica del objeto. El marcado puede lograrse al depositar tinta o cualquier otra sustancia que deje un trazo duradero, o mediante escarificación utilizando un punto agudo. El término "desfasado angular" designa una distancia angular entre dos elementos, pro ejemplo "marcas", alrededor de un eje de revolución. El término "desviación" o "desviación angular" denota la diferencia entre le desfasado angular establecido y un valor de referencia establecido del mismo. Características complementarias o alternativas opcionales de la invención se mencionan a continuación: • el desfasado axial de la posición de partida de la herramienta de maquinado comprende una cantidad: + Q C = Px 2p
P siendo el avance de rosca y siendo el valor de dicha desviación medida en radianes; • dicha cantidad C se calcula utilizando la fórmula:
B siendo la longitud del arco circular subtendido en una superficie periférica del componente con diámetro D, entre la marca del mismo y el plano medio axial que contiene la marca del calibrador de orientación, dicho arco teniendo un valor de radianes a. Q se determina de manera que durante el atornillamiento mutuo de los componentes tubulares, el desfasado entre las marcas correspondientes sea 10° o menor, preferiblemente 5o o menor. • la marca de orientación del componente comprende una primera marca elemental trazada en la alineación axial de la marca del calibrador de orientación en la región del primer elemento roscado, y una segunda marca elemental posteriormente se traza en la misma posición angular como la primera marca elemental en la región del segundo elemento roscado; • el primer elemento roscado comprende una rosca macho;
• el componente tubular comprende una tubería de longitud mayor proporcionada en cada extremo con un elemento roscado macho y un acoplamiento corto proporcionado en cada extremo con un elemento roscado hembra, un elemento roscado macho conformado en posición en un elemento roscado hembra del acoplamiento; • el componente tubular es una tubería de longitud mayor proporcionada en un extremo con un elemento roscado macho y en el otro extremo con un elemento roscado hembra; • los dos extremos del componente tubular se proporcionan con elementos roscados del mismo tipo; La invención también se refiere a una cadena formada de componentes tubulares como pueden obtenerse mediante el método definido anteriormente, en donde dos componentes consecutivos se ensamblan mutuamente al atornillar la rosca macho del elemento roscado de un componente en la rosca hembra de un elemento roscado del otro componente, los rodamientos a tope de atornillamiento correspondientes entrando en contacto de apoyo mutuo, dichos componentes teniendo marcas de orientación respectivas en su periferia externa cuyo desfasado no excede 10o entre los dos componentes consecutivos. La invención también se refiere a un componente tubular proporcionado en sus dos extremos con elementos roscados que comprenden una rosca macho y una rosca hembra respectivamente y rodamientos a tope de atornillamiento respectivos, como pueden obtenerse mediante el mismo método, teniendo una marca de orientación en su periferia externa y en donde dichos elementos roscados se maquinan de manera que cuando su rosca macho se atornilla en la rosca hembra de un componente tubular idéntico al llevar los rodamientos a tope correspondientes en contacto de apoyo mutuo, la inclinación entre las marcas de orientación de los dos componentes no exceda 10°. De manera útil, en la cadena y en el componente tubular de la invención, dicha inclinación no excede 5o. Las características y ventajas de la invención se describirán con mayor detalle en la descripción que se presenta a continuación, elaborada con referencia a los dibujos anexos. La figura 1 muestra en forma esquemática los calibradores de orientación macho y hembra para utilizarse en el método de la invención, atornillados entre sí, con sus rodamientos a tope respectivos en contacto de apoyo mutuo. La figura 2 muestra en forma esquemática uno de los calibradores de orientación de la figura 1 atornillados en un elemento roscado que ha sido maquinado, en el paso g) del método. La figura 3 muestra en forma esquemática dos componentes tubulares, ensamblados mutuamente mediante atornillamiento. Con el fin de llevar a cabo el método, por lo menos se requiere un calibrador de orientación, y dos calibradores de orientación macho y hembra respectivamente si un componente tubular proporcionado con elementos roscados hembra y macho respectivos deben producirse. Dos calibradores de orientación se muestran en la figura 1, principalmente un calibrador macho 1 y un calibrador hembra 2, proporcionados con marcas respectivas 3, 4 en forma de líneas cada una extendiéndose a lo largo de una generatriz de la superficie periférica interna del calibrador correspondiente. Dichos calibradores han sido descritos a detalle en FR-A-2 559 580, cuya referencia debe hacerse para una descripción mas completa. Como puede observarse, cuando los rodamientos a tope de los dos calibradores se encuentran en contacto de apoyo mutuo, las marcas 3 y 4 entran en alineación mutua, es decir, se encuentran en el mismo plano medio definido por el eje de las roscas. La figura 2 muestra en forma esquemática uno de los calibradores de orientación de la figura 1 atornillados en un elemento roscado correspondiente maquinado en el paso d) del método de la invención durante una prueba anterior, por ejemplo el calibrador hembra 2 en un elemento roscado macho maquinado en un extremo de un componente tubular 10. En el paso f), una marca de orientación ha sido trazada en el componente 10, alineada con la marca 3 del calibrador 1 o con la marca 4 del calibrador 2 dependiendo de si el elemento roscado (no mostrado) maquinado en el paso b) tiene una rosca macho o hembra en el extremo opuesto del componente En el resto de la descripción, se asumirá que el valor de referencia Q para la inclinación entre las marcas en el componente y el calibrador de orientación se iguala a 0. Debe ser claro, sin embargo, que este valor puede diferir de 0 y puede, por ejemplo, depender del par de torsión aplicado durante el atomillamiento de los componentes tubulares para formar una cadena, en particular en el caso de rosca ahusadas con un apriete radial y/o de la cantidad de grasa introducida en las conexiones roscadas. El valor de Q puede determinarse mediante pruebas anteriores, al comparar la inclinación obtenida entre los dos componente en el extremo de atornillamiento mutuo con los observados entre uno de dichos componentes y el calibrador de orientación correspondiente en el paso g) del método. En el caso mostrado, la marca 4 del calibrador 2 se separa de la marca 11 mediante un arco circular de longitud B medida a lo largo de la circunferencia externa del componente 10 con diámetro D, la longitud del correspondiendo con un arco de radianes , en donde a = 2B/D. Las marcas 4 y 1 se derivan así entre sí mediante un ángulo a. En vista de la derivación , el paso d) debe repetirse, derivando axialmente la posición de partida de la herramienta mediante una cantidad
2p Cuando ese paso se ha repetido, repetir el paso g) normalmente mostrara que la inclinación a es cero si Q = 0 o en general, igual al valor absoluto de Q. Los componentes tubulares pueden entonces maquinarse utilizando el punto de partida así definido, sin los pasos g) y h) siendo necesarios. Puede observarse en la figura 2 que la marca 11 se extiende sobre una longitud corta del componente 10 cerca del elemento roscado maquinado en segundo lugar. Es de hecho una segunda marca elemental la que ha sido trazada en alineación axial con una primera marca elemental, no mostrada, por sí misma trazada cerca del elemento roscado maquinado en primer lugar, en el paso b). Es realmente inconveniente trazar una marca de orientación que se extienda a la región del segundo elemento roscado directamente en un componente tubular de longitud mayor en alineación con la marca en el calibrador de orientación utilizado en el paso e) y f). Para determinar la posición de la segunda marca elemental, se puede utilizar el siguiente procedimiento, por ejemplo. Un comparador de cuadrante puede utilizarse para ubicar el punto más elevado de una circunferencia del componente tubular atravesado por la primera marca elemental. El componente se gira en el mandril para llevar a la primera marca del elemento a encararse con ía punta del comparador de cuadrante. Manteniendo esta orientación del componente, como antes, se ubica el punto más elevado de una circunferencia del componente tubular que debe atravesarse por la segunda marca elemental, y la marca se traza a lo largo de la generatriz en donde se soporta la punta del comparador de cuadrante, que de esta manera se encuentra en alineación axial con la primera marca elemental. Claramente, cualquier otro método adecuado que pueda relacionar puntos distantes de la misma generatriz puede utilizarse, por ejemplo un nivel de burbuja de aire para ubicar la generatriz superior o un hilo de plomada para ubicar una generatriz ubicada en la altura media del componente. El comparador de cuadrante también puede utilizarse para marcar el punto más bajo de la circunferencia o el punto izquierdo o derecho extremo, como se observa a lo largo del eje longitudinal del componente. El componente tubular de la invención puede ser: • una tubería de longitud mayor proporcionada en un extremo con un elemento roscado macho y con un elemento roscado hembra en el otro extremo; • una tubería de longitud mayor proporcionada en ambos extremos con elementos roscados del mismo tipo, es decir, ambos macho, o ambos hembra; • un acoplamiento de ambos extremos de los cuales se proporcionan los elementos roscados del mismo tipo, por ejemplo los elementos hembra; • un ensamble formado mediante dicha tubería y dicho acoplamiento.
El componente tubular de la Invención, proporcionado en sus dos extremos con elementos roscados que comprenden una rosca macho y una rosca hembra respectivamente y con rodamientos a tope de atornillamiento respectivos y que tienen una marca de orientación en su periferia externa, se caracterizan porque dichos elementos roscados se maquinan de manera que cuando su rosca macho se atornilla en la rosca hembra de un componente tubular idéntico, provocando que los rodamientos a tope correspondientes se encuentren en contacto de apoyo mutuo, la inclinación entre las marcas de orientación de los dos componentes no exceda 10°. Dicho maquinado de los elementos roscados implica una disposición establecida de las roscas respecto a los rodamientos a tope: La sección transversal de una rosca en un plano perpendicular a su eje es una curva cerrada; su distancia mínima desde el eje corresponde al radio del fondo de la rosca para una rosca macho o para el radio del vértice de la rosca para una rosca hembra y su distancia máxima desde el eje corresponde al radio del vértice de la rosca para una rosca macho o para el radio del fondo de rosca para una rosca hembra. Cuando una rosca macho se atornilla con una rosca macho de acoplamiento, sus secciones transversales en el mismo plano son sustancialmente coincidentes. La figura 3 muestra parcialmente dos componentes tubulares idénticos 10-1 y 10-2 representados en sección transversal en el lado izquierdo de la figura. El componente 10-1 comprende una rosca macho 13-1 en un extremo y una rosca hembra 14-1 en su otro extremo, en donde la rosca macho 13-2 del componente 10-2 se atornilla hasta que los rodamientos a tope de atornillamiento 16-1 y 15-2 asociados respectivamente con las roscas 14-1 y 13-2 entren en contacto de apoyo muto. Las marcas de orientación 17- 1 y 17-2 trazadas en componentes 10-1 y 10-2 respectivamente entonces se derivan mutuamente mediante una distancia circunferencial B que corresponde con una inclinación . Como se indicó anteriormente, las secciones transversales de la roscas 14-1 y 13-2 en un plano arbitrario P2 ubicadas en una distancia axial L de los rodamientos 16-1 y 15-12 son sustancialmente coincidentes. Ya que dos componentes son idénticos, la sección transversal de la rosca 13-1 en el plano P1 ubicado en una distancia axial L del rodamiento 15-1 relacionado con la rosca 13-1 , homólogo con la sección transversal de la rosca 13-2 en el plano P2, se deriva con respecto al último por medio del mismo ángulo a como la marca 17-2 con respecto a la marca 17-1. Esta inclinación a es también aquella de la sección transversal de la rosca 13-1 en el plano P1 con respecto a la sección transversal en el plano P2 de la rosca 14-1 , que coincide sustancialmente con la de la rosca 13-2. De este modo, con el fin de que la Inclinación angular entre las marcas -1 y 17-2 no excedan 10°, y de este modo para que el componente 10-1 se encuentre de conformidad con la invención, la inclinación entre las secciones transversales de las roscas macho y hembra 13-1 y 14-1 en los planos radiales P1 y P2 ubicados a la misma distancia arbitraria L de los rodamientos a tope 15-14 y 16-1 relacionados respectivamente con la misma no deben exceder 10°.