MXPA06010992A - Juntaroscada tubular resistente a las presiones de flexion - Google Patents

Juntaroscada tubular resistente a las presiones de flexion

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MXPA06010992A
MXPA06010992A MXPA/A/2006/010992A MXPA06010992A MXPA06010992A MX PA06010992 A MXPA06010992 A MX PA06010992A MX PA06010992 A MXPA06010992 A MX PA06010992A MX PA06010992 A MXPA06010992 A MX PA06010992A
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MXPA/A/2006/010992A
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Gabriel Roussie
Jacky Massaglia
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Vallourec Mannesmann Oil Gas France Societe Par Actions Simplifiee
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Abstract

Una junta roscada tubular comprende un elemento tubular macho que comprende una porción roscada macho y un elemento tubular hembra que comprende una porción roscada hembra que coopera mediante atornillamiento con la porción roscada macho;de acuerdo con la invención, la junta roscada comprende por lo menos una zona de transferencia la cual puede transferir cargas de flexión entre dichos elementos y la cual estáaxialmente separada de dichas porciones roscadas, en donde los elementos macho y hembra tienen una superficie ondulada y una superficie lisa mirando entre sí, la superficie ondulada define una serie de nervaduras anulares redondas las cuales están en contacto con la superficie lisa con un ajuste de interferencia radial;la invención tiene aplicación en columnas de producción para pozos de hidrocarburos.

Description

JUNTA ROSCADA TUBULAR RESISTENTE A LAS PRESIONES DE FLEXIÓN MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a una junta tubular para columna tubular sometida a esfuerzos dinámicos de flexión, que comprende un elemento tubular macho y que consta de una porción de rosca macho, y un elemento tubular hembra que consta de una porción de rosca hembra. Este tipo de junta roscada está destinado particularmente a la realización de columnas de tubos para pozos de hidrocarburos o pozos similares. Además de las cargas axiales de tracción relativamente constantes (estáticas), las columnas de tubos que se unen a una plataforma en el mar al fondo del mar, se someten, bajo la acción de las olas, del viento, de las mareas y de las corrientes marinas, a cargas variables (dinámicas) de flexión. Estas cargas se transmiten de un tubo al otro de la columna por las juntas roscadas. La figura 3 muestra que las últimas roscas del elemento macho y del elemento hembra se someten a un momento de flexión máximo que tiene que ser transmitido además de la totalidad de la carga axial de tracción. Esto da como resultado cargas de tracción dinámicas conocidas como cargas repetidas al pie de las últimas roscas, y en particular las últimas roscas macho, lo cual inicia fisuras de fatiga en esa ubicación conduciendo a ruptura catastrófica de la columna. Las solicitudes internacionales de patente WO-A-01/75345 y WO-A-01/75346 describen soluciones para disminuir las presiones al pie de estas roscas, pero la mejora resultante puede resultar insuficiente. Estas cargas dinámicas causan además frotamientos entre las partes de los elementos macho y hembra en contacto conduciendo a fisuras por fatiga de contacto ("fretting fatigue"). En caso de que uno de los elementos tubulares presente en su extremidad libre una superficie de tope axial que se apoye contra el otro elemento tubular, el tope así obtenido permite absorber parte del momento de flexión. Sin embargo, para formar dichas superficies de tope, es necesario seleccionar tubos más gruesos o incrementar su grosor localmente por forjado, lo que implica un costo elevado. La invención tiene como finalidad remediar estos inconvenientes gracias a una repartición apropiada de las cargas de flexión, y opcionalmente de las cargas de tracción. Otro objetivo de la invención es el de proveer espacios para alojar grasa de lubricación y los residuos resultantes del desgaste de las superficies en contacto. Otro objetivo incluso es el de proveer superficies de estanqueidad entre las porciones roscadas y el exterior de la junta roscada lo cual no constituye una fuente de fisuras por fatiga de contacto.
Otro objetivo final es el de proveer superficies de estanqueidad múltiples que permitan mantener la estanqueidad en caso de deterioro de alguno de ellos. La invención se refiere particularmente a una junta roscada del género definido en la introducción, que comprende al menos una zona de transferencia dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas y la extremidad libre de uno de dichos elementos tubulares, que está axialmente separada de dichas porciones roscadas para transferir una fracción de al menos 20%, preferiblemente al menos 30% del momento de flexión sufrido por la junta de un elemento al otro, los elementos macho y hembra presentan superficies de transferencia respectivas en contacto mutuo con un ajuste de interferencia radial en dicha zona de transferencia, al menos una de las superficies de transferencia es una superficie ondulada que define una serie de nervaduras anulares redondeadas que entran en contacto de interferencia con la superficie de transferencia frontal, los puntos de diámetro máximo y de diámetro mínimo del perfil de ondulación están situados sobre porciones redondeadas respectivas del perfil. Características opcionales de la invención, las cuales pueden ser complementarias o de sustitución, se enuncian a continuación: - Dicha extremidad libre de uno de los elementos tubulares presenta una superficie frontal exenta de contacto con el otro elemento tubular; - La longitud axial de la zona de transferencia es elegida a manera de limitar la presión de contacto resultante de la transferencia del momento de flexión a una fracción de la fuerza de rendimiento del material a menos de 1 y preferiblemente menos de 0.5; - Dichas superficies de transferencia macho y hembra están lubricadas; - Dicha superficie de transferencia frontal es una superficie lisa; - Dicha superficie ondulada está fuera de contacto con dicha superficie lisa entre dichas nervaduras; - Dichas dos superficies de transferencia son superficies onduladas; - Las nervaduras de una superficie de transferencia están alojadas entre las nervaduras de la superficie de transferencia frontal; - Dicha o dichas superficies onduladas presentan un perfil periódico; - Dicho perfil periódico es asimétrico; - Dicho perfil pertenece a la superficie de transferencia macho y está definido por una primera porción redonda convexa que contiene un punto con un diámetro máximo de perfil, por una segunda porción redonda cóncava que contiene un punto con un diámetro mínimo de perfil y que es tangencial a la primera porción redonda, y por una tercera porción redonda convexa tangente a la primera y segunda porciones redondas y que tiene un radio que es sustancialmente más grande que aquéllas; - La segunda porción redonda presenta un radio más grande que la primera porción redonda; - Partiendo de la extremidad libre del elemento macho, la distancia axial entre un punto de diámetro máximo de perfil y el punto de diámetro mínimo siguiente del perfil es inferior a la distancia axial entre un punto de diámetro mínimo del perfil y el punto de diámetro máximo siguiente del perfil; - El tercer perfil se sitúa entre un punto de diámetro mínimo del perfil y el punto de diámetro máximo siguiente del perfil; - Los radios de dichas porciones redondas que contienen los puntos de diámetro máximo y de diámetro mínimo del perfil son por lo menos ¡guales a 0.4 mm. - La distancia axial entre 2 puntos consecutivos de diámetro máximo del perfil es por lo menos igual a 1 mm y la distancia axial entre 2 puntos consecutivos de diámetro mínimo del perfil es por lo menos igual a 1 mm. - Dicho ajuste de interferencia radial es sustancialmente constante de una nervadura a la otra; - Dicho ajuste de interferencia radial es de aproximadamente 0.4 mm de diámetro para un diámetro nominal de los elementos roscados de 177.8 mm; - Dichas superficies de transferencia están en contacto mutuo estanco metal/metal; - Un material de estanqueidad en forma de un revestimiento o de un anillo añadido se interpone entre las superficies metálicas de los elementos macho y hembra en la zona de transferencia; - Las superficies de transferencia macho y hembra o sus envolturas pertenecen a superficies cónicas; - Las superficies de transferencia o sus envolturas están inclinadas con respecto al eje de la junta en un ángulo comprendido entre 0.5 y 5o. - Dicha superficie ondulada presenta una rugosidad Ra < 3.2 micrómetros. - Dicha zona de transferencia está dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas y la extremidad libre del elemento hembra; - La superficie de transferencia macho es adyacente a la porción regular de un tubo de gran longitud en una extremidad del cual se forma el elemento tubular macho; - Dicha superficie ondulada y dicha superficie lisa pertenecen respectivamente a los elementos macho y hembra; - La superficie periférica exterior del elemento hembra tiene una depresión que reduce localmente su diámetro externo que mira hacia la zona de transferencia; - Dicha depresión presenta un perfil curvilíneo cóncavo que se extiende axialmente que mira hacia la zona de transferencia y a cualquier lado de la misma, dicho diámetro exterior es mínimo sustancialmente mirando hacia un punto medio de la zona de transferencia e incrementa progresivamente hacia cualquier lado de dicho punto; - Dicho perfil curvilíneo cóncavo está conectado a un chaflán adyacente a la extremidad libre del elemento hembra; - Dicho diámetro exterior mínimo es tal que la inercia de flexión del elemento hembra en el plano de dicho diámetro mínimo es por lo menos igual al producto de la inercia de flexión ^ de la porción regular de un tubo de gran longitud en una extremidad del cual se forma el elemento tubular macho y la fracción f del momento de flexión que será transferido; - Dicho perfil curvilíneo cóncavo presenta un radio de curvatura de por lo menos 50 mm y preferiblemente por lo menos 100 mm; - El elemento hembra pertenece a un acoplamiento corto del cual cada extremidad está provista con un elemento roscado hembra que puede recibir un elemento roscado macho que pertenece a un tubo de gran longitud para conectar los dos tubos. La invención también provee un procedimiento para mejorar la resistencia a la fatiga de una junta roscada tubular sometida a cargas dinámicas de flexión, dicha junta comprende un elemento tubular macho con una porción roscada macho y un elemento tubular hembra con una porción roscada hembra, caracterizado porque la junta comprende por lo menos una zona de transferencia dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas y la extremidad libre de uno de dichos elementos tubulares al tiempo que está axialmente separada de dichas porciones roscadas para transferir de un elemento al otro una fracción por lo menos igual a 20% del momento de flexión sufrido por la junta, los elementos macho y hembra presentan en dicha zona de transferencia, superficies de transferencia respectivas las cuales están en contacto mutuo e interfieren radialmente, por lo menos una de las superficies de transferencia comprende medios aptos para separar radialmente las ubicaciones de contacto de la sección donde circulan las presiones aplicadas a la junta, particularmente bajo la forma de una serie de nervaduras anulares redondas. Las características y ventajas de la ¡nvención se exponen más en detalle en la descripción que figura más abajo, con referencia a los dibujos anexos. La figura 1 es una semi-vista en corte axial de una junta roscada tubular según la ¡nvención; La figura 2 es una vista parcial en corte axial, a mayor escala, del elemento macho de la junta roscada de la figura 1 , que muestra una porción de la superficie macho de transferencia; y Las figuras 3 y 4 son esquemas explicativos que ilustran la distribución de los momentos de flexión a lo largo del elemento macho y del elemento hembra, para una junta roscada según el estado de la técnica y para una junta roscada según la invención respectivamente. La junta roscada tubular representada en la figura 1 , comprende un elemento tubular macho 1 y un elemento tubular hembra 2 provistos con porciones roscadas cónicas respectivas 3, 4 que cooperan para el ensamblado mutuo de los dos elementos. Ei elemento 1 está formado en una extremidad de un tubo de gran longitud 11 y el elemento 2 está formado en una extremidad de un acoplamiento tubular 12 para conectar dos tubos similares a 11. Una pluralidad de tubos similares a 11 , de los cuales cada uno presenta dos elementos roscados similares a 1 en sus extremidades, pueden ser conectado por medio de acoplamientos similares a 12, de los cuales cada uno presenta dos elementos roscados similares a 2 en sus extremidades, para formar una columna de tubos para un pozo de petróleo, por ejemplo. En el ejemplo ilustrado, el tubo 11 presenta entre sus dos elementos machos, es decir sobre la mayor porción de su longitud, denominada porción regular, un diámetro exterior uniforme DE de 177.8 mm, que representa el diámetro nominal de la junta roscada. Los valores de las dimensiones dadas a continuación tienen en cuenta este diámetro nominal, y pueden variar a partir del mismo. Según la ¡nvención, la junta roscada tubular presenta una zona de transferencia definida axialmente por planos transversales P1 y P2, en la cual los elementos macho y hembra están en contacto mutuo a través de superficies de transferencia anulares respectivas 5, 6 de revolución alrededor del eje A de las porciones roscadas y presentan perfiles bien definidos. El perfil de la superficie 5 está representado en la figura 2. Este es un perfil ondulado periódico definido por la repetición de un motivo formado por tres arcos circulares mutuamente tangenciales, a saber: un primer arco A1 convexo hacia el exterior, es decir cuya concavidad está girada hacia el eje A, que pasa por un punto PM de diámetro máximo del perfil, un segundo arco A2 cóncavo (cuya concavidad gira radialmente hacia el exterior), pasando por un punto Pm de diámetro mínimo del perfil, y un tercer arco convexo A3, los radios de estos tres arcos son respectivamente de 0.8, 1.6 y 8 mm en el ejemplo ¡lustrado. El perfil de la superficie 5 es también asimétrico, la distancia axial d-i entre un punto PM de diámetro máximo del perfil y el punto Pm de diámetro mínimo siguiente, partiendo de la extremidad libre 7 del elemento macho, es decir, desde la derecha de la figura 2, es ¡nferior a la distancia axial d2 entre el punto Pm y el punto P'M de diámetro máximo siguiente del perfil. Las distancias d-i y d2 son en este caso aproximadamente de 1 mm y 2 mm respectivamente. El perfil de la superficie 5 está generalmente inclinado con respecto al eje A, las líneas rectas L3 y L4 que son respectivamente tangenciales al conjunto de los arcos A1 y al conjunto de los arcos A2, y de este manera constituyen las envolturas exteriores e interiores de este perfil, están inclinadas 2o con respecto a dicho eje, creciendo de manera más cercana a éste en dirección de la extremidad libre del elemento macho. Teniendo en cuenta esta inclinación, los términos "punto de diámetro máximo" y "punto de diámetro mínimo" hacen referencia a diámetros máximos y mínimos que son relativos más que absolutos. La amplitud de las ondulaciones de la superficie 5, es decir, la distancia radial e entre las líneas L3 y L4, es de 0.2 mm.
La superficie 6 del elemento hembra que mira hacia la superficie 5, no representada en detalle, es una superficie lisa cónica, cuya pendiente es igual a la de las líneas L3 y L4, de manera que los vértices de las diferentes nervaduras anulares 7 definidas por la superficie 5 entran simultáneamente en contacto con la superficie 6 cuando se atornilla la porción roscada macho 3 en la porción roscada hembra 4. Ventajosamente, las dimensiones de las superficies 5 y 6 son tales que ocurre interferencia radial en la extremidad de atornillamiento entre los vértices de las nervaduras y la superficie 6, dicho ajuste de interferencia radial, es decir, la diferencia en diámetro entre los elementos macho y hembra medida antes de acoplamiento en puntos los cuales estarán en contacto de interferencia después de ensamblado, es uniforme de una nervadura a la otra y ventajosamente es de 0.4 mm. Debido al perfil ondulado de la superficie 5, las superficies de contacto entre los vértices de las nervaduras 7 y la superficie 5 se separan radialmente de la sección definida entre el cono cuya generatriz es L4 (envoltura interior de las nervaduras) y la superficie periférica opuesta (interior) del elemento macho 1 donde se ejercen plenamente (es decir donde circulan) las presiones aplicadas a la junta, mejorando así la resistencia a la fatiga de dicha junta cuando se somete a cargas dinámicas de flexión. Una distancia axial di + d2 (que corresponde al paso de las nervaduras) demasiado pequeña, por ejemplo inferior a 0.5 mm, permite difícilmente realizar una ondulación de amplitud suficiente para las porciones redondas bajo consideración. Por esa razón, es preferible tener una distancia axial di + d2 superior a 1 mm. Una distancia axial d-i + d2 demasiado grande no permite, sin embargo, alojar varias nervaduras en la zona de transferencia, a menos que dicha zona de transferencia se extienda de manera desmesurada, lo cual no se produce de manera económica. Una inclinación demasiado débil (inferior a 0.5°) de las líneas L3, L4 torna difícil el deslizamiento de las superficies 5, 6 una sobre la otra en el momento de ensamble de los elementos 1 , 2 en particular debido a la interferencia deseada entre las superficies. Una inclinación superior o igual a 1 ° es incluso preferible. Una inclinación superior a 5o no es deseable porque ésta reduce demasiado la sección crítica del elemento macho 1 (sección mínima del elemento sobre la cual se ejerce el conjunto de las cargas axiales sobre la junta) con respecto a la sección de la porción regular del tubo 11 y en consecuencia la eficacia de la junta. Una amplitud de ondulación demasiado baja, por ejemplo ¡nferior a 0.5 mm, no permite alejar los contactos de la sección donde se ejercen las presiones axiales ni almacenar los residuos de desgaste como se verá más adelante. Una amplitud de ondulación demasiado grande reduce la sección crítica con los inconvenientes citados más arriba. Además, debido al perfil ondulado, existen entre las superficies 5 y 6, entre dos nervaduras 7 consecutivas, espacios anulares los cuales pueden recibir grasa lubricante y/o residuos formados por el desgaste de los elementos roscados durante cargas dinámicas. Por otra parte, cada nervadura 7 define una superficie anular de contacto estanco con la superficie 6, la multiplicidad de dichas superficies de estanqueidad reducen el riesgo de pérdida de estanqueidad entre la zona de la porción roscada 3, 4 y el exterior de la junta roscada. Esta estanqueidad puede realizarse por contacto directo de los materiales metálicos constitutivos de los elementos machos y hembras. En una variante, un material de estanqueidad tal como un elastómero o un metal más dúctil que el de los elementos macho y hembra (por ejemplo cobre sobre el acero) puede ser interpuesto entre los materiales de substrato bajo la forma de un revestimiento o de un anillo añadido. Otra posibilidad consiste en someter a una y/o a otra de las superficies de contacto a un tratamiento de superficie que favorezca una estanqueidad. Una interferencia radial demasiado dúctil entre los vértices de las nervaduras y superficie 6 no permite realizar una estanqueidad entre las superficies 5 y 6. Una interferencia radial demasiado grande corre el riesgo de inducir un gripado entre las superficies 5 y 6 durante ensamblado, gripado el cual es perjudicial para el comportamiento a la fatiga de la junta y para la estanqueidad entre las superficies 5 y 6. Para obtener una buena estanqueidad entre las superficies 5 y 6, es recomendable manejar la rugosidad de estas superficies. Una rugosidad Ra > 3.2 micrómetros no es deseable. Se puede por ejemplo elegir una rugosidad Ra <1.6 micrómetros. Las ventajas de la ¡nvención se ilustran particularmente en las figuras 3 y 4, cada una de las cuales representa, en la parte superior un medio corte del elemento macho de una junta roscada tubular, y la parte ¡nferior de las cuales muestra curvas representativas de la variación, a lo largo del eje A de la junta, de los momentos de flexión sufridos por los elementos macho y hembra. En la figura 3, relativa al estado de la técnica, la porción roscada macho 3 se extiende desde un plano transversal P3 próximo a la extremidad libre 8 del elemento macho 1 hasta un plano transversal P4, el cual es directamente seguido por la porción regular 21 del tubo 11 al cual pertenece el elemento macho 1. Cuando una carga de flexión es aplicada a la junta tubular de la cual forma parte el elemento 1 , este último sufre un momento de flexión que varía a lo largo del eje A, siguiendo una curva C1 , representada esquemáticamente por una línea recta. Este momento M tiene un valor máximo M0 en el plano P4. Inversamente, el momento de flexión sufrido por el elemento hembra, no representado, varía como la curva C2, representada esquemáticamente por una línea recta, este momento es cero en el plano P4 y aumenta progresivamente en la dirección de la extremidad libre 8. En la figura 4 relativa a la invención, el momento de flexión sufrido por el elemento macho 1 toma un valor máximo Mo en el plano P2 que separa la superficie de transferencia 5 y la porción regular 21 del tubo 11. El momento de flexión sufrido por la porción roscada 3 tiene un valor máximo Mi en el plano P4 que define la porción roscada 3 opuesta a la extremidad libre 8 del elemento macho. Mientras más se separe la zona de transferencia 5, 6 de las porciones roscadas 3, 4, y por consecuencia del plano P2 y el plano P4, más bajo será el valor Mi con respecto al valor M0. En el caso ¡lustrado en la figura 4, el diámetro máximo de la superficie de transferencia 5 es igual al diámetro de la porción regular 21 del tubo 11. El ejemplo que figura a continuación ilustra la manera en la que se puede determinar la posición axial de la zona de transferencia para obtener los efectos buscados por la ¡nvención. Se calculará la distancia d entre el centro de la zona de transferencia y el centro de las porciones roscadas para transferir de un elemento al otro una fracción f = 0.5 del momento de flexión sufrido por la junta. Esta distancia está dada por la ecuación 1 , en la cual F representa la fuerza sobre la zona de transferencia que resulta del momento de flexión y Mmax representa el valor máximo del momento de flexión que puede ser aplicado sin deformación permanente de la junta: F El valor Mmax se representa mediante la ecuación 2 (fórmula para la resistencia de un material), en el cual YS representa la fuerza de rendimiento del material de la junta, lzz representa la inercia de la sección transversal de la junta y DE representa el diámetro externo de la porción regular 21 del tubo 11 : = rc * /zz (2) max QD / 2 V ) lzz se muestra en la ecuación 3, en la que DI representa el diámetro interior de la junta roscada: Izz = (p 64) . (DE4 - DI4) (3) F es igual al producto de un área S de la zona de transferencia y la fuerza de presión máxima que será aplicada a esta zona, la que es igual a la fuerza de rendimiento YS multiplicado por una fracción f que no debe ser excedida. S es la proyección en un plano axial del área de las superficies de contacto en la zona de transferencia, y está dada, en el caso de una zona de transferencia cónica, por la ecuación 4, en la cual Di es el diámetro de la superficie cilindrica 17 (figura 1 ) del elemento hembra 2 que une la porción roscada 4 y la superficie de transferencia 6, y a es el semi-ángulo del vértice de la superficie cónica que contiene las superficies de transferencia 5, 6 y/o sus envolturas: ? (OD + D OD-D, ) (4) 4»tga Partiendo de los datos siguientes: DE = 177.8 mm.
DI = 157.08 mm.
D-, = 175.95 mm. YS= 551 MPa. f= 0.5 f = 0.3 a = 2° se calculan los valores siguientes: S = 4685 mm2 D = 76.8 mm.. En el ejemplo ilustrado en la figura 1 , esta distancia representa prácticamente 150% de la longitud axial de la porción roscada hembra, que es de 51 mm, la longitud axial de la zona de transferencia es de 13.2 mm. La ¡nvención también abarca, particularmente pero no exclusivamente en el caso ilustrado en la figura 1 en donde el elemento hembra pertenece a un acoplamiento, reducir el espesor de este elemento, en la región que mira hacia las superficies de contacto 5 y 6, para aumentar su flexibilidad. A este efecto, una depresión 13 está formada sobre la superficie periférica exterior 14 del acoplamiento, dicha depresión presenta el perfil de un arco circular cóncavo de gran radio (superior a 50 mm), en este caso igual a 150 mm. Esta depresión define un diámetro externo mínimo Dm que mira hacia un punto medio P de la zona de transferencia 5, 6, el diámetro externo incrementa progresivamente en cualquier lado de dicho punto. Opuesto a la extremidad libre 15 del elemento 2, la depresión 13 se conecta con la porción cilindrica, con un diámetro máximo, de la superficie externa 14. En el lado de la extremidad libre 15, la depresión 13 se conecta con un chaflán 16 adyacente a la extremidad 15. Ventajosamente, el diámetro mínimo de dicho chaflán, es decir, el diámetro del elemento 2 en la unión entre el chaflán 16 y la cara de la extremidad 15, es sustancialmente igual al diámetro Dm del fondo de la depresión. El diámetro Dm también se selecciona para que no tenga la inercia de flexión lzz de la porción regular del tubo 11 y la fracción f del momento de flexión que será transferido. Aunque la zona de transferencia según la ¡nvención ha sido descrita en combinación con una depresión sobre la superficie exterior de un acoplamiento, la zona de transferencia puede ser producida independientemente de la depresión, particularmente en el caso de una junta que se denomina junta ¡ntegral en la cual los elementos macho y hembra pertenecen ambos a tubos de gran longitud.

Claims (34)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Una junta roscada tubular para columna tubular que es sometida a cargas dinámicas de flexión, comprende un elemento tubular macho (1 ) provisto de una porción roscada macho (3) y un elemento tubular hembra (2) provisto de una porción roscada hembra (4), caracterizada además porque comprende por lo menos una zona de transferencia dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas y la extremidad libre de uno de dichos elementos tubulares, mientras que están separados axialmente de dichas porciones roscadas (3, 4) a manera de transferir de un elemento al otro una fracción de por lo menos 20%, preferiblemente por lo menos 30% del momento de flexión al que somete la junta, los elementos macho y hembra (1 , 2) presentan en dicha zona de transferencia, superficies de transferencia respectivas (5, 6) en contacto mutuo con un ajuste de interferencia radial, por lo menos una de las superficies de transferencia es una superficie ondulada (5) que define una serie de nervaduras anulares redondas (7) que están en contacto de interferencia con la superficie de transferencia frontal (6), los puntos (PM, Pm) de diámetro máximo y de diámetro mínimo del perfil de ondulación están situados en porciones redondas respectivas (A1 , A2) del perfil.
2.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha extremidad libre de uno de los elementos tubulares presenta una superficie frontal libre de contacto con el otro elemento tubular.
3.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada además porque la longitud axial de la zona de transferencia se selecciona a manera de limitar la presión de contacto resultante de la transferencia del momento de flexión a una fracción de la fuerza de rendimiento del material que es inferior a 1 y preferiblemente inferior a 0.5.
4.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dichas superficies de transferencia macho y hembra (5, 6) están lubricadas.
5.- La junta roscada de conformidad con una de ias reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicha superficie de transferencia frontal (6) es una superficie lisa.
6.- La junta roscada de conformidad la reivindicación 5, caracterizada además porque dicha superficie ondulada (5) está fuera de contacto con dicha superficie lisa entre dichas nervaduras.
7.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dos superficies de transferencia son superficies onduladas.
8.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque las nervaduras de una superficie de transferencia están alojadas entre las nervaduras de la superficie de transferencia frontal.
9.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicha o dichas superficies onduladas (5) presentan un perfil periódico.
10.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque dicho perfil periódico es asimétrico.
11.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicho perfil pertenece a la superficie de transferencia macho y está definida por una primera porción redonda convexa (A1 ) que contiene un punto (PM) de diámetro máximo del perfil, por una segunda porción redonda cóncava (A2) que contiene un punto (Pm) de diámetro mínimo de perfil y que es tangencial a la primera porción redonda, y por una tercera porción redonda convexa (A3) que es tangencial a la primera y segunda porciones redondas y que presenta un radio (R3) que es sustancialmente más grande que éstos.
12.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque la segunda porción redonda presenta un radio mayor (R2) que la primera porción redonda.
13.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizada además porque partiendo de la extremidad libre del elemento macho, la distancia axial (d1 ) entre un punto (PM) de diámetro máximo del perfil y el punto (Pm) de diámetro mínimo del perfil siguiente es inferior a la distancia axial (d2) entre un punto de diámetro mínimo del perfil y el punto (P'M) de diámetro máximo siguiente del perfil.
14.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque la tercera porción redonda se sitúa entre un punto (Pm) de diámetro mínimo del perfil y el punto (P'M) de diámetro máximo siguiente del perfil.
15.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque los radios (R1 , R2) de dichas porciones redondas (A1 , A2) que contienen los puntos (PM> Pm) de diámetro máximo y de diámetro mínimo del perfil son al menos iguales a 0.4 mm.
16.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque la distancia axial (d1 + d2) entre dos puntos consecutivos (PM) de diámetro máximo del perfil es al menos igual a 1 mm y la distancia axial (d1 + d2) entre dos puntos consecutivos (Pm) de diámetro mínimo del perfil es al menos igual a 1 mm.
17.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicho ajuste de interferencia radial es sustancialmente constante de una nervadura a la otra.
18.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada además porque dicho ajuste de interferencia radial es de aproximadamente 0.4 mm de diámetro para un diámetro nominal de los elementos roscados de 177.8 mm.
19.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dichas superficies de transferencia (5, 6) están en contacto mutuo estanco metal/metal.
20.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada además porque un material de estanqueidad en forma de un revestimiento o de un anillo añadido se interpone entre las superficies metálicas de los elementos macho y hembra en la zona de transferencia.
21.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque las superficies de transferencia macho y hembra (5, 6) o sus envolturas pertenecen a superficies cónicas.
22.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque las superficies de transferencia o sus envolturas están inclinadas con respecto al eje (A) de la junta por un ángulo comprendido entre 0.5 y 5o.
23.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicha superficie ondulada (5) presenta una rugosidad Ra como máximo igual a 3.2 micrómetros.
24.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque dicha zona de transferencia está dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas (3, 4) y la extremidad libre (15) del elemento hembra.
25.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 24, caracterizada además porque la superficie de transferencia macho (5) es adyacente a la porción regular de un tubo de gran longitud (11 ) en una extremidad de la cual está formado el elemento tubular macho.
26.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 24 o 25, relacionada con la reivindicación 5, caracterizada además porque dicha superficie ondulada (5) y dicha superficie lisa (6) pertenecen respectivamente a los elementos machos (1 ) y hembra (2).
27.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones 24 a 26, caracterizada además porque la superficie periférica exterior (14) del elemento hembra presenta una depresión (13) que reduce localmente su diámetro exterior que mira hacia la zona de transferencia (5, 6).
28.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada además porque dicha depresión (13) presenta un perfil curvilíneo cóncavo que se extiende axialmente que mira hacia la zona de transferencia (5,6) y cualquier lado de la misma, dicho diámetro extemo que es mínimo (Dm) sustancialmente mira hacia un punto medio (P) de la zona de transferencia e incrementa progresivamente hacia cualquier lado de dicho punto.
29.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 28, caracterizada además porque dicho perfil curvilíneo cóncavo se conecta con un chaflán (16) adyacente a la extremidad (15) libre del elemento hembra.
30.- La junta roscada de conformidad con la reivindicación 28 o 29, caracterizada además porque dicho diámetro externo mínimo (Dm) es tal que la inercia de flexión del elemento hembra en el plano de dicho diámetro mínimo es por lo menos igual al producto de la inercia de flexión IZZ de la porción regular de un tubo de gran longitud (11 ) en una extremidad de la cual está formada el elemento tubular macho y la fracción f del momento de flexión que será transferido.
31.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizada además porque dicho perfil curvilíneo cóncavo presenta un radio de curvatura de por lo menos 50 mm y preferiblemente por lo menos 100 mm.
32.- La junta roscada de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el elemento hembra (2) pertenece a un acoplamiento corto (12) del cual cada extremidad está provista de un elemento roscado hembra que puede recibir un elemento roscado macho que pertenece a un tubo de gran longitud (11 ) para conectar los dos tubos.
33.- Un procedimiento para mejorar la resistencia a la fatiga de una junta roscada tubular sometida a cargas dinámicas de flexión, dicha junta comprende un elemento tubular macho (1 ) con una porción roscada macho (3) y un elemento tubular hembra (2) con una porción roscada hembra (4), caracterizado porque la junta comprende por lo menos una zona de transferencia dispuesta axialmente entre dichas porciones roscadas y la extremidad libre de uno de dichos elementos tubulares mientras se separan axialmente de dichas porciones roscadas (3, 4) a manera de transferir de un elemento al otro una fracción por lo menos igual a 20% del momento de flexión sufrido por la junta, los elementos macho y hembra (1 ,2) presentan en dicha zona de transferencia, superficies de transferencia respectivas (5, 6) que están en contacto mutuo e interfieren radialmente, por lo menos una (5) de las superficies de transferencia comprende medios (7) aptos para separar radialmente las ubicaciones de contacto de la sección donde circulan las presiones aplicadas a la junta.
34.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque dichos medios se presentan en forma de una serie de nervaduras anulares redondas (7).
MXPA/A/2006/010992A 2004-03-26 2006-09-25 Juntaroscada tubular resistente a las presiones de flexion MXPA06010992A (es)

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