MXPA97006136A - Anillo de cierre metalico para junta tubular - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una junta tubular que comprende:un primer miembro tubular que tiene una superficie de extremo interna cónica;un segundo miembro tubular que tiene una superficie de extremo interna cónica;medios para unir el primer y segundo miembros tubulares en relación extremo a extremo con las superficies de extremo internas cónicas, adyacentes entre sí;un anillo de sello colocado entre dichas superficies de extremo internas cónicas de los miembros tubulares, que tienen una superficie exterior de sello cónica en relación de acoplamiento con las superficies de extremo internas cónicas de los miembros tubulares, para formar un sello primario al momento de unir el primero y el segundo miembros tubulares;y medios secundarios de sello para la junta, colocados en el anillo de sello en forma radial hacia afuera de las superficies cónicas de sello del anillo de sello, los medios secundarios de sello comprenden un miembro, sensible a la presión del fluido, movible hacia una dirección, para permitir que el fluido fluya más alláde los medios secundarios de sello hacia el exterior desde el anillo de sello, y movible hacia otra dirección para evitar que el fluido fluya hacia el interior más alláde los medios secundarios de sello.

Description

ANILLO DE CIERRE METÁLICO PARA JUNTA TUBULAR CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con uniones o juntas para miembros tubulares en relación extremo a extremo y, de manera más particular, con una juntas que tienen un empaque anular separado para el sellado entre los extremos de los miembros tubulares.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se han proporcionado hasta ahora juntas tubulares para conectar los extremos adyacentes de un par de miembros tubulares como por ejemplo tubos de cañería, tubería de revestimiento y encamisado de tubería. Los extremos de los miembros tubulares normalmente tienen enchufes o bridas que se encuentran colocadas en relación extremo a extremo y que están conectadas mediante una abrazadera o acoplamiento que sujeta juntos a los enchufes. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 4,474,381 de fecha 2 de octubre de 1984 muestra una junta en la cual un empaque de metal está colocado entre las superficies internas cónicas en los enchufes, para el sellado entre los mismos. El empaque de metal tiene superficies de acoplamiento cónicas externas que se acoplan con las superficies de acoplamiento cónicas internas de los enchufes, para el sellado entre las mismas. Se ha encontrado que este arreglo de sello es efectivo para el sellado contra la presión interna presente dentro de los miembros tubulares. Actualmente, en operaciones submarinas para pozos de gas y petróleo, las terminaciones submarinas en el fondo del mar están a profundidades de agua cada vez mayores, con muchas terminaciones entre aproximadamente cuatro mil (4,000) y (8,000) pies de profundidad. Están siendo considerados los CCO-P-0068 pozos de exploración a profundidades de diez mil (10,000) pies o más. La presión hidrostática en estas profundidades de agua es muy elevada y se han fijado límites de presión externa cuando se llevan a cabo operaciones de perforación. Sin embargo, puede presentarse una situación de presión externa o inversa bajo ciertas condiciones, como por ejemplo: 1. Línea de flujo purgada hacia la superficie en un pozo submarino que produce gas, después del cierre del pozo, puede repercutir en que todo el equipo de contención del pozo quede expuesto a la presión externa proveniente de la cabeza hidrostática ambiental. 2. El purgado a una atmósfera de la línea de suministro de gas en un pozo submarino de "extracción por gas" puede exponer a todo el equipo expuesto a la presión de línea de extracción de gas al gradiente de presión externa a partir de la cabeza hidrostática ambiental. 3. El enfriado térmico de fluidos producido después del cierre del pozo puede dar por resultado gradientes de presión externa de volúmenes desde hidrostático hasta encerrado por ejemplo, entre válvulas. Cualquier sello de "forro de contención" que está expuesto a la presión externa hidrostática y a la presión interna de diámetro interior proveniente del pozo tiene la posibilidad de experimentar presión inversa. Las conexiones y empaques estándar del tipo API son muy probablemente adecuados para resistir la presión inversa debido a su naturaleza de estar soportado en los diámetros de sello tanto exterior como interior. Se prevé que el sello se "mejore por presión", por la presión tanto interna como externa. Las conexiones submarinas utilizan típicamente un empaque cónico de sellado que está diseñado específicamente para ser retenido por la mitad de la conexión superior para CCO-P-0068 acoplamiento bajo el agua, a través del uso de una conexión accionada bajo el agua a control remoto. Estos empaques son energizados a presión a partir de la presión interna y usualmente tienen una capacidad limitada para resistir la presión externa. Cuando ocurre la llamada presión inversa, en la cual la presión de fluido externo es esencialmente más elevada que la presión de fluido interno dentro del miembro tubular, puede presentarse una fuga a presiones diferenciales de fluido relativamente bajas, como por ejemplo de 200-300 psi. Es deseable, particularmente para aplicaciones submarinas, que el medio de sellado entre los enchufes de los miembros tubulares adyacentes selle contra una presión de fluido externa tan elevada como 3500-4500 psi aproximadamente, con el fin de utilizarse prácticamente en todas las aplicaciones submarinas .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida particularmente a un junta para un par de miembros tubulares que tienen un empaque entre los enchufes de los miembros tubulares, que es capaz de sellar a una presión de fluido externa tan elevada como 3500 a 4500 psi aproximadamente. Esta junta es adecuada para utilizarse en profundidades de agua en el mar de 7,500 a 10,000 pies. Cuando el medio de sello entre los enchufes de los miembros tubulares incluye un empaque anular de metal, es deseable que cualquier medio de sello para la presión de fluido externa permita la fuga de fluido interno más allá del empaque metálico que forma el primer sello a presiones de fluido relativamente bajas, tales como 40-50 psi. De esta manera, el medio de sello auxiliar o secundario para la junta no impediría la detección de fuga más allá del empaque de CCO-P-0068 metal, en el caso de falla del empaque de metal que forma el sello primario contra la presión de fluido interna. La presente invención comprende una junta para los enchufes de extremo de un par de miembros tubulares adyacentes alineados de manera axial, e incluye un anillo de sello metálico entre los enchufes para formar un sello primario. Los enchufes tienen superficies internas frustocónicas y el empaque metálico o anillo de sello tiene superficies externas frustocónicas que forman una relación de sellado metal a metal para el sello primario. Para adaptar este anillo de sello metálico para el sellado contra presiones de fluido externas muy elevadas, por ejemplo a 3500-4500 psi, se proporciona una proyección o reborde de manera central en la longitud del empaque metálico y se proyecta entre superficies paralelas opuestas separadas de los enchufes opuestos, para proporcionar un soporte para un sello secundario o auxiliar. Un par de juntas tóricas están montadas en la proyección externa para sellarse contra las superficies opuestas paralelas de los enchufes cuando la presión de fluido externa es más grande que la presión de fluido interna, y para permitir la fuga de fluido más allá de las juntas tóricas cuando la presión de fluido interna dentro de los miembros tubulares es mayor que la presión de fluido externa. Así, cuando la junta tubular está ubicada bajo el mar a profundidades de agua en donde la presión externa hidrostática es esencialmente mayor que la presión interna de fluido, por ejemplo 3500 psi o mayor, el sello secundario es efectivo para sellar contra la entrada de agua de mar. Es un objeto de la invención el proporcionar un medio secundario de sello para una junta tubular, que sea efectivo para evitar la fuga de fluido entre enchufes de miembros tubulares alineados de manera axial, provenientes de CCO-P-0068 presiones externas de fluido muy elevadas, mientras que permita la fuga de presión de fluido interna, proveniente de los miembros tubulares. Es un objeto adicional de esta invención proporcionar el medio secundario de sello para un empaque o arandela de metal entre los enchufes de los miembros tubulares alineados de manera axial, el medio secundario de sellado está adaptado particularmente para aplicaciones submarinas en aguas profundas a aproximadamente 4000 pies. Otros objetos, modalidades y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente especificación y dibujos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en sección agrandada de la junta que forma la presente invención, que ilustra un empaque metal entre los enchufes de un par de miembros tubulares alineados de manera axial que están sujetados juntos mediante una abrazadera; La Figura 2 es un fragmento agrandado de la Figura 1 que muestra el empaque de metal que forma un sello primario metal a metal, entre los miembros tubulares; La Figura 3 es una vista en sección agrandada del sello secundario, que incluye un par de juntas tóricas sobre una proyección anular externa del empaque de metal y que muestra las juntas tóricas en una posición que permite la fuga de fluido cuando la presión de fluido interna es mayor que la presión de fluido externa, y La Figura 4 es una vista en sección agrandada, similar a la Figura 3 pero que muestra la junta tórica en relación de sello entre los enchufes, cuando la presión de fluido externa es mayor que la presión de fluido interna.

CCO-P-0068 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia ahora a los dibujos para una mejor comprensión de esta invención, un par de miembros tubulares alineados de manera axial se muestran generalmente como 10 y 12, y tienen enchufes de extremo 14 y 16 respectivos. El enchufe de extremo 14 tiene un reborde anular 18 que embona con un rebaje interior 20 adyacente al borde 19 del enchufe 16. Una abrazadera o acoplamiento indicado generalmente con el número 22 incluye un par de mitades conectadas entre sí de manera pivotante en un extremo y aseguradas mediante bridas en el otro extremo (no mostrado) , conocidas también en la técnica. La brida 22 tiene superficies internas frustocónicas 24 que se acoplan con las superficies externas frustocónicas 26 en los enchufes 14 y 16 para mantener juntos a los enchufes 14 y 16, cuando la abrazadera 22 esté sujeta a los enchufes 14 y 16. Los enchufes 14 y 16 tienen superficies internas frustocónicas 28 y 30 respectivas. El enchufe 14 tiene un espaldón anular 32 que conecta la superficie interior frustocóníca 28 con una superficie exterior frustocónica 34. El rebaje 20 en el enchufe 16 define una superficie de extremo interna 36 que se extiende en una relación separada en paralelo hacia el espaldón 32, perpendicular a la longitud axial de los miembros tubulares 10 y 12. Un espacio anular 38 está formado entre el espaldón paralelo 32 y la superficie de extremo interior 36 paralela.

Un empaque de metal o anillo indicado generalmente como 40, está montado entre los enchufes 14 y 16 y tiene superficies exteriores frustocónicas 42,44 en relación sellante metal a metal con superficies frustocónicas 28 y 30 respectivas, para formar un sello primario sobre la sujeción de la abrazadera 22 alrededor de los enchufes 14 y 16.

CCO-P-0068 El anillo de sello metálico 40 tiene una superficie axial 46 en alineación axial con los orificios de los miembros tubulares 10 y 12. La abrazadera 22 es preferentemente de dos mitades y tiene salientes de acoplamiento que se extienden hacia afuera (no mostradas) que están aseguradas con pernos para presionar la abrazadera 22 hacia el interior, en relación estrecha con las superficies externas cónicas 26 en los enchufes 14 y 16, para empujar así los enchufes 14 y 16 hacia una relación estrecha de sello con el empaque metálico 40 comprimido entre los enchufes 14 y 16.

El anillo de sello metálico 40 tiene una proyección o reborde anular exterior 50 que se proyecta radialmente hacia el exterior desde el cuerpo del anillo de sello 40 en la junta de las superficies externas frustocónicas 42 y 44. La proyección radial 50 tiene, sobre los lados opuestos de la misma, una ranura anular que tiene una porción interior de ranura 54 y una porción exterior de ranura de conexión 56. Una pluralidad de puertos 58 se extienden hacia la porción de ranura 54 desde la cara de extremo 60, que se proyecta radialmente, de la proyección anular 50. Las juntas tóricas 62 y 64 son recibidas mediante las porciones de ranura 54, como se muestra en la Figura 3, cuando la presión de fluido interna es mayor que la presión de fluido externa y se presenta una fuga más allá del empaque de metal 40. De esta manera, la falla de un empaque sería detectada de manera visual durante la operación o durante la prueba. Las juntas tóricas 62 y 64 son recibidas por las porciones de ranura 56 cuando están expuestas a una presión de fluido externa diferencial, como se muestra en la Figura 4. Las superficies de sello 32 y 36 forman superficies secundarias de sello radialmente hacia afuera de las superficies primarias de sello 42 y 44 de los enchufes 14 y 16.

CCO-P-0068 La presión de fluido externa a través de los puertos 58 empuja a las juntas tóricas 62, 64 hacia afuera, desde las porciones de ranura 54 dentro de las porciones de ranura 56, en las cuales las juntas tóricas 62, 64 se sella contra las superficies paralelas 32 y 36 de los enchufes 14 y 16 para evitar con esto que cualquier fluido externo, como agua de mar, fluya hacia el interior de los miembros tubulares 10 y 12 más allá del empaque 40. Las juntas tóricas 62, 64 tienen preferentemente una dureza durométrica Shore A de aproximadamente 90. Una dureza durométrica Shore A entre aproximadamente 70 y 95 funcionará de manera satisfactoria. Las juntas tóricas 62,64 están formadas preferentemente de un material de neopreno. Otros materiales adecuados para las juntas tóricas 62, 64 incluyen, por ejemplo, butadieno-nitrilo, caucho natural, fluorocarbono y caucho de butilo.

El empaque 40 puede ser de diversos diámetros para utilizarse en conexiones submarinas de cabeza de pozo para revestimiento o encamisado de tubería que tienen diversos diámetros. El empaque 40 está formado preferentemente de un acero inoxidable recocido y no está revestido. Las juntas tóricas 62, 64 están adaptadas para sellarse contra la presión de fluido externa en profundidades de agua de mar tan grandes como 7,500-10,000 pies y a presiones de fluido hidrostáticas tan altas como aproximadamente 4500 psi a 5000 psi. La presión de fluido interna se ventila fácilmente más allá de las juntas tóricas 62,64 en la posición de la Figura 3, en caso de que el empaque 40 no pueda retener la presión de fluido interna. Mientras que las juntas tóricas se han ilustrado para ventilar presión de fluido interna mientras que sellan contra la presión de fluido externa, se entiende que otros medios secundarios de sello diversos podrían proporcionarse para el CCO-P-0068 empaque metálico 40 dentro del alcance de esta invención. Por ejemplo, una válvula de retención del tipo bola se podría utilizar en combinación con las juntas tóricas, para permitir que el flujo de fluido derive las juntas tóricas al momento de abrir la válvula de retención, desde de la presión de fluido interna. Las juntas tóricas en este diseño se sellarán en todo momento contra las superficies opuestas de enchufe. Es evidente que otros tipos diversos de diseños de sello secundario pueden proporcionarse para el empaque o anillo de sello metálico, para la junta entre los miembros tubulares, de conformidad con esta invención, como se define en las reivindicaciones.

CCO-P-0068

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES : 1. Una junta tubular que comprende: un primer miembro tubular que tiene una superficie de extremo interna cónica; un segundo miembro tubular que tiene una superficie de extremo interna cónica; medios para unir el primer y segundo miembros tubulares en relación extremo a extremo con las superficies de extremo internas cónicas, adyacentes entre sí; un anillo de sello colocado entre dichas superficies de extremo internas cónicas de los miembros tubulares, que tienen una superficie exterior de sello cónica en relación de acoplamiento con las superficies de extremo internas cónicas de los miembros tubulares, para formar un sello primario al momento de unir el primero y el segundo miembros tubulares; y medios secundarios de sello para la junta, hacia afuera de las superficies cónicas de sello del anillo de sello, para permitir que el fluido fluya más allá de los medios secundarios de sello hacia el exterior desde el anillo de sello y para evitar que el fluido fluya hacia el interior más allá del medio secundario de sello hacia el anillo de sello.
2. 2. Una junta tubular como se define en la reivindicación 1, en donde: cada uno de dichos miembros tubulares tiene un enchufe de extremo que define la superficie de extremo interna cónica y que define además una superficie secundaria de sello radialmente hacia afuera del anillo de sello; el medio secundario de sello sella entre las superficies secundarias de sello, para evitar que el fluido fluya hacia el interior más allá del anillo de sello. 3. Una junta tubular como se define en la
3. CCO-P-0068 reivindicación 2, en donde el medio secundario de sello permite que el fluido fluya hacia afuera entre las superficies secundarias de sello.
4. 4. Una junta tubular como se define en la reivindicación 3, en donde las superficies secundarias de sello en los miembros tubulares están en relación separada entre sí y se extienden en una dirección generalmente transversal hacia los ejes longitudinales de los miembros tubulares, y el medio secundario de sello está colocado entre las superficies secundarias para sellar las mismas contra la presión de fluido externa.
5. 5. Una junta tubular como se define en la reivindicación 2, en donde las superficies secundarias de sello están separadas entre sí para definir un espacio anular entre dichas superficies de sello; y el medio secundario de sello está colocado dentro del espacio anular.
6. 6. Una junta tubular como se define en la reivindicación 5, en donde el anillo de sello tiene una proyección que se extiende de manera radial luego de colocarse centralmente en la longitud del anillo de sello y dentro del espacio anular entre las superficies secundarias de sello, el medio secundario de sello está colocado en esta proyección dentro del espacio anular.
7. 7. Una junta tubular como se define en la reivindicación 1, en donde el anillo de sello tiene una proyección que se extiende de manera radial luego de colocarse centralmente en la longitud del anillo de sello, y un par de juntas tóricas están colocadas en lados opuestos de la proyección para sellar entre los miembros tubulares contra el flujo de fluido externo.
8. 8. Una junta tubular como se define en la CCO-P-0068 reivindicación 7, en donde las juntas tóricas están montadas para movimiento flotante sobre la proyección y para quedar fuera de contacto con los miembros tubulares cuando se exponen a presión de fluido interna.
9. 9. En una junta tubular para un par de miembros tubulares que tienen enchufes en relación extremo a extremo con las superficies de sello de extremo internas de los mismos, un anillo de sello entre los enchufes que tiene superficies exteriores de sello en el mismo, en relación acoplante con las superficies de sello de extremo internas de los enchufes para formar un sello primario, y medios para asegurar los enchufes en relación sellante con el anillo de sello; la mejora comprende: un medio secundario de sello colocado entre los enchufes hacia el exterior del anillo de sello, y medios para permitir que el fluido fluya hacia afuera desde el anillo de sello más allá del medio secundario de sello y para evitar que el fluido fluya hacia adentro, más allá del medio secundario de sello hacia el anillo de sello.
10. 10. En una junta tubular como se define en la reivindicación 9, en donde: las superficies de extremo internas de sellado en los enchufes y las superficies exteriores acoplantes de sellado en el anillo de sello son cónicas y forman un sello primario metal a metal.
11. 11. En una junta tubular como se define en la reivindicación 9, en donde: los enchufes tienen superficies secundarias de sello opuestas que se extienden en una dirección perpendicular hacia los ejes longitudinales de los miembros tubulares; y los medios secundarios de sello están colocados entre las superficies secundarias de sello para el sellado entre CCO-P-0068 las mismas al presentarse flujo de fluido hacia el anillo de sello, para bloquear el flujo de fluido externo hacia el anillo de sello.
12. 12. En una junta tubular como se define en la reivindicación 9, en donde: los enchufes tienen superficies secundarias de sello opuestas en los mismos y medios elastoméricos de sello proporcionan un sello secundario entre las superficies secundarias de sello opuestas.
13. 13. Una junta tubular que comprende: un primer miembro tubular que tiene un enchufe de extremo que define una superficie interior primaria de sello; un segundo miembro tubular que tiene un enchufe de extremo, en relación opuesta extremo a extremo respecto al primer enchufe de extremo mencionado y que define una superficie interior primaria de sello; un anillo de sello entre las superficies primarias de sello para formar un sello primario entre las superficies primarias de sello; cada uno de dichos enchufes tienen una superficie secundaria de sello colocada de manera radial hacia afuera de la superficie primaria de sello; y medios secundarios de sello entre las superficies secundarias de sello que permiten que el flujo interno fluya hacia afuera del anillo de sello e interrumpa el flujo de fluido externo hacia el interior, más allá de los medios secundarios de sello hacia el anillo de sello.
14. 14. Una junta tubular como se define en la reivindicación 13, en donde el anillo de sello tiene superficies externas de cónicas de sello, en acoplamiento con las superficies primarias de sello en los enchufes, en relación de sello metal a metal. CCO-P-0068
15. 15. Una junta tubular como se define en la reivindicación 13, en donde las superficies secundarias de sello en los enchufes comprenden superficies opuestas que se extienden en una relación transversal a los ejes longitudinales de los miembros tubulares; estos medios secundarios de sello incluyen medios elastoméricos de sello para el sellado entre las superficies secundarias de sello.
16. 16. Una junta tubular como se define en la reivindicación 15, en donde el medio secundario de sello permite que el fluido fluya hacia afuera desde el anillo de sello, más allá del medio elastomérico de sello, y que interrumpe el flujo de fluido hacia adentro más allá del medio elastomérico de sello, hacia el anillo de sello.
17. 17. Una junta tubular como se define en la reivindicación 13, en donde las superficies secundarias de sello están en relación espaciada opuestas entre sí, y el medio secundario de sello está colocado entre las superficies secundarias de sello.
18. 18. Una junta unta tubular como se define en la reivindicación 17, en donde el anillo de sello tiene una proyección anular intermedia en su longitud que se extiende de manera radial entre las superficies secundarias de sello; y un par de juntas tóricas están colocadas en esta proyección en una relación flotante para sellar entre las superficies secundarias de sello, cuando se exponen al flujo de fluido externo, y para permitir que fluya el fluido hacia afuera más allá de las juntas tóricas, cuando se exponen al flujo de fluido interno proveniente del anillo de sello. CCO-P-0068