MXPA99010076A - Conexión roscada para aumento de resistencia a la fatiga - Google Patents

Abstract

La presente invenciónse refiere a conexión roscada tabular de yacimiento petrolífero para mejorar la resistencia a la fatiga de cargas cíclicas de tubos de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada, la conexión roscada estácaracterizada porque comprende:un par de miembros roscados de intertrabado que tiene roscas espirales radialmente internas y radialmente externas correspondientes sobre los mismos, cada rosca espiral incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral, el flanco de tensión espiral sobre las roscas espirales internas estáen acoplamiento plano con un flanco de tensión espiral correspondiente sobre la rosca espiral externa;una separación axial entre los flancos de tensión y los flancos de comprensión sobre lo menos una de las roscas espirales radialmente internas y radialmente externas que define una superficie de raíz espiral de reducción de esfuerzo separada radialmente de una superficie de cresta espiral correspondiente sobre las otras roscas espirales radialmente externas y radialmente internas, la superficie de raíz de reducción de esfuerzo separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y el flanco de tensión de una rosca adyacente que incluye en sección transversal una superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y una superficie redondeada que conecta a la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de tensión correspondiente y una segunda superficie redondeada que conecta a la superficie de raíz de perfil lineal con una flanco de comprensión correspondiente, una longitudinal axial de la superficie de raíz de perfil lineal define un ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de comprensión y el flanco de tensión, cada una de las superficies redondeadas primera y segunda tiene un radio que es 10%a 50%del ancho de raíz de rosca;y el radio de la primera superficie redondeada es sustancialmente mayor que un radio de otra primera superficie redondeada que conecta la superficie de cresta espiral correspondiente con el flanco de tensión sobre las roscas espirales externas para minimizar el acoplamiento entre la primera superficie redondeada y la otra primera superficie redondeada reduciendo con esto la concentración de esfuerzos producida por cargas aplicadas ejercidas sobre los miembros roscados durante la carga de los tubos de yacimiento petrolíferos conectados.

Description

CONEXIÓN ROSCADA PARA AUMENTO DE RESISTENCIA A LA FATIGA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una conexión roscada para aumento de resistencia a la fatiga de cargas cíclicas y, más particularmente, a tubos de conexión roscada de yacimiento petrolífero con rendimiento mejorado durante carga cíclica de tubos de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada durante las operaciones de fondo de pozo. Las conexiones roscadas especialmente diseñadas para intertrabado de miembros tubulares de yacimiento petrolífero se usan comúnmente durante las operaciones de producción y perforación en la industria petrolera. Las conexiones roscadas constan usualmente de un miembro de pasador macho que empalma dentro de un miembro de caja hembra, aunque puede emplear alternativamente un acoplamiento que está roscado en ambos extremos para intertrabado de dos miembros tubulares. Los miembros tubulares de intertrabado cuando manipulan el fondo de pozo dentro de las operaciones de perforación y/o producción están sometidos a varias fuerzas de tensión, compresión, y cortantes que resultan en fatiga y finalmente en falla de la conexión roscada más débil. Por lo tanto, varias roscas especialmente diseñadas para mejorar la resistencia a la fatiga se han usado en la técnica anterior tanto para aplicaciones de perforación (tubo de perforación y conexiones de herramientas) como aplicaciones de producción) tuberías marinas y tuberías de revestimiento) . Entre las características más importantes para tubo de fondo de pozo es la habilidad mecánica de las conexiones roscadas para resistir las cargas de tensión, compresión y flexión. Otras características importantes incluyen las capacidades de sellado a la presión confiable ya sea desde los tubos internos o externos, sin importar la carga mecánica y las geometría especiales de manera que la superficie exterior de conexión está a nivel con cualquiera o ambos del diámetro externo y el diámetro interno de los tubos. Las conexiones tubulares de fondo de pozo utilizadas en las operaciones de terminación no son sometidas ordinariamente a la carga cíclica cuando provoca fatiga y por lo tanto, no están diseñadas típicamente para resistir tal carga. Las conexiones tubulares utilizadas en las operaciones de terminación utilizan frecuentemente formas de rosca cuadrada de cuatro lados que resisten la carga mecánica en tanto que requieren un mínimo de espacio y material. Esas formas de roscas incorporan normalmente radios cerrados entre los flancos de la rosca de intersección que pueden funcionar bien para algunas operaciones de terminación de fondo de pozo, aunque actúan como puntos de tensión concentrada que pueden iniciar el agrietamiento por fatiga cuando la columna tubular se mueve a través de una carga en el orificio de pozo.

La tubería de perforación se usa normalmente para perforar pozos mediante rotación, haciendo importante la resistencia a la fatiga. La evolución de la tubería de perforación resistente a la fatiga ha resultado en conectores de tubería de perforación que son significativamente de mayor diámetro que el cuerpo de la tubería, haciendo generalmente esas conexiones imprácticas y poco económicas para las operaciones de terminación de fondo de pozo. Las conexiones de tubería de perforación también están diseñadas con muy poca capacidad de sellado de presión. En consecuencia, los tubos ascendentes han sido utilizados a través de los años para acomodar las conexiones resistentes a la fatiga en aplicaciones de terminación de fondo de pozo, tales como la perforación en agua profunda. Los tubos ascendentes son columnas de tuberías protectoras que pueden experimentar cargas mecánica desde el agua y desde la plataforma de sondeo y proporcionar sellado de presión confiable. Los tubos ascendentes están sometidos normalmente a situaciones de carga de fatiga, y las conexiones de tubería de perforación similares, deben ser resistentes a la fatiga o a la carga cíclica. Los diseños de rosca para conexiones de herramientas están restringidos típicamente por su aplicación a operaciones de perforación, lo que los hace contraproducentes en su uso para la producción de tubos ascendentes y aplicaciones relacionadas para mejorar la resistencia a la fatiga. Por ejemplo, la Patente Norteamericana No. 4,549,754 para Saunders et al. describe una conexión de herramienta roscada para reducir la tensión y mejorar la resistencia a la fatiga. Sin embargo, ya que la conexión de herramienta distribuye cargas desiguales, el resultado es mayor tensión sobre las roscas más allá del espaldón de pasador. La Patente Norteamericana 4,708,513 para Roche et al describe un acoplamiento de elevación extendido para miembros tubulares de unión en relación de extremo a extremo para mejorar la resistencia a la fatiga provocada por las fuerzas de tensión cíclicas aplicadas. Una carga previa axial compresiva externa coloca un toro sobre un pasador en compresión axial. El empalme de un anillo en cierre mantiene la deformación por compresión sobre el toro y el anillo de cierre cuando la fuerza de unión axial es retirada. La carga de tensión incrementada es parcialmente absorbida en tensión compresiva benigna mediante el anillo de cierre, lo cual no mejora la resistencia a la fatiga provocada por la flexión radial de los miembros tubulares. Sin embargo, las conexiones de fondo de pozo ofrecen la mayoría de las características diseñadas para los tubos ascendentes, tal como la integridad a la presión, resistencia a altas cargas mecánicas y costos económicos, pero no resistencia a la fatiga. Por lo tanto, se necesita encontrar varias necesidades de aplicación de tubo elevador, la mayoría de los sistemas elevadores han utilizado conexiones costosas fabricadas de material de pared pesado, el cual es soldado a la tubería y resulta en una solución muy costosa para dar solución al problema de la resistencia a la fatiga . Las desventajas de la técnica anterior son superadas por la presente invención y una conexión roscada que se describe a continuación en la presente para uso en tuberías de yacimiento petrolífero y en particular en tubos elevadores, con resistencia a la fatiga mejorada. La presente invención incorpora un diseño de rosca novedoso para conexiones tubulares de fondo de pozo utilizadas en la perforación, producción y/o aplicaciones de terminación. La conexión roscada constará de un miembro de pasador macho que empalma dentro de un miembro de caja hembra, o alternativamente, un acoplamiento que está roscado en ambos extremos para el intertrabado de dos miembros tubulares. El diseño de rosca novedoso de la presente invención utiliza una rosca ahusada y reduce los puntos de concentración de tensión en el fondo de las raíces de rosca incrementando los radios en la intersección entre las raíces de rosca y los lados de la rosca o los flancos. Debido a que las conexiones de terminación tubular de yacimiento petrolífero son de diseño compacto, hay poco espacio para expandir el radio de la raíz de rosca al flanco roscado a la intersección de flanco roscado sin reducir otras características importantes, tales como el área de contacto entre los flancos de rosca que transportan la carga. La presión de inmersión permite un incremento de los radios mediante la profundización de la profundidad de la raíz de rosca. Esta modificación reduce ligeramente la resistencia a la tensión de las conexiones tubulares que en rara ocasión son de más de 1,520 metros (5,000 pies) de longitud. Ya que esas conexiones de fondo de pozo tubulares son capaces de transportar las cargas generadas desde las longitudes de columna de más de 4560 m-5472 m (15,000 pies-18,000 pies), es permisible una pequeña reducción en la resistencia a la tensión. El diseño de rosca novedoso de la presente invención acopla preferiblemente los flancos de compresión y los flancos de tensión. Sin embargo, si solamente se acoplan los flancos de tensión, el área de espaldón de torsión debe transportar la carga de compresión en tanto que el cuerpo de rosca transporta la carga de tensión. Los radios alargados y el contacto de flanco a flanco de la presente invención crea un cuerpo de rosca más rígido que no solamente reduce los puntos de concentración de tensión en las raíces de rosca, sino que también mejora la conexión tubular que transmite la carga mecánica pesada a través de la región de rosca acoplada . En consecuencia, la conexión roscada de la presente invención para mejorar la resistencia a la fatiga de cargas cíclicas de tubos de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada incluye un par de miembros roscados de intertrabado con roscas espirales radialmente interna y radialmente externa correspondientes, sobre los mismos, cada rosca espiral, que incluye por tanto un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral. Por lo menos uno de los flancos de compresión espiral y uno de los flancos de tensión espiral sobre las roscas espirales internas está acoplado con un flanco de compresión espiral correspondiente y un flanco de tensión espiral sobre la rosca externa espiral creando de esta manera un contacto de flanco a flanco de la invención roscada. Si solamente los flancos de tensión espiral están acoplados, entonces un área de espaldón de torsión debe transportar la carga de compresión mientras que el cuerpo de la rosca soporta la carga de tensión. La separación axial entre los flancos de tensión y los flancos de compresión sobre por lo menos una de las roscas espirales radialmente interna y radialmente externa define una superficie de raíz de espiral de reducción de tensión separada radialmente desde una cresta espiral correspondiente sobre las roscas radialmente interna y radialmente externa por lo menos en 0.025 cm (0.010 pulgadas). La superficie de raíz espiral de reducción de tensión axialmente separada entre el flanco de compresión de una rosca y el flanco de tensión de una rosca adyacente incluye, en sección transversal, una superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y primera y segunda superficies redondeadas axialmente separadas, cada una que conecta la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de compresión y flanco de tensión correspondientes. En una modalidad de la presente invención, la superficie de raíz de reducción de tensión de perfil lineal es sustancialmente paralela a un plano formado por un ángulo del ahusamiento de rosca con relación al eje del par de miembros roscados de intertrabado. Uno del par de miembros roscados de intertrabado puede adicionalmente incluir un espaldón de torsión anular para sellar para acoplamiento sellado con la superficie de retén anular correspondiente sobre el otro del par de miembros roscados de intertrabado. Adicionalmente, el espaldón de torsión anular es adyacente a una primera rosca espiral radialmente interna y tiene un ángulo inverso de manera que una porción radialmente interna del espaldón de torsión está axialmente más cerca de la primera rosca que una porción radialmente externa del espaldón de torsión.

Una longitud axial de la superficie de raíz de perfil lineal define una raíz de rosca de ancho separada entre intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión. Cada primera y segunda superficie redondeada que conecta la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco adyacente de la rosca tiene un radio de 10 por ciento hasta 50 por ciento del ancho de raíz de rosca para mejorar la resistencia a la fatiga durante la carga cíclica de los tubos de yacimiento petrolífero conectados. En una modalidad de la presente invención, la primera y segunda superficies redondeadas axialmente separadas incluyen cada una aproximadamente un radio igual. De manera adicional, por lo menos una rosca espiral radialmente externa incluye un anillo de sellado plástico para acoplamiento de sellado mejorado con una rosca espiral radialmente interna correspondiente en conexiones roscadas utilizadas en ambiente de fondos de pozo altamente presurizados . De acuerdo con el método de la presente invención, un par de cuerpos tubulares se forman, teniendo cada uno un pasaje longitudinal a través del mismo y que incluye roscas espirales radialmente internas en cada extremo distante de cada cuerpo tubular, cada rosca espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral.

En una modalidad, un cuerpo de acoplamiento se forma para incluir las roscas espirales radialmente externas sobre cada uno de un extremo distante del cuerpo de acoplamiento, cada rosca espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral, y por lo menos uno de los flancos de compresión espiral y de los flancos de tensión espiral sobre las roscas espirales internas de un par de cuerpos tubulares que están en acoplamiento plano acoplable con el flanco de compresión espiral correspondiente y el flanco de tensión espiral sobre las roscas espirales externas del cuerpo de acoplamiento. Preferiblemente, se logra un contacto de flanco a flanco, mediante el acoplamiento plano acoplable de los flancos de compresión espiral y de tensión espiral correspondientes sobre cada una de las roscas espirales radialmente internas y radialmente externas. Sin embargo, en el caso de que no se logre el contacto de flanco a flanco y se cree un espacio libre entre dos flancos de compresión correspondientes, un espaldón de torsión puede transportar la carga compresiva mientras el cuerpo de rosca transporta la carga de tensión restante. La separación axial se forma después entre el flanco de tensión y el flanco de compresión sobre por lo menos de una de las roscas radialmente interna y radialmente externa que definen una superficie de raíz espiral de reducción de tensión separada radialmente desde una superficie de cresta de espiral correspondiente sobre las otras roscas radialmente internas y radialmente externas espirales. La superficie de raíz espiral de reducción de tensión está separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y el flanco de compresión de una rosca adyacente e incluye, en sección transversal, una superficie de raíz de perfil substancialmente lineal y primera y segunda superficies redondeadas separadas axialmente que conecta cada una la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de compresión correspondiente y el flanco de tensión. La longitud axial de la superficie de raíz de perfil lineal define un ancho de raíz de rosca separado axialmente entre intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión. Cada primera y segunda superficie redondeadas incluye un radio desde 10 hasta 50 por ciento del ancho de raíz de rosca. Finalmente un acoplamiento roscado puede estar unido a un extremo distante de cada uno del par de cuerpos tubulares para interconectar los cuerpos tubulares y para mejorar la resistencia a la fatiga de cargas cíclicas ejercida sobre la conexión roscada. Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar una conexión roscada capaz de reducir los puntos de tensión concentrada en los radios de raíz de rosca mediante la profundización de la profundidad de raíz de rosca e incrementando los radios para permitir que la conexión de rosca transporte la mayoría de la carga cíclica a través de la conexión roscada acoplada. Otro objeto de la presente invención es proporcionar el contacto de flanco a flanco entre cada flancos respectivos sobre las roscas espirales radialmente internas y radialmente externas de la conexión roscada para estabilizar el movimiento del ciclo de tensión-compresión, y proporcionar más soporte en la conexión roscada durante la carga compresiva y de tensión. Incluso otro objeto de la invención es proporcionar el contacto de flanco a flanco entre cada flanco respectivo sobre las roscas de espiral radialmente interna y radialmente externa de la conexión roscada para proporcionar resistencia a las fuerzas cortantes. Incluso otro objeto de la invención es proporcionar una conexión roscada que tenga una superficie de raíz de espiral de reducción de tensión sobre por lo menos una de las roscas espirales radialmente interna y radialmente externa que definen, en sección transversal un ancho que tiene una superficie de raíz de perfil substancialmente lineal separada axialmente entre las intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión. Cada primera y segunda superficie redondeadas tiene un radio desde 10 hasta 50 por ciento del ancho de raíz de rosca para mejorar la resistencia a la fatiga de carga cíclica ejercida sobre la conexión roscada. Es una característica de la presente invención proporcionar una conexión roscada capaz de mantener una escala de resistencia igual ya sea bajo cargas de compresión o de tensión. Es otra característica de la presente invención proporcionar una conexión roscada que tiene un sello metálico interno generado mediante interferencia radial entre una superficie de retén y un espaldón de torsión interno para colocar el control durante los empalmes múltiples, para reducir los efectos de la carga de tensión y la presión interna del cuerpo de tubería. Es otra característica de la presente invención proporcionar un anillo de sellado plástico dentro de la conexión roscada que es igual al cuerpo de tubería en escalas de presión interna y colapsada. Es una ventaja de la presente invención que la conexión roscada pueda tener resistencia a la tensión que es sustancialmente igual a o mayor que el cuerpo de la tubería. Estos y otros objetos, características y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, en donde se hace referencia a las figuras y los dibujos acompañantes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una sección transversal longitudinal parcial de la modalidad preferida. La Figura ÍA es una vista alargada de un anillo sellador incrustado en las roscas radialmente externas de la Figura 1. La Figura 2 es una vista alargada de la conexión roscada de la Figura 1. La Figura 3 es una vista en sección transversal longitudinal alargada de una modalidad alternativa de la presente invención. Con referencia a la Figura 1, se muestra una modalidad preferida de la conexión roscada tubular 10 para mejorar la resistencia a la fatiga de la carga cíclica de tubos de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada.

La conexión roscada 10 está descrita generalmente como una conexión acoplada que consta de un par de miembros de pasador roscado tubular 12 que tiene roscas espirales radialmente internas 15 en el mismo y conectado a un cuerpo de acoplamiento roscado tubular 14 que tiene roscas espirales radialmente externas 18 sobre el mismo. Alternativamente, la conexión roscada 10 puede incorporar una pluralidad de miembros tubulares roscados que tienen cada uno un extremo distante externamente roscado (pasador) y otro extremo internamente roscado (caja) para intertrabado de los miembros tubulares utilizando la conexión roscada 10 de la presente invención. El cuerpo de acoplamiento 14 forma un espaldón de torsión superior 22 e inferior 28 que actúa como un retén positivo para colocar un extremo distante correspondiente del miembro de pasador superior 24 y el miembro de pasador inferior 26. Los espaldones de torsión superior 22 e inferior 28 forman un ángulo inverso de aproximadamente 15° de manera que una porción radialmente interna de los espaldones de torsión está axialmente más cerca de las roscas espirales radialmente externas 18 que una porción radialmente externa de los espaldones de torsión. Un anillo metálico 30 está formado entre los espaldones de torsión superior 22 e inferior 28 que coinciden sustancialmente con el diámetro interno de los extremos distantes 24 y 26 de los miembros de pasador 12, creando de esta manera un sello de metal a metal 32. Con referencia a las Figuras 1 y ÍA, un anillo sellador 40 va colocado circunferencialmente alrededor de una o más de las roscas espirales radialmente internas 15 para resistencia mejorada a la presión interna y externa. El anillo sellador 40 tiene escalas de presión interna y de colapso igual a las clasificaciones de cuerpo de tubería y es fácilmente reemplazable. El anillo sellador 40 está empalmado dentro de las roscas espirales radialmente externas 18 del cuerpo de acoplamiento 14 y de manera más particular, desde un punto intermedio 41 sobre la cresta de las roscas espirales radialmente externas 18 hasta un punto medio 47 sobre la raíz de las roscas espirales radialmente externas 18. El anillo sellador 40 esta colocado en una cavidad (no mostrada) dentro de las roscas espirales radialmente externas 18 y se extiende radialmente desde el eje longitudinal de la conexión roscada 10 hasta un punto adyacente al diámetro externo del cuerpo de acoplamiento 14. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, una vista alargada de la modalidad preferida la conexión roscada esta mostrada. Las roscas espirales radialmente internas 52 son una forma de rosca modificada que tiene una raíz 62, un flanco de carga de tensión 64 y un flanco de carga de compresión 68 que está en acoplamiento plano acoplable con un flanco de carga de tensión correspondiente 58 y un flanco de carga de compresión 56 de las roscas espirales adyacente externas 50 para soporte adicional dentro de la conexión roscada en movimiento reducido del ciclo de tensión-compresión. La mayoría de la carga cíclica, ya sea de tensión, compresión o cortante, es transportada a través de los flancos de carga de tensión y compresión acoplados de las roscas espirales radialmente externas 50 y las roscas espirales radialmente internas 52. La separación axial entre el flanco de carga de tensión 64 y el flanco de carga de compresión 68 de las roscas espirales radialmente internas 52 define superficies de cresta internas 66 y superficies de raíz de reducción de tensión 62. La primera y segunda superficies redondeadas axialmente separadas 76 y 78 conectan cada una a la superficie de raíz de reducción de esfuerzo 62 con un flanco de carga de compresión correspondiente 68 y el flanco de carga de tensión 64. La superficie de raíz de reducción de tensión 62 tiene un perfil de sección transversal sustancialmente lineal y es paralelo 74 a un plano formado por un ángulo del ahusamiento de rosca con relación a un eje del par de miembros roscados de intertrabado. Una longitud axial de la superficie de raíz 62 define un ancho de raíz de rosca separado entre las intersecciones teóricas 63 y 65 de la superficie de raíz de reducción de tensión lineal con el flanco de carga de compresión 68 y el flanco de carga 64 y tensión 1. Cada primera y segunda superficie redondeadas 76 y 78 tiene un radio que es de aproximadamente 18 por ciento del ancho de raíz de rosca para mejorar la resistencia a la fatiga al mejorar la carga cíclica ejercida sobre los miembros roscados. Sin embargo, cada radio, puede ser alargado o reducido desde cualquier parte entre 10 hasta 50 por ciento del ancho de raíz de rosca, dependiendo del cambio de requerimientos de tensión o sellado. La superficie de cresta 66 puede ser lineal o no lineal. Los radios más largos y más uniformes mejoran la resistencia a la fatiga en las áreas de transición en los miembros estructurales. Por ejemplo, existe una correlación directa entre el factor de concentración de tensión (Kt) y el tamaño del radio. De acuerdo con la tercera edición de "Mechanical Engineering Desing" de Schigley, la concentración de tensión para una flecha redonda escalonada que tiene un filete de espaldón y el momento de flexión aplicado es aproximadamente de: K, = 1.68 + 1.24 cos'( /D) - (r/d)[2.82 + 11.6 cos'(d/D)] + (r/d)2 [5.71 + 29.6 eos'1 (d/D)] Aunque la ecuación anterior no está designada específicamente para la tubería roscada, es igualmente aplicable ya que los factores de concentración de tensión que se han encontrado para ser menores en las flechas roscadas que en las flechas con un radio de espaldón con una ranura individual, aplicada en un momento de flexión. Por lo tanto, incrementando el radio, el factor de concentración de tensión se reduce. Los radios de cada primera y segunda superficie redondeada 76 y 78 permiten que la carga cíclica sea distribuida sobre las roscas espirales radialmente externas 50 y radialmente internas 52 en vez de estar concentradas en lo que normalmente seria una unión cerrada formada en la raíz de la rosca. Aunque la modalidad preferida utiliza superficies redondeadas que tienen radios iguales, las superficies redondeadas pueden tener radios diferentes dependiendo del ajuste de diseño entre las dos roscas radialmente externas 50 y radialmente internas 52 acoplables, a condición de que las mismas estén dentro del 10%-50% del ancho de raíz de rosca. El alargamiento de los radios en la primera y la segunda superficies redondeadas 76 y 78 requiere una reducción en el espesor de pared interna adyacente a las roscas espirales radialmente internas 52, creando de está manera un espacio libre radial 70 de aproximadamente 0.355 cm (.014 pulgadas) entre la superficie de cresta 54 y la superficie de raíz de reducción de tensión 62. Aunque un espacio libre de la modalidad preferida 70 es de aproximadamente 0.355 cm (.014 pulgadas), el espacio libre puede ser mayor o menor dependiendo del tamaño del radio en la primera y segunda superficies redondeadas 76 y 78. La separación axial entre el flanco de tensión 58 y el flanco de carga de compresión 56 sobre las roscas espirales radialmente externas 50 definen superficies de cresta alternadas 54 y superficies de raíz 60, teniendo cada una un perfil de sección transversal sustancialmente lineal. La superficie de cresta 54 puede no ser lineal. Un espacio libre externo 72 de 0.010 cm (0.004 pulgadas) se crea entre la superficie de raíz 60 y la superficie de cresta 66. La superficie de raíz 60 intersecta el flanco de carga de compresión 56 y el flanco de carga de tensión 58 a lo largo de tercera y cuarta superficies redondeadas axialmente separadas 80 y 82 correspondientes, definiendo cada una unión cerrada que tiene un radio de aproximadamente 0.020 cm (0.008 pulgadas). De manera alternativa, los radios en la tercera y cuarta superficies redondeadas 80 y 82 pueden ser alargadas desde cualquier parte entre 10 hasta 50 por ciento de un ancho de raíz de rosca definido en forma similar mediante una longitud axial de la superficie de raíz lineal 60 y las intersecciones teóricas de la superficie de raíz lineal 60 con el flanco de carga de compresión 56 y el flanco de carga de tensión 58. Aunque el alargamiento de los radios sobre la superficie de raíz reduce la resistencia a la tensión en la conexión roscada, la reducción a la resistencia a la tensión es insignificante para aplicaciones que utilizan la conexión roscada en tuberías, tuberías de revestimiento y conexiones de tubos de elevación. Además, la resistencia a la fuerza cortante no se sacrifica por la conexión roscada modificada de la presente invención. En consecuencia, el equilibrio entre la capacidad de soporte de carga reducida y la resistencia a la fatiga mejorada resulta en un radio de aproximadamente 18 % del ancho de raíz de rosca. Sin embargo, las formas de rosca de un radio óptimo diferente pueden estar en la escala de 10 % hasta 50 % en el ancho de raíz de rosca, preferiblemente en la escala de 14% a 34 % del ancho de raíz de rosca, y de manera aún más preferible en la escala desde 16% hasta 26% del ancho de raíz de rosca. La superficie de raíz de cresta 66 intercepta el flanco de carga de tensión 64 y el flanco de carga de compresión 68 a lo largo de superficies redondeadas correspondientes 90 y 92 y la superficie de cresta 54 intercepta el flanco de carga de tensión 58 y el flanco de carga de compresión 56 a lo largo de superficies redondeadas 94 y 96 para un ajuste de interferencia entre las roscas espirales radialmente internas 52 y radialmente externas 50. En una modalidad preferida, el acoplamiento entre el flanco de carga de tensión 58 y el flanco de carga de tensión 64 forma un plano 84 que crea un ángulo 85 de aproximadamente 3o desde un plano 83 perpendicular al eje longitudinal de la conexión roscada en la Figura 2. Los flancos de carga de tensión de acoplamiento de 3° proporcionan la resistencia a la tensión óptima sin el costo de un diseño de rosca "enganchado". Un plano 88 formado por el acoplamiento del flanco de carga de compresión 68 y el flanco de carga de compresión 56 forma un ángulo 86 que es de 25° desde un plano 87 que es perpendicular al eje longitudinal de la conexión roscada en la Figura 2. Los flancos de carga de compresión acoplables de 25° reducen el roscado transversal. Con referencia a la Figura 3, una modalidad alternativa de la conexión roscada se ilustra mediante roscas espirales radialmente internas parcialmente intertrabadas 52 y roscas espirales radialmente externas 50. Las roscas espirales radialmente internas 52 incluyen un flanco de carga de tensión 64 y un flanco de carga de compresión 68 axialmente separados mediante superficies de cresta alternadas 103 que tienen un perfil transversal substancialmente lineal, y una superficie de raíz de reducción de tensión 62 que tiene también un perfil de sección transversal sustancialmente lineal que es sustancialmente paralelo 74 a un plano formado por un ángulo del ahusamiento de rosca relativo a un eje del par de miembros roscados de intertrabado. La superficie de raíz de reducción de tensión lineal 62 intercepta el flanco de carga de compresión 68 y el flanco de carga de tensión 64 a lo largo de primera y segunda superficies redondeadas 76 y 78 axialmente separadas. La longitud axial de la superficie de raíz de reducción de tensión lineal 62 define un ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas 63 y 65 de la superficie de raíz de reducción de tensión lineal con el flanco de carga de compresión 68 y el flanco de carga de tensión 64. Cada una de la primera y segunda superficies redondeadas 76 y 78 tiene un radio que es 18% del ancho de raíz de rosca para mejorar la resistencia a la fatiga de carga cíclica ejercida sobre los miembros roscados. Sin embargo, cada radio pude ser alargado o reducido desde cualquier parte de 10% a 50% del ancho de raíz de rosca, y preferiblemente de 16% a 26% del ancho de raíz de rosca, dependiendo del cambio de requerimientos de tensión o sellado. Las roscas espirales radialmente externas 50 incluyen un flanco de carga de compresión 56 y un flanco de carga de tensión 58 axialmente separados mediante una superficie de cresta alterna 102 que es sustancialmente no lineal, y una superficie de raíz de reducción de tensión 104 que incluye también un perfil de sección transversal sustancialmente lineal que es sustancialmente paralelo 74 a un plano formado por un ángulo del ahusamiento de rosca con relación a un eje del par de miembros roscados de intertrabado. La superficie de raíz de reducción de tensión lineal 104 intercepta el flanco de carga de compresión 58 y el flanco de carga de tensión 56 a lo largo de tercera y de cuarta superficies redondeadas 112 y 114. La longitud axial de la superficie de raíz de reducción de tensión lineal 104 define un ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas 107 y 109 de la superficie de raíz de reducción de tensión lineal con el flanco de carga de compresión 58 y el flanco de carga de tensión 56. Cada una de las superficies redondeadas tercera 112 y cuarta 114 tiene un radio que es 18% del ancho de raíz de rosca para mejorar la resistencia a la fatiga de carga cíclica ejercida sobre los miembros roscados o de 0.45 cm (0.18 pulgadas) . Sin embargo, cada radio puede ser también alargado o reducido dentro de la escala antes descrita para la primera y segunda superficies redondeadas, dependiendo del cambio de requerimientos de tensión o sellado. Aunque los radios o la tercera 112 y cuarta 114 superficies redondeadas pueden ser iguales, estos también pueden tener un radio diferente . El alargamiento del radio en la tercera y cuarta superficies redondeadas 112 y 114 crea un espacio libre radial 110 de 0.355 cm (0.14 pulgadas) entre la superficie de cresta 103 y la superficie de raíz de reducción de tensión 104. Aunque el espacio libre 110 es de 0.355 cm (0.14 pulgadas) puede variar dependiendo del tamaño del radio sobre la tercera y cuarta superficies redondeadas 112 y 114, y es de por lo menos de 0.025 cm (.010 pulgadas) . Un espacio libre 100 está definido entre el flanco de carga de compresión 56 sobre las roscas espirales radialmente externas 52 y el flanco de carga de compresión 68 sobre las roscas radialmente internas 52 que comunican con el espacio libre radial 110 y el espacio libre está definido entre la superficie de raíz de reducción de tensión 62 y la superficie de cresta 102. El espacio libre 100 depende de los anchos correspondientes de la superficie de cresta sustancialmente lineal 103 y la superficie de cresta sustancialmente no lineal 102. Los espaldones de torsión correspondientes 22 y 28 en la Figura 1 pueden transportar la carga de compresión mientras que el cuerpo de rosca transporte la carga de tensión restante ya que existe un espacio libre 100 entre los flancos de carga de compresión. En cualquier modalidad de la Figura 2 o la Figura 3, los espacios libres pueden ser sellados mediante cualquier compuesto de rosca para evitar el derrame. Adicionalmente, ya que un grado mínimo a la tensión se sacrifica aumentando la superficie de raíz de las roscas espirales radialmente externas, las roscas espirales radialmente internas, sobre ambos, el diámetro externo de acoplamiento estándar puede variarse para cada aplicación para proporcionar resistencia a la tensión conmensurada con el cuerpo de tubería. Por tanto, a mayor espacio libre entre la superficie de raíz de reducción de tensión y la cresta correspondiente, mayor el diámetro externo necesario para mantener la resistencia a la tensión.

Varias modificaciones adicionales de la conexión roscada descritas en la presente deben ser evidentes a partir de la descripción anterior de la modalidades preferidas. Aunque se ha descrito la invención en detalle para esas modalidades, debe entenderse que esta explicación es para ilustración, y que la invención no está limitada a las modalidades descritas. Los componentes alternativos y técnicas de operación deben ser evidentes para aquellos con experiencia en la técnica en vista de la descripción. Las modificaciones están por tanto contempladas y se pueden hacer sin apartarse del espíritu de la invención, el cual esta definido por las reivindicaciones.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero para mejorar la resistencia a la fatiga de cargas cíclicas de tubos de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada, la conexión roscada está caracterizada porque comprende : un par de miembros roscados de intertrabado que tienen roscas espirales radialmente internas y radialmente externas correspondientes sobre los mismos, cada rosca espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral, por lo menos uno de los flancos de compresión espiral y de los flancos de tensión espiral de sobre las roscas espirales internas que está en acoplamiento plano con un flanco de compresión correspondiente y un flanco de tensión espiral sobre la rosca espiral externa; y unas separación axial entre los flancos de tensión y de los flancos de compresión sobre por lo menos una de las roscas espirales radialmente internas y radialmente externas que define una superficie de raíz espiral de reducción de tensión separada radialmente desde una superficie de cresta espiral correspondiente sobre las roscas espirales radialmente externas y radialmente internas, la superficie de raíz de reducción de tensión separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y un flanco de tensión de una rosca adyacente que incluye en sección transversal una superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y primera y segunda superficies redondeadas axialmente separadas que conectan cada una la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de compresión correspondiente y un flanco de tensión, una longitud axial de la superficie de raíz de perfil lineal que define un ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas de lá superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión, cada una de la primera y segunda superficie redondeadas que tiene un radio desde 10% hasta 50% del ancho de raíz de rosca para reducir la concentración de tensión a partir de cargas aplicadas ejercidas sobre los miembros roscados durante la carga de los tubos de yacimiento petrolífero conectados.
2. 2. La conexión roscada de tubo de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de raíz de reducción de tensión está provista sobre la rosca espiral radialmente interna .
3. 3. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la rosca espiral radialmente externa tiene otra superficie de raíz de reducción de tensión separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y el flanco de tensión de la rosca adyacente incluyendo en sección transversal otra superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y una tercera y cuarta superficie redondeadas axialmente separadas que conectan cada una a la otra superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal con un flanco de compresión y un flanco de tensión correspondientes, una longitud axial de la otra superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal que define otro ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas de otra superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión, cada tercera y cuarta superficie redondeada tiene un radio desde 10 % hasta un 50% del otro ancho de raíz de rosca para reducir la concentración de tensión a partir de cargas aplicadas ejercidas sobre el roscado durante la carga de los elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados.
4. 4. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque cada primera y segunda superficie redondeada tiene un radio desde 14% hasta 34% del ancho de raíz de rosca para reducir la carga de tensión a partir de cargas aplicadas ejercidas sobre los miembros roscados durante la carga de tales elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados.
5. 5. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque cada primera y segunda superficie redondeada tiene un radio desde 16% hasta 26% del ancho de raíz de rosca para reducir la concentración de tensión de cargas aplicadas ejercidas sobre los miembros roscados durante la carga de tales elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados.
6. 6. la conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera y segunda superficie redondeadas axialmente separadas tienen un radio aproximadamente igual.
7. 7. la conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de raíz espiral de reducción de tensión está separada radialmente desde la superficie de cresta espiral correspondiente mediante una separación radial de por lo menos 0.025 cm (0.010 pulgadas).
8. 8. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el flanco de compresión espiral y el flanco de tensión espiral sobre la rosca espiral interna están en acoplamiento plano con el flanco de compresión espiral y el flanco de tensión espiral correspondientes sobre la rosca espiralmente externa.
9. 9. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el flanco de compresión espiral sobre cada una de las roscas espirales radialmente interna y radialmente externa forma un ángulo de menos de 30° sobre un plano perpendicular a un eje del par de miembros roscados de intertrabado .
10. 10. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el flanco de tensión espiral de cada una de las roscas espiralmente interna y espiralmente externa forma un ángulo de menos de 7° con respecto a un plano perpendicular a un eje del par de miembros roscados de intertrabado.
11. 11. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el perfil lineal de la superficie de raíz de reducción de tensión es sustancialmente paralelo a un plano formado por un ángulo del ahusamiento de rosca con relación a un eje del par de miembros roscados de intertrabado.
12. 12. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque uno del par de miembros roscados de intertrabado incluye un espaldón de torsión anular para acoplamiento sellado con una superficie anular de retén correspondiente sobre el otro del par de miembros roscados de intertrabado .
13. 13. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el espaldón de torsión anular es adyacente a una primera rosca de espiral radialmente interna y tiene un ángulo inverso de manera que una porción radialmente interna del espaldón de torsión esta axialmente más cercana a la primera rosca que una porción radialmente externa del espaldón de torsión.
14. 14. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además: un anillo sellador plástico para acoplamiento sellado entre un miembro roscado radialmente externo y una rosca espiral radialmente interna correspondiente.
15. 15. Una conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero para mejorar la resistencia a la fatiga de carga cíclica de elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados de manera roscada caracterizada porque comprende: un par de cuerpos tubulares cada uno que tiene un pasaje longitudinal a través del mismo y que incluye roscas espirales radialmente internas sobre cada uno de un extremo distante del cuerpo tubular, cada rosca espiral que incluye un flanco de tensión espiral y un flanco de compresión espiral; un cuerpo de acoplamiento conectado de manera roscada a un extremo distante de cada uno del par de cuerpos tubulares que tiene un pasaje longitudinal a través del mismo, que incluye roscas espirales radialmente externas, sobre cada uno de un extremo distante del cuerpo de acoplamiento, cada rosca espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral, y por lo menos uno de los flancos de compresión espiral y los flancos de tensión espiral sobre las roscas espirales internas del par de cuerpos tubulares que están en acoplamiento plano con el flanco de compresión espiral y el flanco de tensión espiral correspondiente sobre las roscas espirales externas del cuerpo de acoplamiento; y una separación axial entre los flancos de tensión y los flancos de compresión sobre por lo menos una de las roscas espirales radialmente internas y radialmente externas que definen una superficie de raíz espiral de reducción de tensión separada radialmente desde una superficie de cresta espiral correspondiente sobre las otras roscas espirales radialmente internas y radialmente externas, la superficie de raíz espiral de reducción de tensión está separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y un flanco de tensión de una rosca adyacente que incluye en sección transversal la superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y primera y segundas superficies redondeadas axialmente separadas que conectan cada una la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de compresión y un flanco de tensión correspondientes, una longitud axial de la superficie de raíz de perfil lineal que define un ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión, cada primera y segunda superficie redondeada que tiene un radio desde 10% hasta 50% del ancho de raíz de rosca para reducir la concentración desde las cargas aplicadas ejercidas sobre la conexión roscada durante la carga de tales elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados.
16. 16. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la superficie de raíz de reducción de tensión está provista sobre la rosca espiral radialmente interna .
17. 17. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque la rosca espiral radialmente interna tiene otra superficie de raíz espiral de reducción de tensión separada axialmente entre el flanco de compresión de una rosca y el flanco de tensión de la rosca adyacente incluyendo en sección transversal otra superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y una tercera y cuarta superficie redondeadas axialmente separadas que conectan cada una a la otra superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal con un flanco de compresión y un flanco de tensión correspondientes, una longitud axial de otra superficie de raíz de perfil lineal que define otro ancho de raíz de rosca separado entre intersecciones teóricas de otra superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión, cada tercera y cuarta superficie redondeada que tiene un radio desde 10% hasta 50% del otro ancho de raíz de rosca para reducir la concentración de tensión a partir de cargas aplicadas ejercidas sobre el roscado durante la carga de los elementos tubulares de yacimiento petrolífero conectados.
18. 18. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la primera y segunda superficie redondeadas axialmente separadas tienen cada una un radio aproximadamente igual.
19. 19. La conexión roscada tubular de yacimiento petrolífero de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la superficie de raíz espiral de reducción de tensión está separada radialmente desde la superficie de cresta espiral correspondiente mediante una separación radial de por lo menos 0.025 cm (0.010 pulgadas).
20. 20. Un método para producir una conexión roscada para reducir las tensiones de flexión en tuberías de yacimiento petrolífero conectadas de manera roscada caracterizado porque comprende: formar un par de cuerpos tubulares que tienen cada uno un pasaje longitudinal a través de los mismos y que incluyen roscas espirales radialmente internas en cada extremo distante de cada cuerpo tubular, cada rosca espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral; formar un cuerpo de acoplamiento que tiene un pasaje longitudinal a través del mismo, y que incluye un roscado espiral radialmente externo de un extremo distante del cuerpo de acoplamiento, cada roscado espiral que incluye un flanco de compresión espiral y un flanco de tensión espiral, y por lo menos uno de los flancos de compresión espiral y de los flancos de tensión espiral sobre las roscas espirales internas del par de cuerpos tubulares que están en acoplamiento plano con el flanco de compresión espiral correspondiente y el flanco de tensión espiral sobre los roscados espirales externos del cuerpo de acoplamiento; formar una separación axial entre los flancos de tensión y los flancos de compresión sobre por lo menos uno de los roscados espirales radialmente internos y radialmente externos para definir una superficie de raíz de espiral de reducción de tensión separada radialmente desde una superficie de cresta espiral correspondiente sobre la otra de los roscados espirales radialmente internos y radialmente externos, tal superficie de raíz espiral de reducción de tensión separada axialmente entre el flanco de compresión de un roscado y un flanco de tensión de un roscado adyacente incluyendo en sección transversal una superficie de raíz de perfil sustancialmente lineal y primera y segunda superficie redondeadas axialmente separadas, cada una conectando la superficie de raíz de perfil lineal con un flanco de compresión y el flanco de tensión, una longitud axial de la superficie de raíz de perfil lineal define un ancho de raíz de roscado separado entre intersecciones teóricas de la superficie de raíz de perfil lineal con el flanco de compresión y el flanco de tensión, cada primera y segunda superficie redondeada que tiene un radio desde 10% hasta 50% del ancho de raíz de rosca para reducir la concentración de tensión desde las cargas aplicadas ejercidas sobre la conexión roscada durante la carga de tales cuerpos tubulares de yacimiento petrolífero conectados; y unir al cuerpo de acoplamiento a un extremo distante de cada uno del par de cuerpos tubulares.