Junta roscada para tuberías de acero.

Una junta roscada para tuberías de acero que comprende un pasador y una tuerca que tienen cada una parteroscada y una parte de contacto metal a metal no roscada que sirven como superficies de contacto de la juntacuando se aprieta sin usar grasa compuesta,

donde las superficies de contacto de al menos uno de pasador y tuercaestán revestidas con una estructura de multi-capa que comprende, desde la parte inferior, una primera capa formadapor un primer metal o aleación, una segunda capa formada por un segundo metal o aleación que es más blando queel primer metal o aleación, y un revestimiento de lubricante sólido como capa más superior, donde la primera capatiene un espesor de revestimiento de 2-15 micrómetros, la segunda capa tiene un espesor de revestimiento de 5-30micrómetros, y el revestimiento lubricante sólido tiene un espesor de revestimiento de 5-40 micrómetros y dichorevestimiento lubricante sólido tiene una composición que comprende un polvo lubricante, y un aglutinante formadopor una resina orgánica o un compuesto polimérico inorgánico.

Junta roscada para tuberías de acero.

Campo de la invención La presente invención se refiere a una junta roscada para tuberías de acero y en particular a una junta roscada para su uso en la conexión de bienes tubulares para formaciones petrolíferas unos a otros. Más particularmente, la presente invención está relacionada con el tratamiento superficial de dicha junta roscada.

De manera fiable una junta roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención puede exhibir excelente resistencia a la excoriación sin la aplicación de una grasa compuesta que se ha aplicado a juntas roscadas cuando se usan para conectar bienes tubulares para formaciones petrolíferas y que contiene una gran cantidad de polvo de metal pesado nocivo. Por consiguiente, una junta roscada para tuberías de acero de acuerdo con la presente invención puede evitar los efectos adversos sobre el medio ambiente y la salud humana provocados por el uso de grasa compuesta.

Técnica anterior

Los bienes tubulares para formaciones petrolíferas (abreviados como OCTG) son tubos y tuberías de revestimiento que se usan para excavar pozos petrolíferos para recuperar el petróleo crudo o gasóleo. Normalmente, están conectados unos a otros usando juntas roscadas. En el pasado, la profundidad de los pozos petrolíferos era de 2000-3000 metros, pero en los actuales campos petrolíferos marinos profundos se pueden alcanzar los 8.000-10.000 metros.

En este entorno de uso, la junta roscada para OCTG está sometida a una carga en forma de una fuerza de tracción axial provocada por el peso de OCTG y las juntas conectadas a los mismos, una presión externa e interna combinada, y calor subterráneo. Por tanto, la junta roscada debe mantener una conexión estanca sin ruptura incluso en dicho entorno hostil.

Una junta roscada típica usada para conectar OCTG tiene una estructura de tuerca con pasador que comprende una rosca macho formada sobre la superficie de cada parte terminal (pasador) de un bien tubular para formaciones petrolíferas y una rosca hembra formada sobre la superficie interna (tuerca) de un acoplamiento (un miembro conector roscado) . La parte de contacto metal a metal no roscada está formada en el lado terminal frontal de la rosca macho del pasador y sobre el lado interno de la rosca hembra de la tuerca. Por medio de la inserción de un extremo del bien tubular para formaciones petrolíferas en el interior del acoplamiento y apretando la rosca macho y la rosca hembra, se establece un contacto firme entre las partes de contacto metal a metal no roscadas del pasador y la tuerca, unas a otras, para formar un sellado metal a metal, logrando de este modo la estanqueidad de la junta. De este modo, cada uno de pasador y tuerca tiene una superficie de contacto en su parte roscada y su parte de contacto metal a metal no roscada.

Durante la operación de bajada de la tubería o tubería de revestimiento del pozo petrolífero, debido a varios problemas, existen casos donde la junta roscada apretada se afloja después de producirse la elevación temporal de la tubería o tubería del revestimiento fuera del pozo petrolífero, y posteriormente la junta se re-aprieta antes de bajar la tubería o tubería de revestimiento. API (Amercian Petroleum Institute) requiere una junta roscada para OCTG que tenga suficiente resistencia a la excoriación de manera que resulte posible llevar a cabo el apretado (formación) y aflojado (ruptura) diez veces para una junta para tuberías y tres veces para una junta de revestimiento sin que se produzca la excoriación (agarrotamiento severo irreparable) al tiempo que se mantiene la estanqueidad.

Cuando se aprieta la junta roscada, con el fin de aumentar su resistencia a la excoriación y estanqueidad, se aplica un lubricante líquido viscoso denominado "grasa compuesta" que contiene una gran cantidad de polvo de metal pesado a las superficies de contacto (concretamente, las partes roscadas y las partes de contacto metal a metal no roscadas) de la junta. Dicha grasa compuesta viene especificada por API BUL 5A2. La grasa compuesta también tiene el efecto de evitar la formación de óxido sobre la superficie.

Con el fin de aumentar la retención de la grasa compuesta por parte de la junta roscada y mejorar las propiedades de deslizamiento de la junta, se ha propuesto que las superficies de contacto de la junta roscada sean sometidas a tratamiento superficial seleccionado entre tratamiento de nitruro, diferentes tipos de metalizado tales como metalizado basado en cinc y metalizado dispersado, tratamiento químico de conversión de fosfato, y similares para formar una o más capas que tienen una mayor rugosidad superficial. No obstante, el uso de una grasa compuesta tiene el inconveniente de los efectos adversos sobre el medio ambiente y la salud humana, como se describe a continuación.

La grasa compuesta contiene una gran cantidad de polvo de metales pesados tales como plomo, cinc y cobre con el fin de proporcionar a la grasa suficiente lubricidad y resistencia a la corrosión. Cuando se aprieta la junta roscada que tiene grasa aplicada sobre la misma, se lava la grasa aplicada o se escurre fuera del exterior de la junta, y puede tener un efecto adverso sobre el medio ambiente y en particular sobre la fauna marina debido a sus componentes nocivos de metales pesados tales como plomo. Además, el proceso de aplicación de la grasa compuesta afecta negativamente al medio de trabajo, y existe un problema de efectos nocivos sobre la salud humana debido a los componentes nocivos.

Desde que entro en vigor la Convención OSPAR (Convención de Oslo-París) sobre la prevención de la contaminación marina en el Atlántico Norte en 1998, se ha incrementado la normativa ambiental estricta a escala global, y en algunas regiones, ya se ha regulado el uso de la grasa compuesta. Por consiguiente, con el fin de evitar efectos adversos sobre el medio ambiente y la salud humana en la excavación de pozos de gas y pozos petrolíferos, se ha desarrollado la demanda de una junta roscada que pueda exhibir excelente resistencia a la excoriación sin la aplicación de una grasa compuesta.

Como junta roscada que se puede usar para conectar OCTG sin aplicación de una grasa compuesta, por ejemplo, el Documento de Patente 1 citado a continuación divulga una junta para tuberías de acero que tiene al menos tres capas formadas por medio de tratamiento superficial que comprenden una capa más inferior sometida a tratamiento con nitruro, una capa intermedia de conversión química formada por medio de tratamiento de fosfonación con manganeso, y un revestimiento lubricante sólido más superior. Aunque el objetivo es totalmente diferente de la presente invención, el Documento de Patente 2 citado a continuación divulga una junta roscada para OCTG que tiene una capa metalizada inferior con un metal blando tal como Cu, Zn, Sn o Pb y una capa metalizada superior con un metal duro tal como Cr, Mo o W, al tiempo que el Documento de Patente 3 citado a continuación divulga una junta roscada para OCTG que tiene una capa de revestimiento inferior de un metal tal como Ni que tiene un punto de fusión más elevado que la temperatura de uso de la junta y una capa de revestimiento superior de un material tal como Sn que tiene un punto de fusión menor que la temperatura de uso de la junta.

Listado de documentos Documento de Patente 1: JP H08-105582 Al Documento de Patente 2: JP S60-022695 Al Documento de Patente 3: JP H05-149486 Al

El documento US 5.253.902 divulga una junta roscada con un revestimiento anti-agarrotamiento formada por una capa fina de óxido de plomo producida por medio de la oxidación de una capa de plomo, que está formado en sí mismo sobre una capa subyacente de un metal tal como cobre y que se ha depositado directa o indirectamente de antemano sobre la superficie a proteger frente al agarrotamiento.

El documento JP 2003-074763 divulga una junta roscada con un revestimiento metalizado de Sn o aleación de Sn-Cu como capa superior lubricante.

El documento US 4.513.995 divulga una junta roscada con una capa de níquel y un metalizado de estaño y que se engrasa.

Divulgación de la invención La junta roscada descrita en el Documento de Patente 1 tiene los defectos de que el revestimiento lubricante sólido se despega relativamente pronto debido a su pobre adhesión a la capa subyacente, y de que resulta difícil retener el polvo lubricante liberado a partir del revestimiento cuando se degasta sobre la superficie de uso con el fin de contribuir a la lubricación. Por consiguiente, en particular en el caso de OCTG formado por un acero de alta aleación en el cual tiene lugar excoriación con facilidad, su resistencia a la excoriación no es suficiente para evitar la excoriación cuando... [Seguir leyendo]

1. Una junta roscada para tuberías de acero que comprende un pasador y una tuerca que tienen cada una parte roscada y una parte de contacto metal a metal no roscada que sirven como superficies de contacto de la junta cuando se aprieta sin usar grasa compuesta, donde las superficies de contacto de al menos uno de pasador y tuerca están revestidas con una estructura de multicapa que comprende, desde la parte inferior, una primera capa formada por un primer metal o aleación, una segunda capa formada por un segundo metal o aleación que es más blando que el primer metal o aleación, y un revestimiento de lubricante sólido como capa más superior, donde la primera capa tiene un espesor de revestimiento de 2-15 micrómetros, la segunda capa tiene un espesor de revestimiento de 5-30 micrómetros, y el revestimiento lubricante sólido tiene un espesor de revestimiento de 5-40 micrómetros y dicho revestimiento lubricante sólido tiene una composición que comprende un polvo lubricante, y un aglutinante formado por una resina orgánica o un compuesto polimérico inorgánico.

2. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 1, donde la superficie de contacto de uno de pasador y tuerca se reviste con la estructura de multicapa y la superficie de contacto del pasador o tuerca no revestida con la estructura de multicapa se reviste con una capa que previene la formación de óxido.

3. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 1 ó 2, donde la primera capa tiene una dureza dentro del intervalo de H.

10. 500, y una segunda capa tiene una dureza dentro del intervalo de Hv 10

150.

4. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 1 ó 2, donde la segunda capa tiene una rugosidad superficial dentro del intervalo de 1-6 micrómetros Ra.

5. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 1 ó 2, donde el revestimiento lubricante sólido no contiene un metal pesado nocivo.

6. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 1 ó 2, donde las tuberías de acero son bienes tubulares para formaciones petrolíferas.

7. Una junta roscada para tuberías de acero como se explica en la reivindicación 5, donde la tubería de acero contiene al menos un 3 % de Cr.