CONEXION TUBULAR ROSCADA CON INTERFERENCIA AXIAL PROGRESIVA DE FILETES.

Una conexión tubular roscada que comprende un elemento tubular macho (1) que comprende una rosca macho (3) y un elemento tubular hembra (2) que comprende una rosca hembra (4) que coopera por enroscado con dicha rosca macho (3),

y la anchura axial de los filetes de dichas roscas y/o los intervalos entre dichos filetes varía progresivamente a lo largo del eje de la conexión, al menos a lo largo de una parte de la extensión longitudinal axial de las roscas, de manera que los filetes de cada rosca quedan alojados con una holgura axial en los intervalos de la otra rosca al comienzo del enroscado, y dicha holgura disminuye progresivamente hasta llegar a cero durante el enroscado en una posición final de las roscas, caracterizada porque comprende al menos una zona de contacto (5, 6) separada axialmente de dichas roscas (3, 4) en la que los elementos macho y hembra (1, 2) están en contacto estanco por medio de unas superficies de soporte constituidas respectivamente por una superficie combada (11) y por una superficie cónica (12), estando la tangente al ángulo medio del vértice de la superficie cónica (12) en el intervalo de 0,025 a 0,075, y siendo el contacto metal-metal efectivo en dicha posición final de las roscas

Conexión tubular roscada con interferencia axial progresiva de filetes.

La invención se refiere a una conexión tubular roscada que comprende un elemento tubular macho que comprende una rosca macho y un elemento tubular hembra que comprende una rosca hembra que coopera por enroscado con dicha rosca macho, y la anchura axial de los filetes de dichas roscas y/o los intervalos entre dichos filetes varía progresivamente a lo largo del eje de la conexión, al menos a lo largo de una parte de la extensión longitudinal axial de las roscas, de manera que los filetes de cada rosca quedan alojados con una holgura axial en los intervalos de otra rosca al comienzo del enroscado, y dicha holgura disminuye progresivamente hasta llegar a cero durante el enroscado.

Tal como se usa en el presente documento, la expresión "contacto sellado" hace referencia al contacto entre dos superficies apretadas firmemente la una contra la otra para formar una junta de estanqueidad metal-metal, en particular una junta estanca a los gases.

Las conexiones roscadas de este tipo son muy conocidas, en particular para su uso en pozos de petróleo y de gas. Generalmente, poseen filetes con un perfil en cola de milano, tal como se describe, por ejemplo, en las patentes US Re 30 647 y US Re 34 467. Adolecen de varios inconvenientes. En primer lugar, las características geométricas de los filetes de interferencia progresiva no pueden garantizar la estanqueidad de la junta a los gases. Es difícil obtener una junta de este tipo con superficies de contacto separadas de las roscas; las superficies de estanqueidad exigen una colocación relativa muy precisa de los dos elementos al final del enroscado. Sin embargo, la posición relativa final de los elementos se ve afectada enormemente, en este caso, por las tolerancias de mecanizado de los filetes. El uso de superficies de estanqueidad cónicas con una pequeña conicidad y, por tanto, un ángulo de vértice pequeño, que tienen una mayor tolerancia en lo que respecta a la posición axial, no constituye una solución satisfactoria, ya que dichas superficies de soporte son extremadamente sensibles al fenómeno de la excoriación, que da lugar a su deterioro tras solo unas pocas operaciones de enroscado-desenroscado.

En la patente EP 1302623, se describe una conexión de tuberías que comprende un elemento de vástago que posee un filete exterior que aumenta en anchura en una dirección, un elemento de caja que posee un filete interior que aumenta en anchura en la otra dirección, de manera que los filetes complementarios, interior y exterior, se acoplan con el enroscado de la conexión, y un reborde de par de tope fijo.

Se ha descubierto que no era posible incorporar, de manera reproducible, un reborde de par de tope fijo junto con los filetes en cuña, sin sacrificar la función de la tecnología de filetes en cuña. Debido a las tolerancias de fabricación, existe una incertidumbre en la colocación relativa del reborde de par de tope fijo y de los filetes en cuña. Si el reborde de par de tope fijo está en contacto antes de enroscar los filetes en cuña, entonces el par de apriete se detiene en un valor bajo y el enroscado de los filetes en cuña no se completa, con lo que desaparecen completamente las ventajas de los filetes en cuña, o bien se aplica un par de apriete alto y el reborde de par de tope fijo queda deformado definitivamente y no se puede reutilizar. Además, la estanqueidad es deficiente.

Si las roscas en cuña se enroscaron antes del contacto del reborde de par de tope fijo, la conexión presenta un comportamiento de filetes en cuña puros y los mismos inconvenientes.

Si el reborde de par de tope fijo y los filetes en cuña están apoyándose simultáneamente, la estanqueidad puede ser satisfactoria. Pero dicha estanqueidad no es reproducible con otro elemento macho o con otro elemento hembra. Además, los operarios no saben si la estanqueidad es satisfactoria o no.

Otra desventaja de dichas conexiones roscadas conocidas consiste en que las características geométricas de las roscas no facilitan la evacuación de la grasa lubricante usada para el enroscado. Esta grasa se puede acumular localmente, por ejemplo entre las crestas de los filetes y los fondos, dando lugar a presiones muy elevadas que, a su vez, alteran la colocación correcta de los elementos y el contacto de las superficies de estanqueidad.

La invención tiene por objeto eliminar todos los inconvenientes mencionados anteriormente y maximizar la longitud del contacto axial efectivo bajo carga (presión interna o externa, tensión o compresión axial) de las superficies de estanqueidad.

La invención también tiene por objeto proporcionar una conexión roscada que resista cargas mecánicas cíclicas (fatiga).

Con este fin, la invención proporciona una conexión roscada del tipo definido en la introducción, que comprende al menos una zona de contacto separada axialmente de dichas roscas, en la que los elementos macho y hembra están en contacto estanco por medio de superficies de soporte constituidas respectivamente por una superficie combada y por una superficie cónica. La tangente al ángulo medio del vértice de la superficie cónica se encuentra en el intervalo de 0,025 a 0,075, que corresponde a una conicidad en el intervalo de 5% a 15%.

Se ha puesto de manifiesto que tal zona de contacto, conocida de por sí, permite una variación sustancial en la posición axial de la zona de contacto y, por tanto, en la posición relativa de los elementos sin perder la estanqueidad a los gases, con una gran longitud efectiva de la zona de contacto o integral de la presión de contacto a lo largo de la zona de contacto (estabilidad de contacto).

A continuación se definen características opcionales de la invención, que pueden ser complementarias o sustitutivas:

1. Una conexión tubular roscada que comprende un elemento tubular macho (1) que comprende una rosca macho (3) y un elemento tubular hembra (2) que comprende una rosca hembra (4) que coopera por enroscado con dicha rosca macho (3), y la anchura axial de los filetes de dichas roscas y/o los intervalos entre dichos filetes varía progresivamente a lo largo del eje de la conexión, al menos a lo largo de una parte de la extensión longitudinal axial de las roscas, de manera que los filetes de cada rosca quedan alojados con una holgura axial en los intervalos de la otra rosca al comienzo del enroscado, y dicha holgura disminuye progresivamente hasta llegar a cero durante el enroscado en una posición final de las roscas, caracterizada porque comprende al menos una zona de contacto (5, 6) separada axialmente de dichas roscas (3, 4) en la que los elementos macho y hembra (1, 2) están en contacto estanco por medio de unas superficies de soporte constituidas respectivamente por una superficie combada (11) y por una superficie cónica (12), estando la tangente al ángulo medio del vértice de la superficie cónica (12) en el intervalo de 0,025 a 0,075, y siendo el contacto metal-metal efectivo en dicha posición final de las roscas.

2. Una conexión roscada según la reivindicación 1, en la que la superficie combada (11) posee una generatriz con un radio de curvatura en el intervalo de 30 a 80 mm.

3. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la zona de contacto (5) está situada axialmente entre las roscas (3, 4) y el extremo libre (7) del elemento macho (1).

4. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones 1 a 2, en la que la zona de contacto (6) está situada axialmente entre las roscas (3, 4) y el extremo libre (8) del elemento hembra (2).

5. Una conexión roscada según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en la que la zona de contacto (5, 6) está separada axialmente de dicho extremo libre (7, 8) al menos 3 mm.

6. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones 3 a 5, en la que la superficie combada y la superficie cónica se proporcionan en el elemento que posee dicho extremo libre y en el otro elemento, respectivamente.

7. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones 3 a 6, en la que la superficie combada (11) se extiende en la dirección de dicho extremo libre (7) con una segunda superficie cónica (13) que es tangente a la superficie combada.

8. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que la zona de contacto (16) está situada axialmente entre dos partes (3a, 3b, 4a, 4b) de cada una de dichas roscas.

9. Una conexión roscada según la reivindicación 2, en la que la superficie combada (11) y la superficie cónica (12) pertenecen a los elementos macho y hembra, respectivamente (1, 2).

10. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que los elementos macho y hembra no presentan superficies de apoyo axial.

11. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la anchura axial de los filetes de dichas roscas y/o los intervalos entre dichos filetes varía progresivamente a lo largo de toda la longitud axial de dichas roscas.

12. Una conexión roscada según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en la que la anchura axial de los filetes de dichas roscas y/o los intervalos entre dichos filetes varía progresivamente a lo largo de toda la longitud axial de dichas partes de las roscas (3a, 3b, 4a, 4b).

13. Una conexión roscada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dichas roscas (3, 4) presentan una conicidad.

14. Una conexión roscada según la reivindicación 13 dependiente de la reivindicación 8, en la que las superficies cónicas que poseen líneas que unen puntos homólogos en las diferentes vueltas como generatrices para las dos partes (3a, 3b, 4a, 4b), respectivamente, de la misma rosca coinciden sustancialmente.

15. Una conexión roscada según la reivindicación 13 dependiente de la reivindicación 8, en la que las superficies cónicas que poseen líneas que unen puntos homólogos de las diferentes vueltas como generatrices para las dos partes (3a, 3b, 4a, 4b), respectivamente, de la misma rosca son distintas.

16. Una conexión roscada según la reivindicación 15, en la que dichas superficies cónicas están separadas radialmente al menos una profundidad de rosca.

17. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que dichos filetes (18) presentan un perfil en cola de milano.

18. Una conexión roscada según la reivindicación 17, en la que las crestas (20) y los fondos (21) de dichos filetes son paralelas al eje de la conexión roscada.

19. Una conexión roscada según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, dependiente de una de las reivindicaciones 14 a 16, en la que el elemento macho (1) se encuentra en una tubería de gran longitud y su grosor radial mínimo e entre la parte de su rosca (3a) que se encuentra más alejada de su extremo libre (7) y dicha zona de contacto (16) es al menos el 60% del espesor radial E dentro de la longitud de la tubería.

20. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la conexión comprende dos zonas de contacto (5, 6, 16) tal como se definen en las reivindicaciones 3, 4 y 8, respectivamente.

21. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que un surco (28) formado en la cresta de los filetes macho (18) o de los filetes hembra se extiende a lo largo de la trayectoria helicoidal de la misma para permitir la evacuación de un lubricante y termina en un espacio de descarga anular presente entre los elementos macho y hembra en el extremo de la rosca o la parte de rosca en cuestión.

22. Una conexión roscada según la reivindicación 21, en la que dicho surco (28) posee una anchura (1) de aproximadamente 0,4 mm.

23. Una conexión roscada según la reivindicación 21 o la reivindicación 22, en la que dicho surco (28) posee una profundidad (h) de aproximadamente 0,4 mm.

24. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que, para la rosca macho (3) y/o la rosca hembra (4), el flanco de carga (19) se une a la cresta (20) y/o la raíz (19) del filete a través de una parte redondeada (22) cuyo perfil está formado sustancialmente por dos arcos de círculo (23, 24) tangentes entre sí, teniendo el arco (23) adyacente al flanco de carga (19) un radio de curvatura más pequeño que el otro arco (24).

25. Una conexión roscada según la reivindicación 24, en la que el radio (R1) del arco (22) adyacente al flanco de carga (19) se encuentra en el intervalo entre 0,1 y 0,2 mm.

26. Una conexión roscada según la reivindicación 24 o la reivindicación 25, en la que el radio (R2) de dicho otro arco (24) se encuentra en el intervalo entre 0,8 y 1,2 mm.

27. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que las roscas macho y hembra no interfieren en los fondos y crestas de los filetes a lo largo de toda la rosca o de parte de ella.

28. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que las roscas macho y hembra interfieren en los fondos y crestas de los filetes a lo largo de toda la extensión longitudinal rosca o de parte de ella.

29. Una conexión roscada según una de las reivindicaciones precedentes, en la que las roscas macho y hembra interfieren en los fondos del filete de una primera rosca y en las crestas del filete de una segunda rosca a lo largo de toda la extensión longitudinal rosca o de parte de ella, mientras que entre los fondos del filete de la segunda rosca y las crestas del filete de la primera rosca hay una holgura radial.

30. Una conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 29, en la que dicha holgura radial es de al menos 0,05 mm.