UNION DE ROSCA PARA CONDUCTO DE ACERO.

Una unión roscada para conductos de acero que comprende una pieza macho (1) y una pieza hembra (2),

teniendo cada una una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3 ó 4) y una parte de contacto metálica no roscada (8) y que tiene un revestimiento de lubricación en la superficie de contacto de al menos una de la pieza macho (1) y la pieza hembra (2), caracterizada por que el revestimiento de lubricación comprende una capa de lubricante inferior que está en forma líquida en el intervalo de temperatura de superior a 0ºC e inferior a 40ºC y una capa de lubricante superior que está en forma sólida a 40ºC

Unión de rosca para conducto de acero.

Campo técnico

Esta invención se refiere a una unión roscada para conductos de acero, que tiene un revestimiento de lubricación en la superficie de la misma y, particularmente, a una unión roscada del tipo en el que el revestimiento de lubricación proporciona a la unión roscada una resistencia a la excoriación mejorada para hacer posible fijar y soltar repetidamente la unión, teniendo el revestimiento una untuosidad disminuida para minimizar la tendencia de la materia extraña a adherirse al revestimiento.

Antecedentes de la técnica

Los conductos para pozos petrolíferos tales como tuberías y cubiertas que se usan en la perforación de pozos petrolíferos o de gas típicamente están conectados entre sí por uniones roscadas. En el pasado, la profundidad de los pozos petrolíferos típicamente era de 2000 a 3000 metros, pero más recientemente, la profundidad de los pozos petrolíferos puede alcanzar de 8.000 a 10.000 metros en campos petrolíferos submarinos y otros pozos profundos.

Una unión roscada para conductos para pozos petrolíferos está sujeta a diversas fuerzas en su entorno de uso, incluyendo cargas tales como fuerzas de tensión axiales causadas por el peso del conducto para pozos petrolíferos y el miembro de unión (acoplamiento), presiones debidas a presiones internas y externas combinadas y calor geotérmico que aumenta al aumentar la profundidad. Por lo tanto, una unión roscada tiene que ser capaz de mantener la estanqueidad al gas sin romperse en tales entornos.

Durante el proceso de bajar tuberías o cubiertas a un pozo, una unión que una vez está fijada para la conexión, a menudo tiene que soltarse y, después, fijarse nuevamente. El API (American Petroleum Institute) requiere que no haya ninguna producción de excoriación, que es un agarrotamiento grave irrecuperable, y que la estanqueidad al gas se mantenga incluso si la fijación (construcción) y el soltado (desmontaje) se repiten diez veces para una unión de tubería y tres veces para una unión de cubierta que tiene un diámetro mayor que una unión de tubería.

Para cumplir estos requisitos, en los años recientes se ha usado extensamente una unión roscada especial que tiene una parte de contacto de metal-a-metal sin roscas (a la que se refiere en lo sucesivo en este documento como una "parte de contacto metálica no roscada") además de una parte roscada y que es capaz de formar un precinto de metal-a-metal para mejorar la estanqueidad al gas. En este tipo de unión roscada, típicamente, se forma una pieza macho en la superficie externa de cada extremo de un conducto para pozos petrolíferos y ésta tiene una parte externamente roscada y una parte de contacto metálica no roscada. Se forma una pieza hembra de emparejamiento en la superficie interna de un miembro de acoplamiento separado a modo de manguito y ésta tiene una parte internamente roscada y una parte de contacto metálica no roscada para emparejar con las partes roscadas y no roscadas correspondientes de la pieza macho. Cuando se enrosca la pieza macho a la pieza hembra para la fijación, se hace que las partes de contacto metálicas no roscadas de la pieza macho y la pieza hembra entren en un contacto ajustado entre sí para formar un precinto de metal-a-metal.

Para garantizar propiedades de precinto adecuadas por el precinto de metal-a-metal de una unión roscada en el entorno de un conducto para pozos petrolíferos, se tiene que aplicar una presión extremadamente alta a la parte de contacto metálica no roscada durante la fijación. Esta alta presión hace que se produzca fácilmente una excoriación. Por lo tanto, antes de la fijación, se aplica una grasa de lubricación denominada una grasa compuesta, que es un líquido viscoso a temperatura ambiente, a la parte de contacto de metal-a-metal y a las roscas para impartir una resistencia aumentada a la excoriación y una estanqueidad al gas mejorada.

Sin embargo, una grasa compuesta contiene una gran cantidad de un polvo de un metal pesado, tal como plomo, cinc o cobre. Cuando se quita por lavado una grasa compuesta aplicada a una unión roscada, existe una preocupación de la contaminación ambiental que causa. Además, la aplicación de grasa compuesta empeora el entorno de trabajo y disminuye la eficacia del trabajo. Por tanto, existe una necesidad de una unión roscada que se puede usar sin la aplicación de una grasa de lubricación tal como una grasa compuesta.

Con respecto a una unión roscada para la que no es necesario aplicar una grasa de lubricación, los documentos JP 08-103724 A1 (1996), JP 08- 233163 A1 (1996) y JP 08-233164 A1 (1996) proponen una unión roscada en la que un revestimiento de lubricación basado en un lubricante sólido (al que se refiere en lo sucesivo en este documento como "revestimiento de lubricación sólido") que comprende un lubricante sólido tal como disulfuro de molibdeno enlazado con una resina tal como una resina epoxi se forma en la parte de contacto metálica no roscada de la pieza macho o la pieza hembra de la unión roscada.

Sin embargo, no es fácil formar un revestimiento de lubricación sólido hasta un grosor uniforme a lo largo del contorno de las roscas y la parte de contacto metálica no roscada de una unión roscada. Si el revestimiento tiene un grosor desigual, se requiere una presión excesivamente alta en las áreas en las que el revestimiento de lubricación es más grueso para fijar la unión roscada, aumentando de este modo el par de torsión de la fijación o causando que se deformen las roscas y, por tanto, causando que se produzca fácilmente una excoriación. Por otro lado, en las áreas en las que el revestimiento de lubricación es más fino, se puede producir fácilmente una mala lubricación o una oxidación.

Incluso en el caso en el que se forma un revestimiento de lubricación sólido hasta un grosor uniforme se puede producir fácilmente una excoriación en las condiciones de que la unión se fija y se suelta repetidamente o de que está presente materia extraña. La presencia de materia extraña se produce, por ejemplo, cuando se coloca de forma recta un conducto para pozos petrolíferos para la conexión con una unión roscada y el óxido formado en la pared interna del conducto o granos del chorreado usados para el desincrustado y que permanecen en el interior del conducto caen a través del interior del conducto y parte de esto se adhiere a las roscas o a la parte de contacto metálica no roscada.

Un revestimiento de lubricación sólido tiene una mala ductilidad y fluidez y, por lo tanto, tiende a despegarse fácilmente. En las condiciones que se han descrito anteriormente, durante la fijación de una unión roscada, una parte de las roscas o las partes de contacto metálicas no roscadas de la unión está sujeta a una presión excesivamente alta, causando de este modo que se produzca localmente una deformación plástica solamente en tal parte de la unión, conduciendo al despegado del revestimiento de lubricación sólido para exponer la superficie metálica descubierta subyacente. Después, incluso aunque la superficie metálica expuesta tenga un área pequeña, se produce fácilmente una excoriación.

Otra desventaja de un revestimiento de lubricación sólido es que sus propiedades de prevención del óxido no son suficientes para proteger adecuadamente a la unión roscada contra oxidación mientras que se almacene antes del uso en el campo cerca de un pozo petrolífero. Ya que el óxido tiene una mala lubricidad, la formación de óxido y la formación de ampollas o despegamiento acompañante del revestimiento de lubricación sólido desestabilizan el par de torsión requerido para la fijación de la unión, provocando de este modo muchas veces la producción de excoriación o una disminución en la estanqueidad al gas conseguida por la fijación.

Por otro lado, en el caso de un lubricante líquido tal como una grasa o aceite lubricante que es líquido a temperatura ambiente, el lubricante confinado en las separaciones de las roscas o las cavidades de la aspereza de la superficie de la unión roscada puede escurrirse por la acción de presión aplicada durante la fijación. Como resultado, incluso si una parte de la unión roscada está sujeta a una presión excesivamente alta, el lubricante líquido se puede expandir hasta esta parte por escurrimiento, posibilitando de este modo prevenir una excoriación. Esta acción se denomina función autorreparadora de un lubricante líquido. En general, cuanto mayor sea la fluidez de un lubricante líquido (cuanto menor sea la viscosidad del mismo), tanto mayor es su función autorreparadora. Además de eso,...

1. Una unión roscada para conductos de acero que comprende una pieza macho (1) y una pieza hembra (2), teniendo cada una una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3 ó 4) y una parte de contacto metálica no roscada (8) y que tiene un revestimiento de lubricación en la superficie de contacto de al menos una de la pieza macho (1) y la pieza hembra (2), caracterizada por que el revestimiento de lubricación comprende una capa de lubricante inferior que está en forma líquida en el intervalo de temperatura de superior a 0ºC e inferior a 40ºC y una capa de lubricante superior que está en forma sólida a 40ºC.

2. Una unión roscada para conductos de acero tal como se ha mencionado en la reivindicación 1, en la que la superficie de contacto de al menos una de la pieza macho y la pieza hembra está sujeta a un tratamiento preliminar de la superficie.

3. Una unión roscada para conductos de acero tal como se ha mencionado en la reivindicación 2 que tiene el revestimiento de lubricación en la superficie de contacto de una de la pieza macho y la pieza hembra, en la que la superficie de contacto de la otra de la pieza macho y la pieza hembra tiene un revestimiento formado por el tratamiento preliminar de la superficie seleccionado entre un recubrimiento y una conversión química con un fosfato o un oxalato.

4. Una unión roscada para conductos de acero tal como se ha mencionado en la reivindicación 2, en la que el tratamiento preliminar de la superficie es un tratamiento de conversión química con un fosfato o un oxalato y en la que el revestimiento de lubricación contiene una sal metálica de ácido graso como un aditivo sólido.

5. Una unión roscada para conductos de acero tal como se ha mencionado en la reivindicación 4, en la que la sal metálica de ácido graso es una o más sustancias seleccionadas entre sales de metal alcalino y sales de metal alcalinotérreo de ácido esteárico o ácido oleico.

6. Una unión roscada para conductos de acero tal como se ha mencionado en la reivindicación 1, en la que la capa de lubricante en forma líquida o el aceite de lubricación comprenden uno o más materiales seleccionados entre aceites minerales, aceites de éster sintéticos, aceites animales o vegetales y sales metálicas básicas de un ácido orgánico.