Un proceso para el tratamiento superficial de una junta roscada para tuberías de acero que comprende un perno (1) y una caja (2),

teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una porción roscada (3) y una porción de contacto metálica no roscada (4), en el que el proceso comprende la etapa de: aplicar un fluido de recubrimiento que contiene una resina y un polvo lubricante en un disolvente a la superficie de contacto de al menos uno del perno y la caja, y caracterizado por comprender además: secar el recubrimiento aplicado mediante calentamiento de múltiples etapas que incluye, al menos, la primera etapa de calentamiento en el intervalo de temperatura de 70ºC a 150ºC y la segunda etapa de calentamiento en el intervalo de más de 150ºC a 380ºC, para formar un recubrimiento de lubricante sólido sobre la superficie de contacto

Junta roscada para tubería de acero y método para el tratamiento superficial de la junta roscada.

Campo técnico

Esta invención se refiere, en general, a una junta roscada para tuberías de acero, para su uso en la conexión entre sí de tuberías de pozos de petróleo. Más particularmente, esta invención se refiere a una junta roscada para tuberías de acero que tiene un recubrimiento de lubricante sólido que tiene excelente resistencia al gripado, estanqueidad al gas y propiedades de prevención del óxido y que no requiere la aplicación de una grasa compuesta que contenga un polvo de metal pesado, cuya aplicación se llevaba a cabo convencionalmente antes de realizar cada vez el apriete con el fin de evitar el gripado de la junta. La invención se refiere a un proceso para el tratamiento superficial que puede formar dicho recubrimiento de lubricante sólido.

Técnica anterior

Las tuberías de pozos de petróleo que son tuberías de acero usadas en la perforación de pozos de petróleo están conectadas entre sí por una junta roscada para tuberías de acero. La junta roscada está compuesta por un perno que tiene una rosca macho y una caja que tiene una rosca hembra.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 1, una rosca 3A macho está normalmente formada sobre la superficie externa en ambos extremos de una tubería A de acero para formar un perno 1, y una rosca 3B hembra está formada en ambos lados de la superficie interna de un miembro de junta separado en forma de un acoplamiento B con forma de manguito para formar una caja 2: Como se muestra en la Figura 1, la tubería A de acero se transporta normalmente en un estado en el que un acoplamiento B está previamente conectado a un extremo.

Una junta roscada para tuberías de acero está sometida a presiones compuestas debido a las fuerzas de tracción axial producidas por el peso de la tubería de acero y el acoplamiento y las presiones internas y externas subterráneas, y también está sometida a calor subterráneo. Por tanto, se requiere que una junta roscada mantenga la estanqueidad al gas (sellabilidad) sin dañarse incluso en tales condiciones. Además, durante el proceso de bajada de las tuberías de pozos de petróleo es frecuente el caso en el que una junta que ha sido apretada una vez se afloje (se suelte) y luego se vuelva a apretar. Por tanto, de acuerdo con el API (Instituto Americano del Petróleo), se desea que no haya casos de agarrotamiento grave, llamado gripado, y que se mantenga la estanqueidad al gas incluso si el apriete (enroscado) y el aflojamiento (desenroscado) se llevan a cabo diez veces para juntas para entubado y tres veces para juntas para encamisado.

En los últimos años, con el fin de mejorar la estanqueidad al gas, se ha introducido generalmente el uso de juntas roscadas especiales que pueden formar un sellado metal-metal. En este tipo de junta roscada, cada uno de un perno y una caja tienen una porción de contacto metálica no roscada, además de una porción roscada que tiene una rosca macho o hembra, y tanto la porción roscada como la porción de contacto metálica no roscada forman una superficie de contacto entre el perno y la caja. Las porciones de contacto metálicas no roscadas del perno y la caja se ponen en contacto íntimo entre sí para formar una porción de sellado metal-metal y contribuir a un aumento en la estanqueidad al gas.

En dicha una junta roscada que puede formar un sellado metal-metal se ha usado una grasa lubricante con alta lubricidad, llamada grasa compuesta. Esta grasa, que es un tipo de lubricante líquido, se aplica a la superficie de contacto de al menos uno del perno y la caja antes del apriete. Sin embargo, esta grasa contiene una gran cantidad de polvos de metal pesado nocivos. Cuando la grasa que se sale fuera a la periferia durante el apriete se limpia con un agente de limpieza, la grasa compuesta y el agente de limpieza usado fluyen al océano o la tierra y producen contaminación medioambiental, y esto ha llegado a considerarse un problema. Además, existía el problema de que la aplicación de grasa y la limpieza que se repetían antes de cada apriete disminuían la eficiencia de trabajo en el campo.

Como juntas roscadas para tuberías de acero que no necesitan la aplicación de una grasa compuesta, los documentos JP 08-103724A, JP 08-233163A, JP 08-233164A y JP 09-72467A desvelan juntas roscadas en las que un recubrimiento de lubricante sólido que comprende una resina como aglutinante y disulfuro de molibdeno o disulfuro de tungsteno como lubricante sólido se aplica a una porción roscada y una porción de contacto metálica no roscada (concretamente a la superficie de contacto) de al menos uno de un perno y una caja.

En estas publicaciones de patente japonesas, con el fin de aumentar la adhesión entre el recubrimiento de lubricante sólido y el sustrato de acero se desvela cómo formar, como capa de pintura base para el recubrimiento de lubricante sólido, una capa de recubrimiento de conversión química de fosfato de manganeso o una combinación de una capa de nitruro y una capa de recubrimiento de conversión química de fosfato de manganeso, o proporcionar a la superficie de contacto de una rugosidad superficial que tiene una Rmáx de 5-40 μm. El documento JP 08-103724A desvela que un recubrimiento de lubricante sólido se forma realizando el secado al horno de un recubrimiento aplicado con calentamiento durante 20-30 minutos en el intervalo de temperatura de 150-300ºC.

Puede esperarse que el uso de una junta roscada en la que la superficie de contacto de un perno y una caja tiene un recubrimiento de lubricante sólido formado por el tratamiento superficial para proporcionar lubricidad a la misma haría posible prescindir de la aplicación de una grasa compuesta y, por tanto, evitar los problemas anteriormente mencionados con respecto al entorno y la eficiencia de trabajo.

Sin embargo, con un recubrimiento de lubricante sólido convencional no es posible obtener un alto efecto anti-gripado tal como puede obtenerse mediante la aplicación de una grasa compuesta, y un defecto por agarrotamiento llamado gripado se produce después de repetirse varias veces el apriete y el aflojamiento. Por tanto, el efecto de un recubrimiento de lubricante sólido convencional era insuficiente para prevenir el gripado.

La disminución en la resistencia al gripado y la estanqueidad al gas de una junta roscada era significativo, particularmente cuando el periodo de almacenamiento de la junta roscada desde su transporte desde la fábrica (es decir, desde la formación de un recubrimiento de lubricante sólido) hasta su uso real en un sitio de perforación para el apriete era largo (algunas veces dura más de uno o dos años).

Además, recientemente se ha deseado una junta roscada resistente al calor para tuberías de acero para uso en pozos de petróleo a alta temperatura en los que la temperatura alcanza 250-300ºC, que es superior a la temperatura en pozos de petróleo convencionales, o en pozos de petróleo de inyección de vapor en los que se inyecta vapor a una alta temperatura próxima a la temperatura crítica (por ejemplo, aproximadamente 350ºC) con el fin de mejorar la recuperación de petróleo. Por tanto, se ha requerido una junta roscada para garantizar la resistencia al gripado y la estanqueidad al gas cuando una junta que ha sido apretada se somete a un ensayo de calentamiento a una temperatura de aproximadamente 350ºC y luego se somete a un aflojamiento y se vuelve a apretar. Con el recubrimiento de lubricante sólido convencional descrito anteriormente era difícil asegurar estas propiedades requeridas para una junta roscada resistente al calor.

El documento US 6.027.145 desvela un proceso de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Un objeto de esta invención es proporcionar un proceso para el tratamiento térmico de una junta roscada para tuberías de acero que pueda formar un recubrimiento de lubricante sólido que tenga excelente resistencia al gripado, que pueda suprimir eficazmente la aparición de gripado tras el apriete y el aflojamiento repetidos, incluso con una junta roscada resistente al calor para tuberías de acero.

Es otro objeto de esta invención proporcionar una junta roscada para tuberías de acero que pueda aliviar una disminución en la resistencia al gripado y la estanqueidad al gas sin usar una grasa compuesta cuando se almacena durante un periodo prolongado desde la formación de un recubrimiento de lubricante sólido hasta su uso en el sitio.

Descripción de la invención

1. Un proceso para el tratamiento superficial de una junta roscada para tuberías de acero que comprende un perno (1) y una caja (2), teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una porción roscada (3) y una porción de contacto metálica no roscada (4),

en el que el proceso comprende la etapa de:

aplicar un fluido de recubrimiento que contiene una resina y un polvo lubricante en un disolvente a la superficie de contacto de al menos uno del perno y la caja, y caracterizado por comprender además:

secar el recubrimiento aplicado mediante calentamiento de múltiples etapas que incluye, al menos, la primera etapa de calentamiento en el intervalo de temperatura de 70ºC a 150ºC y la segunda etapa de calentamiento en el intervalo de más de 150ºC a 380ºC, para formar un recubrimiento de lubricante sólido sobre la superficie de contacto.

2. Un proceso como se expone en la reivindicación 1, en el que el proceso incluye adicionalmente, antes de la etapa de aplicación del recubrimiento, una etapa de calentamiento de la superficie de contacto que va a recubrirse hasta una temperatura de 50ºC a 200ºC.

3. Un proceso como se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que el recubrimiento de lubricante sólido que se forma tiene una dureza de 70-140 en la escala de Rockwell M.

4. Un proceso como se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que el recubrimiento de lubricante sólido formado tiene una fuerza de adherencia de al menos 500 N/m como se determina por el método de SAICAS (Sistema de Análisis de Corte Superficial e Interfacial).

5. Un proceso como se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que el polvo lubricante es un polvo de una o más sustancias seleccionadas de disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno, grafito, nitruro de boro y politetrafluoroetileno.

6. Un proceso como se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que la superficie de contacto a la que se aplica el fluido de recubrimiento tiene una rugosidad superficial de 5-40 μm de Rmáx.

7. Un proceso como se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que la superficie de contacto a la que se aplica el fluido de recubrimiento tiene una capa de recubrimiento poroso formada por pretratamiento.