UNIÓN ROSCADA PARA TUBERÍAS DE ACERO.

Una unión roscada para tuberías de acero que comprende un pasador (1) y una caja (2) teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3) y una parte de contacto metálica no roscada (4),

caracterizada por que la superficie de contacto de al menos uno del pasador y la caja tiene un recubrimiento lubricante sólido que comprende un polvo lubricante, una carga fibrosa y un aglutinante en el que la proporción de masa de la carga fibrosa respecto al aglutinante está en el intervalo de 0,01 a 0,5

Campo Técnico

Esta invención se refiere a una unión roscada para tuberías de acero para su uso en el acoplamiento de tuberías de acero tales como tuberías de pozos petrolíferos. Más particularmente, esta invención se refiere a una unión 5 roscada para tuberías de acero que tienen una resistencia al desgaste e impermeabilidad al gas excelentes y que no requieren la aplicación de una grasa compuesta que contiene un polvo de metal pesado, cuya aplicación se realizó de forma convencional antes de que se realizara cada momento de sujeción para evitar el desgaste de la unión.

Antecedentes de la Técnica

Las tuberías de pozos petrolíferos que son tuberías de acero usadas en la perforación de pozos petrolíferos se 10 acoplan entre sí mediante una unión roscada para tuberías de acero. La unión roscada está comprendida de un pasador que tiene una rosca macho y una caja que tiene una rosca hembra.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 1, una rosca macho 3A se forma normalmente sobre la superficie exterior en ambos extremos de una tubería de acero A para formar un pasador 1 y una rosca hembra 3B se forma en ambos lados de la superficie interna de un miembro de unión separado en forma de un acoplamiento con 15 forma de manguito para formar una caja 2. Como se muestra en la Figura 1, la tubería de acero A se monta normalmente en un estado en el que un acoplamiento B se acopla previamente a un extremo.

Una unión roscada para tuberías de acero se somete a presiones compuestas debido a las fuerzas de tensión axial provocadas por el peso de la tubería de acero y el acoplamiento y las presiones internas y externas subterráneas y también se somete a calor subterráneo. Por consiguiente, se requiere una unión roscada para mantener la 20 impermeabilidad al gas (sellabilidad) sin que se dañe incluso en dichas condiciones. Además, durante el proceso de descenso de las tuberías de pozos petrolíferos, es normalmente la causa de que una unión que se ha sujetado una vez se afloje (no sujeta) y después se vuelve a sujetar. Por consiguiente, de acuerdo con el API (Instituto Americano del Petróleo), se desea que no aparezca el agarrotamiento severo denominado desgaste y que la impermeabilidad al gas se mantenga incluso si la sujeción (montar) y el aflojamiento (desmontar) se realice diez veces para uniones para el 25 entubado y tres veces para uniones para recubrimiento de carcasa.

En años recientes, para mejorar la impermeabilidad al gas, las uniones roscadas especiales que son capaces de formar un sellado metal a metal se han empezado a usar generalmente. En este tipo de unión roscada, cada uno de un pasador y una caja tiene una parte de contacto metálica no roscada además de una parte roscada que tiene una rosca macho o hembra y tanto la parte roscada como la parte de contacto metálica no roscada forman una superficie de 30 contacto entre el pasador y la caja. Las partes de contacto metálicas no roscadas del pasador y la caja quedan en contacto íntimo entre sí para formar una parte sellada de metal a metal y contribuyen a un aumento en la impermeabilidad al gas.

En una unión roscada de este tipo capaz de formar un sellado metal a metal, una grasa lubricante con una lubricidad alta denominada grasa compuesta se ha usado para evitar el contacto superficial, particularmente la 35 superficie de contacto metálica, del desgaste. Esta grasa, que es un tipo de lubricante líquido, se aplica a la superficie de contacto de al menos uno del pasador y la caja antes de la sujeción. Sin embargo, esta grasa contiene una gran cantidad de polvos de metales pesados nocivos. Cuando la grasa que se escurre fuera de la periferia durante la sujeción se limpia con un agente de limpieza, la grasa compuesta y el agente de limpieza usados fluyen en el océano o el suelo y provocan la contaminación ambiental y esto ha empezado a considerarse un problema. Además, existió el 40 problema de que la aplicación de grasa y la limpieza que se repitieron antes de cada sujeción disminuyeron la eficiencia de trabajo en el campo.

Como uniones roscadas para tuberías de acero que no necesitan la aplicación de una grasa compuesta, los documentos US-3 869 393 A, JP 08-103724A, JP 08-233163A, JP 08-233164A y JP 09-72467A describen uniones roscadas en las que un recubrimiento lubricante sólido que comprende una resina como un aglutinante y disulfuro de 45 molibdeno o disulfuro de tungsteno como un lubricante sólido se aplica a una parte roscada y una parte de contacto metálica no roscada (particularmente, a la superficie de contacto) de al menos uno de un pasador y una caja.

En estas publicaciones de patente Japonesa, para aumentar la adhesión entre el recubrimiento lubricante sólido y el sustrato de acero, se describe para formar, como una capa base para el recubrimiento lubricante sólido, una capa de recubrimiento de conversión química de fosfato de manganeso o una combinación de una capa de nitruro y una 50 capa de recubrimiento de conversión química de fosfato de manganeso o para proporcionar la superficie de contacto con irregularidades superficiales que tienen una Rmáx de 5-40 m.

En el documento JP 08-103724A, se describe para usar, como un polvo lubricante, un polvo de disulfuro de molibdeno que tiene un diámetro de partícula de 0,45-10 m y preferiblemente 2-5 m según se mide por el método Fischer. Con un diámetro de partícula de menos de 0,45 m, no se obtiene efecto en la mejora contra el desgaste, 55 mientras que un tamaño de partícula de 10 m o mayor no proporciona un efecto adicional sobre la mejora de la

lubricidad y hace difícil ajustar el espesor de un recubrimiento lubricante sólido.

Debería esperarse que el uso de una unión roscada en la que la superficie de contacto de un pasador y una caja tiene un recubrimiento lubricante sólido para proporcionar lubricidad al mismo haría posible dispensar con la aplicación de una grasa compuesta y evitar de este modo los problemas mencionados anteriormente con respecto al medio ambiente y la eficiencia de trabajo. 5

Sin embargo, con un recubrimiento lubricante sólido convencional, no es posible conseguir un efecto anti-agarrotamiento, tal como el obtenido por la aplicación de una grasa compuesta y un fallo de agarrotamiento denominado desgaste tiene lugar después de que la sujeción y el aflojamiento se repitan menos de 10 veces. Por lo tanto, existió el problema de que no fue posible evitar el desgaste de una forma estable y mantener la impermeabilidad al gas.

Recientemente, una unión roscada resistente al calor para tuberías de acero se ha deseado para su uso en 10 pozos petrolíferos de alta temperatura en los que la temperatura alcanza 250-300ºC que es mayor que la temperatura en pozos petrolíferos convencionales, o en pozos petrolíferos de inyección de vapor en los que el vapor a una alta temperatura cercana a la temperatura crítica (por ejemplo, en torno a 350ºC) se inyecta para mejorar la recuperación de petróleo. Por consiguiente, existen casos en los que se requiere para una unión roscada garantizar la resistencia al desgaste y una impermeabilidad al gas cuando una unión que se ha sujetado se somete a un ensayo térmico a una 15 temperatura de 250ºC o mayor y después se somete al aflojamiento y re-sujeción.

Una unión roscada convencional que tiene un recubrimiento lubricante sólido formado sobre la superficie de contacto tuvo de hecho una resistencia al desgaste extremadamente inferior comparada con el caso en el que se aplicó una grasa compuesta, particularmente cuando se expuso a un entorno de alta temperatura.

Por lo tanto, con una unión roscada convencional en la que se forma un recubrimiento lubricante sólido, es aún 20 necesario aplicar una grasa compuesta y los problemas mencionados anteriormente con respecto al medio ambiente y la eficiencia de trabajo no pueden eliminarse.

Es un objeto de esta invención proporcionar una unión roscada para tuberías de acero que tienen un recubrimiento lubricante sólido que es capaz de mantener la resistencia al desgaste y la impermeabilidad al gas de una forma estable sin la aplicación de una grasa compuesta. 25

Es otro objeto de esta invención proporcionar una unión roscada para tuberías de acero que tienen una resistencia al desgaste mejorada, que puede evitar la aparición de desgaste y una disminución en la impermeabilidad al gas tras la sujeción y aflojamiento repetidos sin la aplicación de una grasa compuesta cuando se usa en la perforación... [Seguir leyendo]

1. Una unión roscada para tuberías de acero que comprende un pasador (1) y una caja (2) teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3) y una parte de contacto metálica no roscada (4),

caracterizada por que la superficie de contacto de al menos uno del pasador y la caja tiene un recubrimiento lubricante sólido que comprende un polvo lubricante, una carga fibrosa y un aglutinante en el que la proporción de masa de la 5 carga fibrosa respecto al aglutinante está en el intervalo de 0,01 a 0,5.

2. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que el polvo lubricante es polvo de una o más sustancias seleccionadas entre disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno, compuestos de organomolibdeno, grafito, nitruro de boro y politetrafluoroetileno.

3. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que el aglutinante es una resina orgánica 10 o un polímero inorgánico.

4. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que las cargas fibrosas están en forma de fibras de uno o más materiales seleccionados entre titanato potásico, óxido de cinc, borato de aluminio, carburo de silicio y nitruro de silicio.

5. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que la superficie de contacto que tiene el 15 recubrimiento lubricante sólido tiene una rugosidad superficial de 5-40 m de Rmáx.

6. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que una capa de recubrimiento porosa se dispone como un recubrimiento primario entre el recubrimiento lubricante sólido y la superficie de contacto.

7. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 6, en la que la capa de recubrimiento porosa es un recubrimiento de conversión química de fosfato o un recubrimiento de cinc o una aleación de cinc. 20

8. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 1, en la que la proporción de área de una sección transversal a lo largo del espesor del recubrimiento lubricante sólido que está ocupada por partículas secundarias del polvo lubricante que tienen un diámetro circular equivalente de 15-60 m es del 5% al 90%.

9. Una unión roscada como se ha expuesto en la reivindicación 8, en la que las partículas secundarias son agregados de partículas primarias que tienen un diámetro de partícula medio de 0,5-15 m. 25