Un empalme roscado para una tubería de acero que tiene un miembro (11) de punta dotado de una roscaahusada macho (12),

una porción (4) que forma una junta metálica, y una porción (5) que forma un tope de torsión yun miembro (21) de tuerca que tiene una rosca ahusada hembra (22), una porción que forma una junta metálica yuna porción que forma un tope de torsión correspondientes a las de la porción de punta, caracterizado porque lasroscas que constituyen la rosca ahusada macho (12) y la rosca ahusada hembra (22) tienen una primera porción derosca trapezoidal que no tiene contacto simultáneo en los flancos (16) de carga y en los flancos (17) de penetración,y una segunda porción de rosca trapezoidal que tiene contacto en los flancos (16) de carga y en los flancos (17) depenetración y que tiene separaciones en las superficies (14) del fondo de la rosca y las superficies (18) de la crestade la rosca, en el que la primera porción de rosca trapezoidal tiene contacto en los flancos (16) de carga y lasuperficie (14) del fondo de la rosca, y separaciones en la superficie (18) de cresta de la rosca y los flancos (17) depenetración.

Empalme roscado para tuberías de acero.

La presente invención versa acerca de un empalme roscado para conectar tuberías de acero como las tuberías de los pozos petrolíferos, tuberías ascendentes y tuberías de conducción usadas en la exploración y la producción de pozos petrolíferos y pozos de gas, y, en particular, versa acerca de un empalme roscado para tuberías de acero que tiene una resistencia a la compresión y una resistencia a la presión externa excelentes, capacidad de sellado contra la presión interna y la presión externa bajo una carga compresiva y, preferentemente, también una operatividad excelente durante la instalación in situ.

El documento EP1296088 A1 da a conocer un empalme con roscas ahusadas que comprende una rosca ahusada macho y una rosca ahusada hembra acopladas entre sí de forma roscada, teniendo las formas de rosca de las roscas macho y hembra una sección transversal constante en toda la longitud de una porción de rosca completa.

Típicamente, se usan empalmes roscados como medio de conexión de tuberías de pozos petrolíferos. En años recientes, ha habido una aplicación creciente de empalmes roscados en tuberías de acero que, convencionalmente, han sido conectadas mediante soldadura, tales como las tuberías ascendentes y las tuberías de conducción.

Hasta ahora, un empalme roscado estándar era aquel que satisficiese los estándares API (American Petroleum Institute) , pero, en años recientes, los entornos de excavación y producción de crudo y de gas natural se están volviendo más difíciles, de modo que hay un uso creciente de empalmes roscados especiales a los que se denomina empalmes mejorados.

Las Figuras 1 (a) y 1 (b) son una vista esquemática en corte transversal de un ejemplo de un empalme mejorado y una vista ampliada de una porción del mismo. Normalmente, un empalme mejorado tiene roscas ahusadas 12 y 22, una porción 4 de junta metálica y una porción 5 de tope de torsión. El lado en el que se proporciona la rosca ahusada macho 12 se denomina punta 11 y el lado en el que se proporciona una rosca hembra 22 se denomina tuerca 21 .

Las Figuras 1 (a) y 1 (b) son una vista esquemática en corte transversal de un ejemplo de una conexión mejorada y una vista ampliada de una porción de la misma. Normalmente, una conexión mejorada tiene roscas ahusadas 12 y 22, una porción 4 de junta metálica y una porción 5 de tope de torsión. El lado en el que se proporciona la rosca ahusada macho 12 se denomina punta 11 y el lado en el que se proporciona una rosca hembra 22 se denomina tuerca 21 .

Las disposiciones y la combinación de las roscas ahusadas, las porciones de junta metálica y las porciones del tope de torsión, el número de cada uno de los que se proporcionan y similares varían con el uso del empalme. Por ejemplo, las porciones del tope de torsión son instaladas en las posiciones A, B Y C mostradas en la Figura 2 (a) , es decir, en la posición A, que está en el lado exterior de las roscas, en la posición B, que está entre las roscas, y en la posición C, que está hacia el interior de las roscas.

Por ejemplo, hay casos en los que una porción de junta metálica y una porción de tope de torsión están dispuestas en el lado interior del empalme (Figura 2 (b», otros en los que una porción de junta metálica está dispuesta en el lado interior del empalme y una porción de tope de torsión está dispuesta en el lado interior y el lado exterior (Figura 2 (c», otros en los que se proporciona una porción de junta metálica en el lado interior y el lado exterior y se proporciona una porción de tope de torsión en el medio (Figura 2 (d», y otros en los que se proporciona una porción de junta metálica en el medio y en el lado interior y el lado exterior y se proporciona una porción de tope de torsión en el lado exterior (Figura 2 (e».

Tal como se muestra en las Figuras 3 (a) y 3 (b) , los empalmes incluyen tipos de acoplamiento (véase la Figura 3 (a» en los que tuberías de acero que tienen una punta (un miembro roscado macho) en ambos extremos están conectadas por medio de un acoplamiento que tiene una tuerca (un miembro roscado hembra) proporcionada en ambos extremos de un tubo corto, y un tipo integral (véase la Figura 3 (b» en el que tubos de acero en los que se proporciona una punta en un extremo y se proporciona una tuerca en el extremo opuesto se conectan directamente entre sí.

A continuación se describirán con detalle los componentes de un empalme usando como ejemplo la estructura más típica, que se muestra en la Figura 1 y en la Figura 2 (b) .

Concretamente, la mayoría de las roscas usadas en un empalme mejorado son aquellas que se asemejan a una rosca trapezoidal, denominadas roscas trapezoidales API, mostradas en las Figuras 4 (a) y 4 (b) . En esta rosca, los flancos que hacen contacto firme en el momento de completar la conexión se denominan flancos 16 de carga, y los flancos en el otro lado se denominan flancos 17 y 23 de penetración. Con una rosca trapezoidal habitual, hay contacto en la superficie 14 del fondo de rosca y una separación en la superficie 18 de la cresta de la rosca.

Se exhibe hermeticidad al gas, que es una de las propiedades importante de un empalme mejorado, dotando a las porciones de junta metálica con cierta cantidad de interferencia determinada por diseño.

Aquí, interferencia se refiere al encaje a presión de las superficies de la junta y es un valor dado por (diámetro de la porción de la junta metálica de la tuerca) menos (diámetro de la porción de junta metálica de la punta) .

Para obtener una conexión roscada firme, también se proporciona interferencia en las porciones ahusadas roscadas. En el caso de la rosca trapezoidal descrita en lo que antecede, hay un firme contacto en el fondo de la rosca debido a la interferencia de las porciones de la rosca.

En este caso, la interferencia es el valor dado por (diámetro de la porción de rosca de la tuerca) menos (diámetro de la porción de rosca de la punta) .

Aquí, las porciones de tope de torsión actúan como topes para proporcionar un encaje adecuada entre las porciones de la junta metálica.

Un empalme mejorado puede mostrar sus propiedades al máximo haciendo que las porciones de tope de torsión colinden dentro del intervalo de deformación elástica y completen la conexión en un estado en el cual se genere dentro del empalme una fuerza de conexión en la dirección axial.

Si las porciones de tope de torsión no colindan, no se genera una fuerza de conexión en la dirección axial y el grado de apriete se vuelve inadecuado, mientras que si las porciones de tope de torsión colindan entre sí con demasiada fuerza, las porciones de tope de torsión acaban experimentando una deformación plástica y las propiedades de hermeticidad de las porciones colindantes de la junta metálica acaban disminuyendo.

En el pasado predominaban los pozos verticales, de modo que las propiedades fundamentales requeridas de los empalmes mejorados eran la capacidad de soportar una carga de tracción debida a la gravedad y una capacidad de sellado contra fluidos internos y externos.

Sin embargo, en años recientes, están aumentando los pozos horizontales y los pozos inclinados, y también han venido a usarse empalmes roscados para conectar tuberías ascendentes para campos petrolíferos submarinos.

Las Figuras 5 (a) y 5 (b) explican esquemáticamente estos estados. Tal como se muestra en la Figura 5 (a) , un pozo petrolífero 33 en el fondo del mar está conectado, mediante tuberías ascendentes 35 que descienden verticalmente, con una plataforma petrolera 34 en la superficie del mar, por lo que una gran fuerza compresiva actúa sobre la tubería ascendente. Además, recientemente, tal como se muestra en la Figura 5 (b) , hay casos en los que las tuberías 31 de los pozos petrolíferos se extienden en dirección horizontal o en los que las tuberías 32 del pozo petrolífero están dobladas. Cuando se instalan tuberías de pozos petrolíferos bajo tierra en un pozo horizontal o similar, para hacer pasar un tubo recto de pozo petrolífero a través de una porción curvada dentro del suelo, el tubo del pozo petrolífero es insertado mientras se lo hace girar y, en ese momento, una gran fuerza compresiva actúa sobre las porciones de empalme.

Por lo tanto, la capacidad de soportar la compresión es una nueva propiedad que ha venido a demandarse de un empalme mejorado.

1. Un empalme roscado para una tubería de acero que tiene un miembro (11) de punta dotado de una rosca ahusada macho (12) , una porción (4) que forma una junta metálica, y una porción (5) que forma un tope de torsión y un miembro (21) de tuerca que tiene una rosca ahusada hembra (22) , una porción que forma una junta metálica y 5 una porción que forma un tope de torsión correspondientes a las de la porción de punta, caracterizado porque las roscas que constituyen la rosca ahusada macho (12) y la rosca ahusada hembra (22) tienen una primera porción de rosca trapezoidal que no tiene contacto simultáneo en los flancos (16) de carga y en los flancos (17) de penetración, y una segunda porción de rosca trapezoidal que tiene contacto en los flancos (16) de carga y en los flancos (17) de penetración y que tiene separaciones en las superficies (14) del fondo de la rosca y las superficies (18) de la cresta

de la rosca, en el que la primera porción de rosca trapezoidal tiene contacto en los flancos (16) de carga y la superficie (14) del fondo de la rosca, y separaciones en la superficie (18) de cresta de la rosca y los flancos (17) de penetración.

2. Un empalme roscado para una tubería de acero según se define en la reivindicación 1 caracterizado porque el

ángulo (a) del flanco de carga con respecto a una superficie perpendicular al eje de la tubería es como mínimo _10· 15 y como máximo +10·, y el ángulo (9) del flanco de penetración es como mínimo +15' y como máximo +50'.

3. Un empalme roscado para una tubería de acero según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado porque la separación "a" en la dirección axial en los flancos de penetración de la primera porción de rosca trapezoidal satisface la siguiente ecuación:

o<a<