Conexión roscada para la perforación y la explotación de pozos de hidrocarburos.

Conjunto para la fabricación de una conexión roscada, que comprende un primer y un segundo componentes tubulares con un eje de revolución (10),

estando provisto uno de sus extremos (1, 2) de una zona roscada (3; 4) formada en la superficie periférica exterior o interior del componente en función de si el extremo roscado es del tipo macho o hembra, acabando los citados extremos (1, 2) en una superficie terminal (7, 8), comprendiendo las citadas zonas roscadas (3; 4), sobre al menos una porción, roscas (32, 42) que comprenden, vistas en sección longitudinal pasando a través del eje de revolución (10) de los componentes tubulares, una cresta (35, 45) de rosca, un fondo (36, 46) de rosca, un flanco (30; 40) de carga y un flanco (31; 41) de penetración, de manera que el ancho de las crestas (35, 45) de rosca de cada componente tubular disminuye en la dirección de la superficie terminal (7; 8) del componente tubular considerado, mientras que el ancho de los fondos (36, 46) de rosca aumenta, presentando cada uno de los perfiles de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de las zonas roscadas macho y hembra, vistos en sección longitudinal pasando a través del eje de revolución (10) de los componentes tubulares, al menos una porción idéntica (E, E'), presentando dichas porciones idénticas (E, E') una cierta convexidad y/o una cierta concavidad de tal manera que son complementarias, de tal modo que las roscas macho y hembra pueden encastrarse una en la otra sobre dichas porciones idénticas (E, E') cuando el primer y el segundo componentes tubulares se enroscan uno en el otro, caracterizado por que las porciones idénticas (E, E') de los extremos (1, 2) macho y hembra están desplazadas radialmente una con respecto a otra.

EP 2432965

Conexión roscada para la perforación y la explotación de pozos de hidrocarburos [0001] La presente invención se refiere a un conjunto para la fabricación de una conexión roscada utilizada para la perforación y la explotación de pozos de hidrocarburos, comprendiendo el conjunto un primer y un segundo componentes tubulares, de manera que uno de ellos está provisto de un extremo roscado de tipo macho y el otro está provisto de un extremo roscado de tipo hembra, teniendo los dos extremos la capacidad de cooperar mediante enrosque (make-up) autoblocante. La invención se refiere también a una conexión roscada que resulta de la conexión de dos componentes tubulares por enrosque.

La expresión "componente utilizado para la perforación y la explotación de pozos de hidrocarburos" significa cualquier elemento de forma sustancialmente tubular destinado a conectarse a otro elemento del mismo tipo o de tipo diferente, con el fin de constituir, cuando se haya completado, ya sea una sarta para perforar un pozo de hidrocarburos o una columna montante para mantenimiento, tal como una columna montante de reacondicionamiento, o para explotación tal como una columna montante de producción, o una sarta de revestimiento o una sarta de entubamiento implicadas en la explotación de un pozo. La invención encuentra aplicación particularmente en componentes utilizados en una sarta de perforación, tales como tuberías de perforación, tuberías de perforación pesadas, collares de perforación y las piezas que conectan tuberías y tuberías pesadas, conocidas como conexiones de tuberías (tool joints) .

De manera conocida, cada componente utilizado en una sarta de perforación generalmente comprende un extremo provisto de una zona roscada macho y/o un extremo provisto de una zona roscada hembra, cada uno de ellos destinado a conectarse por enrosque con el extremo correspondiente de otro componente, de manera que el ensamblaje define una conexión. La sarta constituida de esta forma se pone en rotación desde la superficie del pozo durante la perforación; por tal razón los componentes deben enroscarse entre sí con un par elevado para poder transmitir un par de rotación el cual sea suficiente para permitir que se lleve a cabo la perforación del pozo sin que se produzcan desenrosques o incluso una sobretorsión.

En productos convencionales, el par de enrosque generalmente se alcanza gracias a la cooperación por el apriete de superficies de contacto en apoyo dispuestas en cada uno de los componentes destinados a enroscarse. No obstante, habida cuenta del hecho de que la extensión de las superficies de contacto en apoyo es una fracción del espesor de los tubos, cuando se aplica un par de enrosque demasiado elevado se alcanza rápidamente el umbral crítico de plastificación de las superficies de contacto en apoyo.

Por tal razón, se han desarrollado roscas que pueden liberar a las superficies de contacto en apoyo, de al menos una parte o incluso la totalidad de las cargas que no son capaces de recibir. El objetivo se alcanzó utilizando roscas autoblocantes tales como las que se describen en los documentos de la técnica anterior US Re 30 647 y US Re 34 467. En este tipo de roscas autoblocantes, los flancos de las roscas (también llamados dientes) del extremo macho y los flancos de las roscas (también llamados dientes) del extremo hembra presentan un avance constante pero los anchos de las roscas son variables.

De forma más precisa, los anchos de las crestas de las roscas (o dientes) aumentan progresivamente para las roscas del extremo macho, respectivamente el extremo hembra, con la distancia con respecto al extremo macho, respectivamente con respecto al extremo hembra. De este modo, en el curso del enrosque las roscas (o dientes) macho y hembra acaban por trabarse mutuamente en una posición que se corresponde con un punto de trabamiento. De manera más precisa, el trabamiento se produce para roscas autoblocantes cuando los flancos de las roscas (o dientes) macho se traban contra los flancos de las roscas (o dientes) hembra correspondientes. Cuando se alcanza la posición de trabamiento, las zonas roscadas macho y hembra que están enroscadas mutuamente presentan un plano de simetría según el cual las anchuras en la mitad de la altura común de los dientes macho y hembra situados en el extremo de la zona roscada macho se corresponden con las anchuras en la mitad de la altura común de los dientes macho y hembra situados en el extremo de la zona roscada hembra.

Por tal razón, el par de enrosque es absorbido por todas las superficies de contacto entre los flancos, es decir un área de superficie total muy claramente superior a la constituida por las superficies de contacto en apoyo de la técnica anterior.

Con el fin de reforzar la interconexión de las roscas macho con las roscas hembra, las roscas (o dientes) macho y hembra tienen habitualmente un perfil en general en cola de milano de manera que se encastran sólidamente una en la otra después del enrosque. Esta configuración en cola de milano significa que se evitan riesgos de saltos, correspondientes a una separación de las roscas macho y hembra cuando las zonas roscadas se enroscan una en la otra. De forma más precisa, la geometría de las roscas en cola de milano hace que aumente la rigidez radial de su conexión en comparación con roscas "trapeciales", según se define en API5B, en donde el ancho axial va disminuyendo desde la base de la rosca a la cresta de la misma, y en comparación con roscas "triangulares" tales como se definen en API7.

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Además, debido a los desafíos cada vez mayores en relación con la estanqueidad a fluidos, se debe garantizar un nivel reforzado de estanqueidad, en correspondencia con presiones elevadas en la conexión roscada entre dos componentes tubulares. Con este fin, además de que los flancos de las roscas garanticen la estanqueidad, se conoce hacer que las crestas y los fondos de las roscas se sitúen en un contacto de apriete. De este modo, se proporciona la estanqueidad entre el interior de la conexión y el exterior de la conexión en el propio roscado.

No obstante, la configuración en cola de milano presenta varios inconvenientes cuando las crestas y los fondos de las roscas se sitúan en un contacto de apriete durante el enrosque. El hecho de que los flancos de las roscas formen un ángulo negativo con el eje que pasa a través de los fondos de las roscas (es decir un ángulo que es el inverso al que se utiliza en el caso de una configuración con roscas trapeciales) , hace que aumenten los riesgos de gripado entre las roscas macho y hembra cuando se enrosca o desenrosca una conexión. Esto significa que la progresión del roscado es difícil y reduce la resistencia a la fatiga de las roscas.

Con el fin de resolver este problema, varios documentos tales como US6254146, US4600024 y WO2008/039317 proponen una configuración de los flancos que utiliza facetas para disminuir la presión de contacto entre las crestas y los fondos de las roscas durante el enrosque. Por este motivo, las roscas presentan un perfil en general en cola de milano al mismo tiempo que se reduce el área de superficie de los fondos y las crestas de las roscas. No obstante, esa configuración no resuelve suficientemente los problemas de contacto entre las crestas y los fondos de roscas.

Por tal razón, la invención tiene por objeto conservar presiones de contacto mínimas entre las crestas y los fondos de roscas durante la operación de enrosque con el fin de hacer frente a los problemas de gripado y garantizar al final del enrosque (es decir durante la operación de apriete con la que concluye la conexión) una fuerte presión de contacto entre las crestas y los fondos de roscas. Esta fuerte presión de contacto permite en particular aumentar la estanqueidad de la conexión.

De forma más precisa, la invención se refiere a un conjunto para la fabricación de una conexión roscada, que comprende un primer y un segundo componentes tubulares, cada uno de ellos con un eje de revolución, estando provisto uno de sus extremos de una zona roscada formada en la superficie periférica exterior o interior del componente en función de si el extremo roscado es del tipo macho o hembra, acabando los citados extremos en una superficie terminal, comprendiendo las citadas zonas roscadas, sobre al menos una porción, roscas que comprenden, vistas en sección longitudinal pasando a través del eje de revolución de los componentes tubulares, una cresta de rosca, un fondo de rosca, un flanco de carga y un flanco de penetración, de manera que el ancho de las crestas de rosca de cada componente tubular disminuye en la dirección de la superficie terminal del componente tubular considerado, mientras que el ancho... [Seguir leyendo]

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1. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada, que comprende un primer y un segundo componentes tubulares con un eje de revolución (10) , estando provisto uno de sus extremos (1, 2) de una zona roscada (3; 4) formada en la superficie periférica exterior o interior del componente en función de si el extremo roscado es del tipo macho o hembra, acabando los citados extremos (1, 2) en una superficie terminal (7, 8) , comprendiendo las citadas zonas roscadas (3; 4) , sobre al menos una porción, roscas (32, 42) que comprenden, vistas en sección longitudinal pasando a través del eje de revolución (10) de los componentes tubulares, una cresta (35, 45) de rosca, un fondo (36, 46) de rosca, un flanco (30; 40) de carga y un flanco (31; 41) de penetración, de manera que el ancho de las crestas (35, 45) de rosca de cada componente tubular disminuye en la dirección de la superficie terminal (7; 8) del componente tubular considerado, mientras que el ancho de los fondos (36, 46) de rosca aumenta, presentando cada uno de los perfiles de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de las zonas roscadas macho y hembra, vistos en sección longitudinal pasando a través del eje de revolución (10) de los componentes tubulares, al menos una porción idéntica (E, E) , presentando dichas porciones idénticas (E, E) una cierta convexidad y/o una cierta concavidad de tal manera que son complementarias, de tal modo que las roscas macho y hembra pueden encastrarse una en la otra sobre dichas porciones idénticas (E, E) cuando el primer y el segundo componentes tubulares se enroscan uno en el otro, caracterizado por que las porciones idénticas (E, E) de los extremos (1, 2) macho y hembra están desplazadas radialmente una con respecto a otra.

2. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la distancia (d) de la porción (E) de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de la zona roscada macho con respecto al eje de revolución (10) es inferior a la distancia (d) de la porción correspondiente (E) de los flancos correspondientes de la zona roscada hembra con respecto al eje de revolución (10) .

3. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la distancia (d) de la porción (E) de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de la zona roscada macho con respecto al eje de revolución (10) es superior a la distancia (d) de la porción correspondiente (E) de los flancos correspondientes de la zona roscada hembra con respecto al eje de revolución (10) .

4. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la distancia de la porción (E) de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de la zona roscada macho con respecto al eje de revolución (10) es diferente de la distancia de la porción (E) de los flancos correspondientes de la zona roscada hembra con respecto al eje de revolución (10) , en un valor (e) en el intervalo de entre 0, 01 y 0, 05 mm.

5. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la distancia de la porción de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de la zona roscada macho con respecto al eje de revolución (10) es diferente a la distancia de la porción de los flancos correspondientes de la zona roscada hembra con respecto al eje de revolución (10) , en un valor (e) sustancialmente igual a 0, 02 mm.

6. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las porciones (E, E) de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de las zonas roscadas macho y hembra están constituidas por dos segmentos (S) conectados entre sí tangencialmente mediante un primer radio de curvatura (R) .

7. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que los dos segmentos conectados entre sí tangencialmente mediante un radio de curvatura forman un ángulo en el intervalo de entre 90 y 120 grados.

8. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las porciones idénticas (E, E) de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de las zonas roscadas macho y hembra están conectadas a la cresta (35, 45) y/o fondo (36, 46) de rosca por medio de un segundo radio de curvatura (r) .

9. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la por lo menos una porción de encastre de los flancos de carga y/o de los flancos de penetración de las zonas roscadas macho y hembra es una curva continua provista de un punto de inflexión, estando la citada curva conectada tangencialmente a la cresta (35, 45) y al fondo (36, 46) de la rosca (32, 42) .

10. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada una de las zonas roscadas (3, 4) tiene una generatriz (20) de conicidad que forma un ángulo (ß) con el eje de revolución (10) de los componentes tubulares.

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11. Conjunto para la fabricación de una conexión roscada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las crestas (35, 45) y fondos (36, 46) de rosca son paralelos al eje (10) del componente tubular.

12. Conexión roscada que resulta de conectar un conjunto conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

13. Conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que cada uno de los extremos macho (1) y hembra (2) comprende respectivamente una superficie (5; 6) de sellado, teniendo la capacidad cada superficie de sellado de cooperar en contacto de apriete con la otra cuando las porciones de las zonas roscadas (3, 4) cooperan de acuerdo con un enrosque autoblocante.

14. Conexión roscada de acuerdo con la reivindicación 12 ó la reivindicación 13, caracterizada por que la conexión roscada es una conexión roscada de un componente de perforación. 15