Una junta roscada para tuberías de acero que se compone de una punta (1) y un manguito (2) teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3) y una parte de contacto metálico no roscada (4),

en la que la superficie de contacto de al menos una de entre la punta y el manguito tiene un recubrimiento lubricante sólido formado sobre la misma que se compone de un polvo lubricante seleccionado de entre el bisulfuro de molibdeno y/o el bisulfuro de tungsteno y una resina, caracterizada porque el recubrimiento tiene una dureza de 70-140 en la escala M de Rockwell

Junta roscada para tuberías de acero y proceso de tratamiento superficial de las mismas.

Campo técnico

Esta invención se refiere de modo general a una junta roscada para tuberías de acero para su uso en la conexión entre sí de tuberías de pozos petrolíferos. Más particularmente, esta invención se refiere a una junta roscada para tuberías de acero que tienen un recubrimiento lubricante sólido que tiene una excelente resistencia a la corrosión por frotamiento, estanqueidad a los gases y propiedades de prevención de la oxidación y que no requiere la aplicación de grasa compuesta que contenga polvos de metales pesados, cuya aplicación se llevaba a cabo convencionalmente antes de la realización de cada apriete para impedir la corrosión por frotamiento de la junta y a un proceso para el tratamiento superficial capaz de formar al recubrimiento lubricante sólido.

Antecedentes técnicos

Las tuberías de pozos petrolíferos que son tuberías de acero usadas en la perforación de pozos petrolíferos se conectan entre sí mediante una junta roscada de tuberías de acero. La junta roscada se compone de una punta que tiene una rosca macho y un manguito que tiene una rosca hembra.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 1, se forma normalmente una rosca macho 3A sobre la superficie exterior en ambos extremos de una tubería de acero A para formar una punta 1 y se forma una rosca hembra 3B en ambos lados de la superficie interior de un elemento de junta separado en la forma de un acoplamiento con forma de camisa B para formar un manguito 2. Como se muestra en la Figura 1, la tubería de acero A se envía normalmente en un estado en el que el acoplamiento B se ha conectado previamente a un extremo.

Una junta roscada para tuberías de acero se somete a presiones compuestas debido a las fuerzas de tensión axiales producidas por el peso de la tubería de acero y el acoplamiento y presiones internas y externas subterráneas y se someten asimismo a calor subterráneo. Por lo tanto, una junta roscada se requiere que mantenga la estanqueidad al gas (sellado) sin que se dañe incluso bajo tales condiciones. Además, durante el proceso de descenso de las tuberías en el pozo petrolífero, se da a menudo en caso de que la junta que se ha apretado se afloja (se desaprieta) y a continuación se vuelve a apretar. Por lo tanto, de acuerdo con el API (American Petroleum Institute, Instituto del Petróleo Americano), es deseable que no haya incidencias severas de desgaste denominado corrosión por frotamiento y que la estanqueidad al gas se mantenga incluso si el apriete (composición) y aflojamiento (apertura) se realizan diez veces en las juntas para tubos y tres veces en las juntas para carcasa.

En años recientes, para mejorar la estanqueidad al gas, han llegado a ser de uso generalizado juntas roscadas especiales que son capaces de formar un sellado de metal contra metal. En este tipo de junta roscada, cada punta y cada manguito tiene una parte en contacto metálico sin roscar además de la parte roscada que tiene una rosca macho o hembra, y tanto la parte roscada como la parte de contacto metálico sin roscar forman una superficie de contacto entre la punta y el manguito. Las partes en contacto metálico sin roscar de la punta y del manguito se ponen en contacto íntimo entre sí para formar una parte de sellado metal contra metal y contribuir a un aumento en la estanqueidad al gas.

En tal junta roscada capaz de formar un sello metal contra metal, se ha usado una grasa lubricante con una alta lubricidad denominada grasa compuesta. Esta grasa, que es una clase de lubricante líquido, se aplica a la superficie de contacto de al menos la punta o el manguito antes del apretado. Sin embargo, esta grasa contiene una gran cantidad de polvos de metal pesado perjudiciales. Cuando la grasa que se aprieta contra la periferia durante el apriete se limpia con un agente de limpieza, la grasa compuesta y el agente de limpieza usado fluyen afuera hacia el océano o el terreno y producen una contaminación medioambiental y esto ha llegado a ser considerado un problema. Además, estaba el problema de que la aplicación de la grasa y la limpieza que se repetían antes de cada apretado disminuían la eficiencia del trabajo en campo.

Como juntas roscadas para tuberías de acero que no necesitan la aplicación de grasa compuesta, los documentos JP 08-103724A, JP 08-233163A, JP 08-233164A, y JP 09-72467A describen juntas roscadas en las que se aplica un recubrimiento lubricante sólido que se compone de una resina como aglomerante y un bisulfuro de molibdeno o bisulfuro de tungsteno como lubricante sólido a una parte roscada y a una parte de contacto metálico sin roscar (concretamente, a la superficie de contacto) de al menos la punta o el manguito.

En estas publicaciones de patentes japonesas, para aumentar la adhesión entre el recubrimiento lubricante sólido y el substrato de acero, se describe la formación, como una capa de recubrimiento interior para el recubrimiento lubricante sólido, de una capa de recubrimiento de acondicionamiento químico de fosfato de manganeso o una combinación de una capa de nitruro y una capa de recubrimiento de acondicionamiento químico de fosfato de manganeso o para proporcionar el contacto superficial con la rugosidad superficial que tiene una Rmax de 5-40 µm. El documento JP 08-103724A describe que se forma una capa de lubricante sólido mediante la realización del horneado de un recubrimiento aplicado con calentamiento durante 20-30 minutos en el intervalo de temperaturas de 150-300ºC.

Podría esperarse que el uso de una junta roscada en la que la superficie de contacto de una punta y un manguito tenga un recubrimiento lubricante sólido formado mediante tratamiento superficial para proporcionar lubricidad a la misma, haría posible excusar de la aplicación de la grasa compuesta y de ese modo evitar los problemas mencionados anteriormente en relación con el medio ambiente y la eficiencia del trabajo.

Sin embargo, con un recubrimiento lubricante sólido convencional, no es posible alcanzar un efecto anticorrosión elevado tal como el que se puede obtener mediante la aplicación de la grasa compuesta y tiene lugar un defecto de agarrotamiento denominado corrosión por frotamiento después de que el apriete y aflojamiento se hayan repetido varias veces. Por ello, el efecto de un recubrimiento lubricante sólido convencional para impedir la corrosión por frotamiento fue insuficiente.

La disminución en la resistencia a la corrosión por frotamiento y la estanqueidad del gas de una junta roscada fue significativo, particularmente cuando el periodo de almacenamiento de la junta roscada desde su salida de fábrica (es decir, desde la formación de un recubrimiento lubricante sólido) hasta su uso real en el emplazamiento petrolífero para el apretado era largo (a veces es tan largo como uno o dos años).

Adicionalmente, recientemente, se ha deseado para su uso una junta roscada resistente al calor para tuberías de acero en pozos petrolíferos de alta temperatura en los que la temperatura alcanza 250-300ºC, que es mayor que la temperatura en los pozos petrolíferos convencionales, o en pozos petrolíferos de inyección de vapor en los que se inyecta vapor a una alta temperatura cercana a la del punto crítico (por ejemplo alrededor de 350ºC) para mejorar la recuperación del petróleo. Adicionalmente, se ha preferido una junta roscada que garantice la resistencia a la corrosión por frotamiento y la estanqueidad del gas cuando una junta que se ha apretado se somete a ensayos de calentamiento a una temperatura de aproximadamente 350ºC y se somete entonces a un aflojamiento y reapriete. Con el recubrimiento lubricante sólido convencional anteriormente descrito, fue difícil asegurar estas propiedades requeridas para una junta roscada resistente al calor.

El documento US 6.027.145 describe una junta roscada de acuerdo con la sección de caracterización previa de la reivindicación 1.

Es un objeto de esta invención proporcionar un proceso para tratamiento térmico de una junta roscada para tuberías de acero, que pueda formar un recubrimiento lubricante sólido que tenga excelente resistencia a la corrosión por frotamiento y que pueda suprimir de modo efectivo la incidencia de la corrosión por frotamiento tras un repetido apriete y aflojamiento 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 paliar una disminución en la resistencia a la corrosión por frotamiento y la estanqueidad al gas sin usar una...

1. Una junta roscada para tuberías de acero que se compone de una punta (1) y un manguito (2) teniendo cada uno una superficie de contacto que incluye una parte roscada (3) y una parte de contacto metálico no roscada (4),

en la que la superficie de contacto de al menos una de entre la punta y el manguito tiene un recubrimiento lubricante sólido formado sobre la misma que se compone de un polvo lubricante seleccionado de entre el bisulfuro de molibdeno y/o el bisulfuro de tungsteno y una resina, caracterizada porque el recubrimiento tiene una dureza de 70-140 en la escala M de Rockwell.

2. Una junta roscada como se expone en la reivindicación 1, en la que la superficie de contacto que tiene un recubrimiento lubricante sólido tiene una rugosidad superficial de 5-40 µm en Rmax.

3. Una junta roscada como se expone en la reivindicación 1, en la que se dispone una capa de recubrimiento porosa entre el recubrimiento lubricante sólido y la superficie de contacto.