ES2332775T3 - Junta roscada tubular superior que comprende por lo menos un elemento roscado con labio extremo. - Google Patents
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Abstract
Junta roscada tubular superior (100, 300, 400) que comprende un elemento roscado macho (1) en el extremo de un primer componente tubular (101) y un elemento roscado hembra (2) en el extremo de un segundo componente tubular (102, 202), comprendiendo el elemento roscado macho una rosca macho (3), al menos una superficie de asiento macho (5, 15) en su superficie periférica exterior y al menos una superficie macho de tope axial (7, 17), comprendiendo el elemento roscado hembra (2) de manera correspondiente una rosca hembra (4), al menos una superficie de sello hembra (6, 16) en su superficie periférica interior y al menos una superficie hembra de tope axial (8, 18), siendo la rosca macho enroscada en la rosca hembra hasta que al menos una superficie macho de tope axial (7, 17) coopere en reacción de tope al par de enroscado con la superficie hembra de tope axial correspondiente (8, 18), interfiriendo cada superficie de sello macho (5, 15) entonces radialmente con una superficie de sello hembra correspondiente (6, 16), presentando al menos un elemento roscado entre la o las superficies de tope en reacción de tope una superficie denominada "superficie distal de tope axial" (7, 18) realizada en la superficie frontal de extremo libre del elemento roscado y que coopera en prácticamente toda su superficie con una superficie de tope axial del elemento conjugado, extendiéndose un labio (11, 12) desde la rosca (3, 4) hasta la superficie distal de tope axial del elemento roscado considerado (7, 18), estando una superficie de sello denominada "superficie de sello en labio" (5, 16) dispuesta en el labio (11, 12) a una distancia determinada del extremo de la rosca, comprendiendo el labio una parte denominada "apéndice" (13, 14) entre el extremo libre del labio y la superficie de sello en labio (5, 16) de forma tal que el apéndice aumenta la rigidez radial del labio y disminuye su rigidez axial, siendo la superficie periférica (19) de dicho apéndice (13, 14) distinta de la superficie de sello en labio (5, 16) y empalmada con ésta mediante una superficie tórica cóncava, siendo la inclinación de la superficie de sello en labio (5, 16) con respecto al eje de la junta superior a la de la rosca (3, 4).
Description
Junta roscada tubular superior que comprende por
lo menos un elemento roscado con labio extremo.
La invención se refiere a las juntas roscadas
tubulares denominadas superiores (o "premium") que comprenden
por lo menos un juego de superficies de sello
metal-metal y de topes de enroscado en los elementos
roscados machos y hembras que componen la junta roscada, estando
los elementos roscados realizados en el extremo de un componente
tubular del tipo tubo de gran longitud o corto (cople).
Se tiene conocimiento de numerosos tipos de
juntas roscadas tubulares utilizadas especialmente para constituir
columnas de tubos de encamisado o de producción o trenes de varillas
de sondeo para los pozos de hidrocarburos o para pozos similares,
como pueden ser, por ejemplo, los pozos para la geotermia.
También se tiene conocimiento de juntas roscadas
tubulares en columnas ascendentes denominadas "risers"
destinadas a unir los pozos en el fondo de los océanos con las
plataformas de explotación en alta mar denominadas
"offshore".
Tales juntas roscadas tubulares están sometidas
a diversas solicitaciones globales (tracción o compresión axiales,
presión interior o exterior de fluido, flexión, torsión),
eventualmente combinadas (por ejemplo tracción axial + presión
interior), de intensidad eventualmente fluctuante.
Las juntas roscadas tubulares superiores no
solamente deben resistir a la rotura sino también mantenerse
estancas, especialmente a los gases, a pesar de tales solicitaciones
eventualmente combinadas y a pesar de las duras condiciones de
empleo en la obra.
Las solicitaciones pueden cambiar eventualmente
de naturaleza durante el descenso de los tubos dentro del pozo o de
la explotación, pudiendo las solicitaciones de tracción evolucionar
por ejemplo momentáneamente en solicitaciones de compresión.
Las juntas roscadas también deben poder ser
enroscadas y desenroscadas varias veces sin perjuicio de sus
prestaciones, especialmente mediante desgarre.
Después del desenroscado, los componentes
tubulares pueden ser reutilizados en otros pozos en otras
condiciones de servicio.
Las patentes FR 1489013 y EP 488912 describen
unos ejemplos de tales juntas roscadas tubulares superiores,
especialmente para una conexión denominada con cople de 2 tubos de
gran longitud por medio de un cople enros-
cado.
cado.
La patente US 5 687 999 y US 4 494 777 describen
otros ejemplos de una junta roscada tubular superior denominada
integral, directamente entre 2 tubos de gran longitud.
Las juntas roscadas tubulares según las patentes
FR 1489013, EP 488912 y US 4494777 presentan una superficie frontal
de tope axial en el extremo libre de por lo menos uno de los
elementos roscados, generalmente el elemento macho, y una
superficie de sello en una superficie periférica de un elemento
roscado inmediatamente adyacente a la superficie frontal del mismo
elemento roscado.
La parte del elemento roscado entre el primer
hilo de la rosca y la superficie frontal de tope axial en el
extremo libre es generalmente designada con el nombre de labio.
En numerosas juntas roscadas superiores y
especialmente para las últimas 3 patentes citadas, la superficie de
sello macho está situada en el extremo del labio macho, el cual es
más o menos largo según las juntas roscadas.
Cuando una junta roscada tubular superior está
enroscada en posición de conexión, los topes axiales están bajo
presión de contacto de manera que puedan crear una reacción igual a
un par de enroscado determinado T_{m}.
Las superficies de sello machos y hembras
correspondientes presentan entonces una interferencia radial que
genera una presión de contacto y los flancos de hilo denominados
"de carga" situados en el hilo del lado opuesto al extremo
libre del elemento roscado están en contacto bajo presión de
contacto, poniendo así el labio bajo compresión axial.
Las superficies de sellos interferentes pueden
plantear problemas de desgarre durante el enroscado si su geometría
no está adaptada. También pueden plantear riesgos de fuga en
servicio si la presión de contacto y especialmente la presión de
contacto integrada en el ancho activo de las superficies de sello es
insuficiente.
Para evitar el riesgo de fuga, es necesario que
la presión de contacto integrada se mantenga superior a cierto
valor expresado en N/mm; esta presión de contacto integrada está
sujeta para una geometría determinada, al posicionamiento relativo
de los elementos al final del enroscado y de las solicitaciones en
servicio.
Es particularmente difícil obtener una junta
roscada tubular que resista de una manera equivalente al tubo a las
diversas solicitaciones en servicio y que se mantenga estanca a los
gases bajo estas solicitaciones, estando el estado de tensión
después del enroscado modificado por la aplicación de solicitaciones
exteriores en servicio, por ejemplo tracción o compresión axial,
flexión, presión interior o exterior.
La patente US 4 611 838 describe una junta
roscada superior cuyas características de sello resultan:
a) de una forma particular del extremo libre de
un labio macho que comprende en una fracción del espesor radial del
labio una proyección axial y coopera con una forma correspondiente
de un saliente del elemento roscado hembra de forma tal que
sostiene el extremo libre del labio macho en posición de empalme de
la junta roscada, constituyendo la superficie frontal extrema de la
proyección axial una superficie distal de tope axial con una
superficie correspondiente del elemento hembra;
b) de una forma abombada convexa de una
superficie de sello dispuesta en la superficie periférica exterior
de un labio macho que discurre sin solución de continuidad hasta la
superficie distal de tope axial y coopera con una superficie de
sello cónica de la superficie interior de un alojamiento hembra.
Debido a las formas de las superficies de sello,
el contacto entre las mismas se efectúa a distancia de la
superficie distal de tope axial.
El sostén del extremo libre del labio macho por
la forma del saliente hembra permite acrecentar la presión de
contacto entre superficies de sello y por ende las propiedades de
sello de la junta.
La proyección axial en el extremo libre macho
conlleva un escaso espesor radial de la superficie distal de tope
axial, con varias consecuencias:
a) un reducido par de enroscado admisible
b) una baja resistencia de la junta roscada a
las solicitaciones de compresión axial.
Además, para conservar un espesor radial
suficiente para la superficie distal de tope radial, es necesario
que sean escasamente inclinadas las superficies de sello, que son
sensibles al fenómeno de gripaje.
Se observará igualmente que la forma abombada
sin solución de continuidad de la superficie de sello hace que la
misma sea particularmente vulnerable a las manutenciones y al
enclavamiento de los elementos.
Se observará finalmente que esta patente no
divulga ni sugiere ventaja particular alguna en lo relativo a las
propiedades de sello de la junta roscada bajo tracción axial.
Se ha intentado obtener una junta roscada
tubular superior con tope axial situado en el extremo libre del
labio de por lo menos un elemento roscado que presenta una
resistencia máxima a las fugas cuando la junta roscada está
sometida a unas presiones interiores o exteriores elevadas y que
conserva esta resistencia a las fugas cuando la junta roscada está
sometida a un esfuerzo exterior de tracción elevado, esfuerzo de
tracción que tiende a separar axialmente las superficies
correspondientes de los topes y sobre todo de las superficies de
sello.
El esfuerzo de tracción puede provenir de
solicitaciones de tracción axial o de flexión. Los términos
"esfuerzo de tracción" o "carga de tracción" engloban en
lo que sigue del presente documento el conjunto de las
solicitaciones exteriores que someten toda o parte de la junta
roscada tubular a tales esfuerzos o cargas.
Se puede caracterizar tal junta roscada por la
variación de la integral de presión de contacto entre superficies
de sello en su ancho (o presión de contacto integrada) en función de
la carga de tracción expresada en % de la carga correspondiente al
límite elástico de los tubos de la columna.
También se ha intentado minimizar los riesgos de
desgarre en el momento del enroscado de la junta roscada
tubular.
Por otro lado se ha intentado que la invención
se aplique ventajosamente a una junta roscada que incluye por lo
menos 2 topes axiales, de los cuales un tope externo y un tope
interno.
Y también se ha intentado que la junta roscada
pueda ser enroscada fácilmente en la obra.
Y también se ha intentado que las prestaciones
de sello teórico de la junta roscada no sean susceptibles de ser
reducidas significativamente con motivo de las difíciles condiciones
de implementación en la obra.
Estos objetos son alcanzados con una junta
roscada según la reivindicación 1.
La junta roscada según la invención comprende en
primer lugar de una manera conocida un elemento roscado macho en el
extremo de un primer componente tubular y un elemento roscado hembra
en el extremo de un segundo componente tubular.
El elemento roscado macho comprende una rosca
macho, por lo menos una superficie de sello macho en su superficie
periférica exterior y por lo menos una superficie macho de tope
axial.
El elemento roscado hembra comprende de forma
correspondiente una rosca hembra, por lo menos una superficie de
sello hembra en su superficie periférica interior y por lo menos una
superficie hembra de tope axial.
La rosca macho se enrosca en la rosca hembra
hasta que por lo menos una superficie macho de tope axial coopere
en tope formando una reacción al par de enroscado con la superficie
hembra correspondiente de tope axial, interfiriendo entonces cada
superficie de sello macho con la superficie de sello hembra
correspondiente.
En por lo menos un elemento roscado, una
superficie de tope en reacción de tope entre la o las superficies
de tope está realizada en la superficie frontal del extremo libre
del elemento roscado y es denominada superficie distal de tope
axial.
Un labio separa la superficie distal de tope
axial de la rosca en el elemento roscado considerado, estando una
superficie de sello denominada "superficie de sello en labio"
dispuesta en este labio a una distancia axial determinada del
extremo de la rosca.
Por lo tanto el labio está sometido a unos
esfuerzos de compresión axial que resultan de la puesta en tope en
reacción de tope de la superficie distal de tope axial con la
superficie de tope axial correspondiente.
Según una característica propia de la invención,
el labio comprende una parte denominada "apéndice" entre la
superficie de sello en labio y la superficie distal de tope axial en
el extremo libre del labio.
Este apéndice permite dar al labio a la vez una
alta rigidez radial y una baja rigidez axial.
Se tiene conocimiento, a través de las patentes
US 4 624 488 y US 4 795 200, de las juntas roscadas que poseen un
apéndice entre una superficie de sello y una superficie frontal de
extremo libre de un elemento roscado.
Pero en ninguna de estas 2 patentes, la
superficie frontal de extremo libre es una superficie de tope en
reacción de tope al par de enroscado y el apéndice no ejerce el
mismo conjunto de funcionalidades.
El apéndice según Fugerson (US 4624488) permite
proteger la superficie de sello contra marcas que resulten de
golpes durante las manipulaciones en la obra y aumentar la
resistencia mecánica a la rotura de la junta roscada por tracción
axial.
Sin embargo, la junta que se describe en el
documento US 4624488 no comprende superficie alguna llamada
"superficie distal de tope axial" realizada en la superficie
frontal del extremo libre del elemento roscado y que coopera en
prácticamente toda su superficie con una superficie de tope axial
del elemento conjugado.
Así pues, la patente US 4 624 488 describe una
junta roscada tubular superior que comprende un elemento roscado
macho en el extremo de un primer componente tubular y un elemento
roscado hembra en el extremo de un segundo componente tubular,
comprendiendo el elemento roscado macho una rosca macho, al menos
una superficie de sello macho en su superficie periférica exterior
y al menos una superficie macho de tope axial, comprendiendo el
elemento roscado hembra de manera correspondiente una rosca hembra,
al menos una superficie de sello hembra en su superficie periférica
interior y al menos una superficie hembra de tope axial, siendo la
rosca macho enroscada en la rosca hembra hasta que al menos una
superficie macho de tope axial coopera en reacción de tope al par
de enroscado con la superficie hembra de tope axial correspondiente,
interfiriendo cada superficie de sello macho entonces radialmente
con una superficie de sello hembra correspondiente, separando un
labio de la rosca al extremo libre de cada elemento roscado,
estando una superficie de sello llamada "superficie de sello en
labio" dispuesta en el labio a una determinada distancia del
extremo de la rosca, comprendiendo el labio una parte llamada
"apéndice" entre el extremo libre del labio y la superficie de
sello en labio, siendo la superficie periférica de dicho apéndice
distinta de la superficie de sello en labio, siendo la inclinación
de la superficie de sello en labio con respecto al eje de la junta
superior a la de la rosca.
El apéndice según Tung (US 4795200) permite
además aumentar la rigidez radial del labio en una junta roscada
sin superficie distal de tope axial, aumentando así la presión de
contacto donde están ubicadas las superficies de sello en esta
junta roscada. Sin embargo, la junta que se describe en el documento
US 4795200 no comprende superficie alguna llamada "superficie
distal de tope axial" realizada en la superficie frontal del
extremo libre del elemento roscado y que coopere en prácticamente
toda su superficie con una superficie de tope axial del elemento
conjugado.
Así, las juntas descritas en los dos documentos
precedentes (US 4624488 y US 4795200) son muy distintas de la junta
que se describe en nuestra invención puesto que las mismas no hacen
que su apéndice coopere con una superficie distal de tope (que por
otro lado está ausente) a fin de optimizar el contacto entre las
superficies de tope.
Otro documento (CN 2366656 Y) describe
igualmente una junta roscada que posee un apéndice entre una
superficie de sello y una superficie frontal de un elemento roscado
que coopera con una superficie de tope axial prevista en el
elemento conjugado. Sin embargo, no comprende superficie de sello
alguna cuya inclinación con respecto al eje de la junta sea
superior a la de la rosca. Además, el apéndice no es empalmado con
la superficie de sello por medio de una superficie tórica cóncava.
El efecto de estas diferencias es que la junta descrita en el
documento CN 2366656 Y se ve más sujeta al gripaje y admite un
comportamiento más rígido en solicitación axial que la junta según
nuestra invención. Debido a ello, la junta descrita en el documento
CN 2366656 Y tampoco hace que su apéndice coopere con una
superficie distal de tope a fin de optimizar el contacto entre las
superficies de tope.
Los inventores han observado en primer lugar que
el apéndice según la presente invención aumentaba igualmente la
rigidez radial del labio en una junta roscada tubular con superficie
distal de tope axial y que este aumento de rigidez se traducía en
la junta roscada tubular superior por un aumento del ancho axial de
contacto efectivo de la superficie de sello en labio y de la
presión de contacto integrada en este ancho distal de tope
axial.
Tal aumento no es evidente con respecto a las
enseñanzas de la patente Tung ya que la compresión axial del labio
tiende generalmente a poner el labio "en banana" y podría haber
reducido el ancho efectivo de contacto de las superficies de sello
y la presión de contacto integrada.
Los inventores también han observado que, de una
manera no evidente, el aumento de la rigidez radial debida al
apéndice se traducía también en la junta roscada tubular superior
según la invención por un aumento del ancho radial de contacto
efectivo de la superficie distal de tope axial así como de la
presión de contacto integrada en el ancho radial de esta superficie
distal de tope axial.
No se podía tener conocimiento ni deducir tal
efecto de la patente Tung que no considera tales superficies
distales de tope axial.
Y también los inventores han observado otro
efecto no evidente del apéndice en la junta roscada tubular según
la invención.
El apéndice reduce la rigidez axial del labio y
por consiguiente aumenta a tensión constante de compresión axial la
deformación elástica del labio.
Esta deformación elástica aumentada permite,
cuando se ejerce una carga de tracción en la junta roscada, mover
el desprendimiento del tope y sobre todo el valor crítico de presión
de contacto integrada en el ancho de la superficie de sello en
labio hacia unos valores relativamente elevados de carga de
tracción.
Y aquí tampoco se podía tener conocimiento ni
deducir tal efecto de una manera evidente de la patente Tung que no
considera las juntas roscadas tubulares provistas de superficie
distal de tope de sello y que no considera los riesgos de fuga bajo
solicitaciones de tracción.
Otros efectos benéficos y ventajosos del
apéndice en una junta roscada tubular superior según la invención
podrán ser deducidos de los modos particulares de realización de la
invención expuestos a continuación.
Del lado superficie de sello en labio, el
apéndice puede estar bordeado por una superficie periférica
cualquiera pero una superficie periférica sensiblemente cilíndrica
es preferida de manera que se maximice el espesor radial de la
superficie distal de tope axial.
Preferentemente, la longitud axial del apéndice
está comprendida entre el 8 y el 75% de la longitud total del labio
y más particularmente entre el 20 y el 60% de éste.
Preferentemente, la relación de la longitud
axial del apéndice con respecto al espesor radial de superficie
distal de tope axial es inferior a 3.
Ventajosamente, cada superficie de sello en
labio es una superficie elegida entre el grupo de las superficies
cónicas, tóricas o de las superficies complejas que comprenden una
combinación de superficies cónicas, de superficies cilíndricas y/o
de una o varias superficies tóricas.
Muy ventajosamente, una o por lo menos una
superficie de sello en labio es una superficie compleja que
comprende dos porciones de superficies tangentes entre sí, esto es
una porción cónica situada del lado de la superficie distal de tope
axial y una porción tórica de gran radio, por ejemplo superior a 20
mm, situada del lado rosca, siendo la superficie de sello
correspondiente en el otro elemento roscado una superficie cónica
de una conicidad sensiblemente idéntica a la de la porción cónica de
la superficie de sello en labio y de ancho axial adaptado al ancho
axial total de la superficie de sello en labio.
Tal configuración de superficie compleja permite
independientemente de la presencia o no de un apéndice aumentar la
presión de contacto integrada en el ancho de la superficie de sello
en labio.
Muy preferentemente, cada superficie de sello en
labio posee una inclinación media de por lo menos 10º con respecto
al eje de la junta roscada.
Muy preferentemente, la superficie de sello en
labio posee un ancho axial inferior o igual a 10 mm y
preferentemente inferior o igual a 5 mm.
Preferentemente, la superficie distal de tope
axial es una superficie plana perpendicular al eje de la junta
roscada o una superficie cónica coaxial a la junta roscada de
semiángulo en el vértice comprendido entre 70º y 90º, lo cual
tiende en este último caso a favorecer el contacto entre la
superficie de sello en labio y la superficie de sello
correspondiente.
Las figuras que aparecen a continuación ilustran
ciertos modos de realización de la invención que van a ser
descritos de una manera detallada.
La figura 1 representa un semicorte axial de una
conexión roscada tubular con cople del estado de la técnica.
La figura 2 representa un semicorte axial de una
conexión roscada tubular con cople según la invención.
La figura 3 representa un semicorte axial de una
conexión roscada tubular integral para columna ascendente submarina
según la invención.
La figura 4 representa un semicorte axial de una
conexión roscada tubular integral según la invención denominada
"flush", es decir que no presenta ninguna perturbación de
diámetro exterior o interior donde está ubicada la junta roscada
tubular.
La figura 5 representa una ampliación del
extremo libre del elemento roscado macho de la figura 2.
La figura 6 representa el extremo libre de la
figura 5 después de la conexión con las partes correspondientes
hembras.
La figura 7 representa una ampliación del
extremo libre del elemento roscado macho de la figura 3.
La figura 8 representa esquemáticamente el
extremo libre del elemento roscado macho de la figura 1 (estado de
la técnica).
Las figuras de 9 a 11 representan esquemática y
comparativamente a la figura 8 tres variantes de este extremo libre
según el estado de la técnica.
La figura 12 representa un gráfico del ancho de
contacto y de la presión de contacto integrada en este ancho donde
está ubicada la superficie distal de tope axial y la superficie de
sello en labio en función de la carga de tracción axial ejercida en
la junta roscada tubular de la figura 1 (estado de la técnica).
La figura 13 representa el mismo gráfico para la
junta roscada tubular según la invención de la figura 2.
La figura 14 representa esquemáticamente algunos
hilos machos conectados con algunos hilos hembras en la junta
roscada tubular de la figura 2.
Las figuras 15, 16 y 17 representan
esquemáticamente unas disposiciones de los elementos roscados
durante el enchufe de estos elementos antes del enroscado en caso
de desalineación o bien radial (figuras 15, 16) o bien angular
(figura 17).
La figura 1 representa una conexión roscada con
cople 200 del estado de la técnica entre dos tubos 101, 101' que
son unos componentes tubulares de gran longitud por medio de un
cople 202 que es un componente tubular de baja longitud.
Por tubo o componente tubular de gran longitud,
se entiende unos tubos de varios metros de longitud, por ejemplo de
alrededor de 10 m de longitud.
Se suelen utilizar unas conexiones 200 para
constituir unas columnas de tubos de encamisado o de producción
para los pozos de hidrocarburos, unas columnas ascendentes
submarinas (risers) o unos trenes de varillas de sondeo para estos
mismos pozos.
Los tubos pueden ser realizados con todo tipo de
aceros no aleados, de baja aleación o de alta aleación, hasta con
aleaciones ferrosas o no ferrosas tratadas térmicamente o
martilleadas en función de condiciones de servicio como pueden ser
por ejemplo: nivel de solicitación mecánica, carácter corrosivo del
fluido interior o exterior a los tubos.
Se puede utilizar igualmente unos tubos de acero
poco resistente a la corrosión provistos de un revestimiento por
ejemplo de material sintético que impide todo contacto entre el
acero y el fluido corrosivo.
Los tubos 101, 101' están provistos en sus
extremos de elementos roscados machos idénticos 1, 1' y están
conectados por medio de un cople 202 provisto en cada extremo de un
elemento roscado hembra 2, 2'.
Los elementos roscados machos 1, 1' están
conectados respectivamente mediante enroscado en los elementos
roscados hembras 2, 2', constituyendo dos juntas roscadas 100, 100'
simétricas reunidas por un talón 10 de algunos centímetros de
longitud.
El talón 10 del cople posee un diámetro interior
sensiblemente idéntico al del extremo de los tubos 101, 101' de
modo que la fluencia del fluido que circula interiormente no está
perturbada.
Siendo las juntas roscadas tubulares 100, 100'
simétricas, sólo se describirá el funcionamiento de una sola de
estas juntas, por ejemplo la junta roscada tubular 100.
El elemento roscado macho 1 comprende una rosca
macho 3 de hilos trapezoidales de las denominadas "buttress"
según especificación API 5B (API = American Petroleum Institute);
esta rosca macho 3 es cónica y está dispuesta en el exterior del
elemento macho y está separada del extremo libre 7 de dicho elemento
por un labio no roscado 11. El extremo libre 7 constituye una
superficie anular de tope axial denominada superficie distal de tope
axial dispuesta sensiblemente transversalmente.
Lindando con el extremo libre 7 en la superficie
exterior del labio 11 se encuentra una superficie cónica 5 que
forma una superficie de sello macho en labio; su conicidad es
superior a la de la rosca macho 3.
El elemento hembra 2 comprende unos medios
conjugados de los del elemento macho 1, es decir que corresponden
por la forma y están debidamente colocados para cooperar por su
disposición en el elemento roscado hembra con los medios machos del
elemento roscado macho.
El elemento hembra 2 comprende así interiormente
una rosca hembra cónica 4 y una parte no roscada entre la rosca y
el talón 10.
Esta parte no roscada comprende especialmente
una superficie anular de tope axial 8 de orientación sensiblemente
transversal que forma un espaldón en el extremo del talón y una
superficie cónica 6 que forma un tope de sello hembra
inmediatamente adyacente al espaldón del lado de la rosca 4.
Después del enroscado completo de la rosca macho
en la rosca hembra, las superficies de tope 7 y 8 están en apoyo
una contra la otra mientras que las superficies de sello 5, 6
interfieren radialmente y por este motivo están bajo presión de
contacto metal-metal. Las superficies 5, 6
constituyen así unas superficies de sello
metal-metal que pretenden que la junta roscada se
vuelva estanca incluso para presiones de fluido interior o exterior
elevadas, fluidos gaseosos y para solicitaciones diversas (tracción
axial, compresión axial, flexión, torsión ...), simples o
combinadas, estáticas o fluctuantes.
Tales juntas roscadas son denominadas superiores
(o "premium") teniendo en cuenta sus prestaciones con respecto
a las juntas roscadas tubulares estándar como pueden ser las
definidas por la especificación API 5CT.
Unas juntas roscadas tubulares como pueden ser
100 en la figura 1 deben sin embargo hacer frente a unos
imperativos geométricos contradictorios aclarados en las figuras
esquemáticas de 8 a 10.
La longitud y el espesor de labio donde está
ubicada la superficie de sello en labio deben ser suficientes para
obtener una rigidez radial determinada del labio que actúe como un
resorte (véase figura 8); la presión de contacto para una
interferencia radial determinada varía así con la rigidez radial del
labio 11.
Sin embargo, cuando la junta roscada está
sometida a la presión de un fluido interno o externo, el labio se
doblega, lo cual induce un descasamiento de los ángulos de las
superficies de sello 5 y 6 y por este motivo, una disminución del
ancho efectivo de contacto y de la presión de contacto integrada. La
flexión del labio debida a la presión de fluido es tanto más
importante cuanto que la parte de labio 35 entre el inicio de la
rosca 3 y la superficie de sello en labio 5 es larga.
Si, por razones que serán expuestas más
adelante, se desea aumentar la longitud l_{t1} hasta una longitud
l_{t2} (figura 10) aumentando la longitud de superficie de sello
(l_{s3} > l_{s1}), lo cual evita aumentar la longitud de la
parte 35 del labio 11, el espesor radial e_{2} de la superficie
distal de tope axial 7 ya no es suficiente para asegurar un valor
suficiente de par de enroscado que impida el desenroscado
imprevisto de la junta roscada tubular.
Para paliar este inconveniente, se puede
conificar el extremo del labio antes del mecanizado de la superficie
de sello 5 de modo que su superficie periférica interior posee
hacia su extremo un diámetro inferior (figura 11); tal conificación
requiere sin embargo una operación de fabricación suplementaria.
Para paliar el inconveniente indicado a
propósito de la figura 10, también se puede disminuir la conicidad
de la superficie de sello en labio 5 (ángulo B < ángulo A = véase
figura 9) pero tal configuración conduce a un rozamiento importante
de las superficies de sello 5, 6 al final del enroscado a partir del
momento en que interfieren; de ello se derivan importantes riesgos
de desgarre, especialmente para ciertos tipos de materiales (aceros
de alto contenido en Cr, aleaciones de Ni ...).
La figura 2 presenta una junta roscada tubular
según la invención directamente derivada de la figura 1,
especialmente por modificación de la estructura del labio 11 que
incluye un apéndice 13, estando la estructura del elemento roscado
hembra adaptada en consecuencia, moviendo la superficie hembra de
tope axial hacia el centro del cople 202; por este motivo la
longitud axial del talón 10 de la figura 2 es más corta que en la
figura 1.
La figura 5 muestra en detalle la estructura del
labio macho 11 de la junta roscada de la figura 2.
Según la figura 5, el labio macho 11 de longitud
total l_{t} incluye una superficie de sello en labio 5 de ancho
axial total l_{s} que está separada de la superficie distal de
tope axial 7 por un apéndice 13 de longitud axial l_{a}.
La superficie distal de tope axial 7 es una
superficie cónica cóncava, coaxial a la junta roscada y de
semiángulo en el vértice 75º (ángulo de 15º con respecto a la normal
al eje).
Se tiene conocimiento de tal disposición para
aumentar la presión de contacto entre superficies de sello 5, 6 en
juntas roscadas del tipo de la figura 1.
El apéndice 13 presenta una superficie
periférica exterior cilíndrica 19 que está empalmada con la
superficie distal de tope axial 7 mediante una superficie tórica de
bajo radio R4.
La longitud axial del apéndice l_{a}
representa en el caso de la figura 5 alrededor del 25% de la
longitud axial total de labio l_{t}, estando estas distancias
tomadas con respecto al punto de intersección de las superficies 7
y 19.
La relación entre longitud axial de apéndice
l_{a} y espesor radial e_{b} de superficie distal de tope axial
es de alrededor de 0,9. Una relación demasiado elevada, superior a 3
corre el riesgo de provocar la llamarada del apéndice.
La superficie de sello en labio 5 es una
superficie compleja notablemente inclinada en el eje (inclinación
media cercana a 15º) y está empalmada por una parte con el apéndice
13 mediante una superficie tórica de bajo radio R3 y por otra parte
con el labio del lado rosca mediante otra superficie tórica de bajo
radio R2.
R3, R4 tienen por ejemplo un valor del orden de
0,5 a 1 mm; R2 tiene un valor del orden de 5 mm.
La superficie de sello en labio 5 está
constituida:
- a)
- del lado extremo libre 7 por una porción cónica 33 de una conicidad del 50% (o sea una inclinación de 14º en el eje) de ancho de l_{c} del orden por ejemplo de 1,5 mm y
- b)
- del lado rosca por una porción tórica 31 de gran radio R1 (por ejemplo 60 mm), de ancho l_{r} (por ejemplo 1,5 mm) que es tangente a la porción tórica 33.
Lo cual permite obtener una superficie de sello
en labio corto (largo l_{s} cercano a 3 mm), mucho más inclinada
en el eje que la rosca (conicidad del 6,25%, o sea una inclinación
en el eje de 1,8º), minimizando así los riesgos de desgarre de las
superficies de sello durante el enroscado. El momento del primer
contacto entre porciones de sello en el momento del enroscado está
en efecto retardado y la longitud helicoidal de rozamiento a partir
de este primer contacto está reducida.
La configuración geométrica cónica + tórica de
gran radio del lado rosca permite obtener un contacto estable a lo
ancho entre superficies de sello 5, 6 mientras que la interferencia
radial entre superficies de sello 5, 6 y/o entre roscas cónicas 3,
4 y la aplicación de presión interior de fluido tienden a poner el
labio 11 "en banana" haciendo variar ligeramente la inclinación
de la superficie de sello macho de una fracción de grado. Tal
variación de inclinación tiende en las superficies de sello cónicas
a reducir sensiblemente el ancho efectivo de contacto y la presión
de contacto integrada en el ancho de superficie.
La existencia de una porción tórica de gran
radio R1 del lado rosca (R1 preferentemente entre 30 y 120 mm, en
el caso presente 60 mm) permite conservar las ventajas de una
superficie de sello cónica en condiciones de servicio (estabilidad
de funcionamiento de esta superficie).
La figura 6 muestra la cooperación de los medios
dispuestos en el labio macho 11 y en la parte correspondiente
hembra en posición de conexión.
El elemento roscado hembra incluye una
superficie hembra de tope axial 8 que es cónica convexa, de
semiángulo en el vértice igual o sensiblemente igual al de la
superficie distal 7 y que forma un espaldón.
Al pie de este espaldón, a distancia axial de la
superficie hembra de tope axial y enfrentada con la superficie de
sello macho 5, se encuentra una superficie de sello hembra 6 cónica
de una conicidad igual a la de la porción cónica 33 de la
superficie de sello macho en labio 5.
El ancho axial de la superficie de sello hembra
6 está cercano al total l_{s} de la superficie de sello macho en
labio 5 y por lo tanto está adaptado para un funcionamiento estable
de estas superficies de sello en servicio.
La superficie periférica interior del elemento
roscado hembra entre la superficie de sello hembra 6 y la
superficie hembra de tope axial no tiene importancia siempre y
cuando no interfiera radialmente con la superficie periférica
exterior 19 enfrentada con el apéndice 13.
Un corto radio está previsto para empalmar esta
superficie periférica hembra con la superficie hembra de tope axial
8.
Nótese en primer lugar que la situación de la
superficie de sello 5 no en el extremo libre del labio limita la
flexión del labio cuando la junta roscada está sometida a la presión
interior o exterior de un fluido, limitando así la disminución de
ancho efectivo de contacto y la de presión de contacto integrada
entre superficies de sello 5, 6 para las juntas roscadas sometidas
a tales presiones internas o externas, especialmente internas.
Los gráficos de las figuras 12 y 13 ilustran una
ventaja cierta de la junta roscada según la invención del tipo de
la figura 2 (figura 13) con respecto a la junta roscada similar del
estado de la técnica de la figura 1 (figura 12).
La junta roscada del estado de la técnica
estudiado corresponde a una junta roscada tubular superior VAM TOP®
según catálogo VAM® nº 940 editado por Vallourec Oil & Gas en
julio de 1994 para tubos de diámetro exterior 244,48 mm y de
espesor 13,84 mm (9''5/8 x 53,5 lb/ft) en nivel L80 (límite de
elasticidad mínima 551 MPa).
La junta roscada tubular según la invención
simplemente ha sido modificada por la adjunción de un apéndice de
longitud axial 3 mm (l_{a} = 25% l_{t}): véase figura 5.
Se ha estudiado mediante cálculo numérico según
el método de los elementos acabados (FEA) la variación del ancho
efectivo de contacto y de la presión de contacto integrada en este
ancho para las superficies de topes 7, 8 y para las superficies de
sello 5, 6 en una junta roscada enroscada al par nominal de
enroscado en función de la carga de tracción axial a la que está
sometida la junta roscada expresada en % de la carga
correspondiente al límite de elasticidad del cuerpo de los tubos
(PBYS).
Por lo que se refiere a las superficies de tope
7, 8, se observa que el ancho efectivo de contacto (curva A),
inicialmente de 3,8 mm disminuye muy rápidamente y cae a 0 para una
carga correspondiente al 42% PBYS. Por encima de esta carga, las
superficies de tope ya no están en contacto. La presión de contacto
integrada entre superficies de tope (curva B) sigue el mismo perfil
(valor inicial 770 N/mm).
La curva C relativa a la evolución del ancho de
contacto entre superficies de sello indica un ancho efectivo de
contacto que disminuye de 1,5 a 1,1 mm cuando la carga de tracción
axial pasa de 0 al 100%.
Esta baja variación de ancho efectivo de
contacto es suficiente para que baje la presión de contacto
integrada de 700 N/mm a 300 N/mm para la misma variación de carga de
tracción axial (curva D).
Unos usuarios consideran desde hace algún tiempo
que existe un riesgo de fuga en servicio cuando la presión de
contacto integrada calculada por elementos acabados es inferior a
437 N/mm (recta S).
Tal umbral queda superado para la junta roscada
del estado de la técnica en cuanto la carga de tracción es superior
a la correspondiente al 56% PBYS: el criterio utilizado es por lo
tanto severo.
Nótese que las superficies de sello según la
geometría ensayada corresponden sin embargo a las 5 y 6 de las
figuras 5 y 6 (superficie macho cónico al 50% de conicidad + tórica
de 60 mm de radio) que parecen mejorar la estabilidad del contacto
bajo carga con respecto a simples superficies cónicas.
Los mismos cálculos han sido efectuados en la
junta roscada tubular modificada según la invención que ha sido
enroscada bajo el mismo par nominal que la junta roscada del estado
de la técnica.
Las curvas A, B, C, D y S de la figura 13 (junta
roscada según la invención) tienen el mismo significado que las de
la figura 12 (junta roscada del estado de la técnica).
Las curvas A, B y C de la figura 13 están
bastante cercanas a las de la figura 12.
Nótese, por lo que se refiere a la presión de
contacto integrada en las superficies de tope (curva B), una
presión de contacto integrada ligeramente superior de 30 N/mm, y un
desprendimiento de las superficies de tope axial ligeramente
retardado (el 48% PBYS contra el 42%) para la junta roscada según la
invención.
La principal diferencia se refiere a la
evolución de la presión de contacto integrada entre superficies de
sello (curva D) que disminuye con mucha menos rapidez en la junta
roscada según la invención de modo que el umbral de 437 N/mm (recta
S) sólo queda superado más allá de una carga correspondiente al 89%
PBYS.
El criterio sobre la presión de contacto
integrada, que es un criterio severo, recientemente introducido por
unos usuarios muy preocupados por las garantías de sello en las
juntas roscadas, es respetado para un gran abanico de condiciones
de servicio en la junta roscada según la invención.
La baja rigidez axial del labio 11 que resulta
de la presencia del apéndice 13 contribuye a las mejores
prestaciones de sello bajo tracción de las juntas roscadas según la
invención.
Esta baja rigidez axial induce en primer lugar
un aumento favorable de la rigidez axial para las prestaciones de
sello de la junta roscada.
La baja rigidez axial permite además al labio
almacenar al final del enroscado una importante deformación en
compresión axial, deformación que después puede ser ventajosamente
restituida cuando la junta roscada está sometida a unas cargas de
tracción axial.
Un apéndice demasiado corto (l_{a} < 8%
l_{t}) no provoca ninguna ganancia suficiente con respecto a las
características de sello bajo carga de tracción.
Un apéndice demasiado largo (l_{a} > 75%
l_{t}) corre el riesgo de provocar la llamarada del labio y una
disminución de las prestaciones de sello.
El labio y los medios que están asociados a él
(5, 7, 13) son por otra parte relativamente fáciles de realizar
mediante mecanizado.
Otras ventajas pueden resultar de la baja
rigidez axial del labio de la junta roscada según la invención.
Una primera ventaja suplementaria se refiere a
la precisión sobre el par real de enroscado.
Las juntas roscadas están generalmente
enroscadas en posición con la ayuda de máquinas mecánicas o
hidráulicas denominadas "llaves de enroscado" que desarrollan
importantes pares puesto que es preciso enroscar la junta roscada
más allá de la maniobra de ensamblaje de las superficies de tope
axial.
Estas llaves se detienen cuando se alcanza un
par de enroscado determinado (par nominal).
Sin embargo, teniendo en cuenta la inercia de la
llave, el par real obtenido puede ser movido con respecto al par
nominal deseado.
Este movimiento depende de numerosos factores y
puede ser reducido disminuyendo la velocidad de enroscado, lo cual
perjudica a la productividad del enroscado.
La disminución de rigidez axial del labio en la
junta roscada según la invención permite obtener una curva de
ascenso en par menos rígida entre maniobra de ensamblaje y posición
final de conexión y por lo tanto o bien obtener menos separación
entre par nominal y par real de enroscado, o bien permitir un
enroscado más rápido.
Otra ventaja suplementaria se refiere al
comportamiento de la junta roscada tubular bajo carga de compresión
axial.
La figura 14 ilustra el aspecto de hilos
trapezoidales machos 21 y hembra 22 de una junta roscada de roscas
cónicas enroscada en posición.
Las roscas machos 21 presentan un vértice de
hilo 29, un fondo de hilo 27 ambos inclinados de un ángulo C (por
ejemplo 1,8º) en el eje, un flanco de carga 23 y un flanco de
enchufe 25.
Los hilos hembras 22 presentan asimismo un
vértice de hilo 28, un fondo de hilo 30, un flanco de carga 24 y un
flanco de enchufe 26.
Con motivo de la reacción en las superficies de
tope 7, 8, los flancos de carga machos 23 y hembras 24 están en
contacto mientras que los flancos de enchufe 25, 26 presentan un
juego d_{1}.
Teniendo en cuenta la conicidad de las roscas
(ángulo de inclinación C), los vértices de hilos hembras 28
interfieren radialmente con los fondos de hilos machos 27 mientras
que existe un juego d_{2} entre vértices de hilos machos 29 y
fondos de hilos hembras 30.
Cuando la junta roscada está sometida a cargas
de compresión axial, se produce un desprendimiento de los flancos
de carga 23, 24 inicialmente en contacto y todos los esfuerzos de
compresión son entonces soportados por las superficies de tope
axial 7, 8 además de las tensiones de compresión que resultan del
enroscado. Si las tensiones equivalentes de Von Mises sobrepasan
entonces el límite de elasticidad, se produce una plastificación y
unos riesgos ulteriores de fuga y/o de desgarre después del
desenroscado y el reenroscado.
Una baja rigidez axial de labio permite poner en
contacto los flancos de enchufe 25, 26 que retoman entonces los
esfuerzos de compresión axial antes de que la tensión equivalente en
el tope sobrepase el límite de elasticidad.
La junta roscada según la invención también
posee por lo tanto excelentes características de resistencia
mecánica en compresión axial.
La figura 3 representa otro tipo de junta
roscada tubular según la invención, para columnas ascendentes
submarinas denominadas "work over risers".
La junta roscada 300 es del tipo integral,
estando el elemento roscado macho 1 realizado en el extremo de un
primer tubo 101 y el elemento roscado hembra 2 en el extremo de un
segundo tubo 102 mediante mecanizado de los tubos.
Alternativamente, los elementos roscados 1 y 2
pueden resultar de un reengrasado de los extremos de tubos forjando
(aumento del diámetro exterior y/o disminución del diámetro
interior).
Y alternativamente también, los elementos
roscados machos y hembras pueden ser añadidos en los tubos por
ejemplo mediante soldadura.
Este tipo de junta roscada incluye 2 pares de
superficies de tope axial, comprendiendo cada par una superficie
distal de tope axial.
Un primer par denominado "tope interno"
está constituido como anteriormente por una superficie distal 7 en
el extremo libre del elemento roscado macho 1 y una superficie
anular 8 que forma un espaldón en el elemento roscado hembra 2.
El otro par denominado "tope externo" está
constituido simétricamente por una superficie distal 18 en el
extremo libre del elemento roscado hembra 2 y una superficie anular
17 que forma un espaldón en el elemento roscado macho 1.
Todas las 4 superficies de tope axial son
planas, perpendiculares al eje de la junta roscada 300.
Un labio 11, 12 separa cada tope de las
roscas.
El labio hembra 12 no incluye ninguna superficie
de sello.
El labio macho 11 (véase figura 7) incluye una
superficie de sello en labio 5 separada axialmente de la superficie
distal de tope axial 7 por un apéndice 13.
La superficie de sello 5 es una superficie
compleja constituida del lado del extremo libre por una porción
cónica 33 inclinada al 50% y del lado rosca 3 por una porción tórica
31 de radio R1 (40 mm) tangente a la porción cónica 33, siendo la
superficie de sello hembra 6 simplemente cónica de una conicidad del
50% y de un ancho axial adaptado al total de la superficie de sello
macho 5.
El apéndice 13 presenta una superficie
periférica exterior 19 de forma cilíndrica y posee una longitud
axial l_{a} de 5 mm que representa alrededor del 9% de la longitud
axial total de labio l_{t}.
La relación de la longitud axial de apéndice con
respecto al espesor radial de superficie distal de tope axial es de
alrededor de 0,75.
La parte de labio situada entre superficie de
sello en labio 5 y rosca 3 comprende en su superficie periférica
exterior 35 dos superficies cilíndricas 37 y 39, siendo la
superficie 39 que empieza al pie de la rosca 3 de menor diámetro D2
que la superficie 37 del lado superficie de sello (diámetro D1) con
(D2 - D1) de un valor de alrededor de 1 mm.
Tal grada aumenta la rigidez radial de la
superficie de sello en labio 5 y por lo tanto las presiones de
contacto entre superficies de sello 5, 6. Reduce igualmente la
deformación "en banana" del labio cuando la junta roscada 300
está sometida a la presión de un fluido exterior. Contribuye además
en combinación con el apéndice 13 a proteger la superficie de sello
5 contra marcas de deterioro en caso de desalineación en el momento
de enchufar los elementos roscados.
La tabla siguiente 1 permite comparar las
presiones de contacto integradas para 2 juntas roscadas para
"work over risers" para tubos de diámetro exterior 219,08 mm
(8'' 5/8) y 17,8 mm de espesor en nivel P110 (límite de elasticidad
mínima 758 MPa) sin apéndice 13 (estado de la técnica) y con
apéndice 13 (según la invención).
Al final del enroscado, las superficies 17, 18
del tope externo son las primeras en contacto (tope primario),
prosiguiéndose el enroscado hasta poner en tope bajo presión de
contacto las superficies 7, 8 del tope interno (tope
secundario).
La tabla 1 proporciona unos valores de presiones
de contacto integrados en el ancho de contacto donde están ubicadas
las superficies de sello obtenidas mediante cálculo numérico al
final del enroscado y bajo tracción axial.
Las presiones de contacto integradas son más
elevadas y decrecen un poco más despacio en la junta roscada según
la invención para esta configuración con maniobra de ensamblaje en
primer lugar de las superficies de tope externo. Teniendo el
apéndice una longitud muy limitada (el 9% de la longitud total de
labio) y siendo el labio 11 muy rígido radialmente (10 mm de
espesor donde está ubicada la grada 37), las diferencias con
respecto a la junta roscada del estado de la técnica son menores que
en el ejemplo descrito anteriormente (VAM TOP®).
Las figuras 15, 16, 17 muestran en la junta
roscada 300 de la figura 3 las condiciones límites de enchufe de
los elementos roscados teniendo en cuenta la presencia del apéndice
13.
La figura 15 muestra la desalineación radial d3
máxima posible justo al principio del enchufe de los elementos
roscados 1 y 2, entrando la superficie de sello macho en labio 5 en
contacto con el extremo libre hembra 18: d3 puede sobrepasar 10 mm
para la junta roscada 300 de dimensiones indicadas
anteriormente.
La figura 16 muestra la desalineación radial d4
máxima posible un poco más tarde cuando la superficie de sello
macho en labio 5 entra en contacto con el 1º hilo hembra: d4 tiene
un valor de alrededor de 8 mm para la junta roscada
considerada.
La figura 17 muestra la desalineación angular E
máxima posible, estando la superficie de sello macho en labio 5 en
contacto con la rosca hembra y no estando aún enchufados los hilos
machos y hembras: E tiene un valor de alrededor de 4º.
Estos valores de d3, d4 y E son más elevados que
en la ausencia de apéndice 13. Las juntas roscadas según la
invención son por lo tanto más tolerantes en caso de condiciones
defectuosas de enchufe de los elementos roscados.
El apéndice 13 protege por supuesto la
superficie de sello en labio 5 contra los choques axiales en las
extremidades durante las manipulaciones en la obra.
Nótese que en el caso de la figura 17, el
apéndice permite también crear una protección o barrera radial para
la porción cónica 33 de la superficie de sello en labio, que es la
porción más crítica para el sello.
El conjunto de la superficie de sello puede ser
protegido además si como se muestra en la figura 5, el apéndice 13
posee una longitud axial l_{a} tal que la superficie de sello en
labio 5 está situada del lado del elemento roscado con respecto a
la recta D1 que pasa por el vértice del 1º hilo macho y que es
tangente al extremo libre del elemento roscado. La recta D1
materializa por ejemplo la generatriz de los vértices de hilos
hembras en la figura 17.
La figura 4 representa una junta roscada
integral 400 denominada "flush" de diámetro interior y exterior
constante, de superficies de tope interno (7, 8) y externo (17, 18)
y de 2 pares de superficies de sello: un par interno (5, 6) y un
par externo (15, 16).
La junta roscada 400 es estanca tanto a las
presiones exteriores gracias al par externo de superficies de sello
como a las presiones internas gracias al par interno de superficies
de sello.
La superficie de sello macho 5 del par interno y
la superficie de sello hembra 16 del par externo son superficies de
sello en labio.
Están separadas de las superficies distales de
tope axial 7, 18 en los elementos roscados en los que están
realizadas por un apéndice 13, 14.
Estos apéndices 13, 14 permiten disminuir la
rigidez axial de los labios 11, 12 y hacer que la rigidez radial de
estos labios sea máxima.
Esto permite maximizar las prestaciones de sello
de la junta roscada tanto con respecto a fluidos exteriores como
interiores incluso bajo tracción axial relativamente elevada.
La fuerza mecánica en compresión es igualmente
mejorada.
La baja rigidez axial de los labios 11, 12
permite continuar el enroscado suficientemente después de la
maniobra de ensamblaje de un par de tope interno o externo,
preferentemente interno, hasta la puesta en tope axial del segundo
par de superficies de tope.
El retraso en el desprendimiento de las
superficies de tope bajo tracción axial permite evitar en cierta
medida o en todo caso limitar los golpeos de estas superficies en
caso de carga fluctuante de tracción o de flexión, dando tales
golpeos origen con el tiempo al inicio de fisura por fatiga según el
fenómeno denominado de "fretting corrosion".
La presente invención no es susceptible de estar
limitada a las juntas roscadas tubulares que acaban de ser
descritas.
Puede aplicarse a todo tipo de junta roscada
tubular, especialmente por ejemplo aquéllas que presentan unas
roscas cónicas o cilíndricas, de una o varias partes roscadas de
etapas o no, con hilos trapezoidales o triangulares, con hilos
denominados "cuña" de ancho o no variable.
Claims (20)
1. Junta roscada tubular superior (100, 300,
400) que comprende un elemento roscado macho (1) en el extremo de
un primer componente tubular (101) y un elemento roscado hembra (2)
en el extremo de un segundo componente tubular (102, 202),
comprendiendo el elemento roscado macho una rosca macho (3), al
menos una superficie de asiento macho (5, 15) en su superficie
periférica exterior y al menos una superficie macho de tope axial
(7, 17), comprendiendo el elemento roscado hembra (2) de manera
correspondiente una rosca hembra (4), al menos una superficie de
sello hembra (6, 16) en su superficie periférica interior y al menos
una superficie hembra de tope axial (8, 18), siendo la rosca macho
enroscada en la rosca hembra hasta que al menos una superficie
macho de tope axial (7, 17) coopere en reacción de tope al par de
enroscado con la superficie hembra de tope axial correspondiente
(8, 18), interfiriendo cada superficie de sello macho (5, 15)
entonces radialmente con una superficie de sello hembra
correspondiente (6, 16), presentando al menos un elemento roscado
entre la o las superficies de tope en reacción de tope una
superficie denominada "superficie distal de tope axial" (7,
18) realizada en la superficie frontal de extremo libre del elemento
roscado y que coopera en prácticamente toda su superficie con una
superficie de tope axial del elemento conjugado, extendiéndose un
labio (11, 12) desde la rosca (3, 4) hasta la superficie distal de
tope axial del elemento roscado considerado (7, 18), estando una
superficie de sello denominada "superficie de sello en labio"
(5, 16) dispuesta en el labio (11, 12) a una distancia determinada
del extremo de la rosca, comprendiendo el labio una parte denominada
"apéndice" (13, 14) entre el extremo libre del labio y la
superficie de sello en labio (5, 16) de forma tal que el apéndice
aumenta la rigidez radial del labio y disminuye su rigidez axial,
siendo la superficie periférica (19) de dicho apéndice (13, 14)
distinta de la superficie de sello en labio (5, 16) y empalmada con
ésta mediante una superficie tórica cóncava, siendo la inclinación
de la superficie de sello en labio (5, 16) con respecto al eje de
la junta superior a la de la rosca (3, 4).
2. Junta roscada tubular superior según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la
superficie distal de tope axial en el extremo del apéndice es una
superficie plana perpendicular al eje de la junta roscada.
3. Junta roscada tubular superior según la
reivindicación 1 o 2, caracterizada por el hecho de que la
superficie distal de tope axial en el extremo del apéndice es
cónica, coaxial a la junta roscada y de semiángulo en el vértice
comprendido entre 70 y 90º para así favorecer el contacto de la
superficie de sello en labio y de la superficie de sello
correspondiente.
4. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por
el hecho de que la superficie periférica del apéndice situada en el
lado de la superficie de sello en labio presenta una ausencia de
contacto de apriete con el elemento roscado conjugado.
5. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por
el hecho de que la superficie periférica del apéndice situada en el
lado de la superficie de sello en labio (19) es una superficie
sensiblemente cilíndrica.
6. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por
el hecho de que el apéndice posee una longitud axial (la)
comprendida entre el 8% y el 75% de la longitud axial total del
labio (lt).
7. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por
el hecho de que el apéndice posee una longitud axial (la) y la
superficie distal de tope axial un espesor radial (eb) tales que la
relación de longitud axial de apéndice a espesor radial de
superficie distal de tope axial es inferior o igual a 3.
8. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por
el hecho de que la longitud axial del apéndice (la) está adaptada
para que la superficie de sello en labio (5) quede situada en el
lado del elemento roscado (1) en el cual está implantada con
respecto a la recta (D1) que pasa por el vértice del primer hilo de
la rosca (3) y es tangente al extremo libre de dicho elemento
roscado (1), lo cual permite proteger la superficie de sello en
labio (5) de los daños al efectuarse manipulaciones de los
elementos roscados.
9. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por
el hecho de que la superficie de sello en labio (5, 16) es una
superficie elegida de entre los miembros del grupo formado por las
superficies cónicas, tóricas o complejas, comprendiendo éstas
últimas combinaciones de superficies cónicas, superficies
cilíndricas y superficies tóricas.
10. Junta roscada tubular superior según la
reivindicación 9, caracterizada por el hecho de que la
superficie de sello en labio (5) es una superficie compleja que
comprende dos partes de superficies tangentes entre sí, que son una
parte cónica (33) situada en el lado de la superficie distal de tope
axial (7) y una parte tórica (31) de radio (R1) superior a 20 mm
situada en el lado de la rosca (3), y de que la superficie de sello
correspondiente (6) en el otro elemento roscado es una superficie
cónica de conicidad sensiblemente idéntica a la de la parte cónica
(33) de la superficie de sello en labio y de ancho axial adaptado al
ancho axial total (ls) de la superficie de sello en labio.
11. Junta roscada tubular superior según la
reivindicación 9 o 10, caracterizada por el hecho de que la
superficie de sello en labio (5, 16) posee una inclinación media de
al menos 10º con respecto al eje de la junta roscada tubular.
12. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizada por
el hecho de que la superficie de sello en labio posee un ancho
axial (ls) inferior a 10 mm.
13. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por
el hecho de que la superficie periférica (35) del labio situada
entre la superficie de sello en labio (5) y la rosca (3) comprende
dos superficies globalmente cilíndricas de diámetros ligeramente
distintos, estando la superficie globalmente cilíndrica de menor
diámetro (39) empalmada con el pie de la rosca y estando la de mayor
diámetro (37) empalmada con la superficie de sello en labio
(5).
14. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
por el hecho de que la superficie frontal de extremo libre del
labio que queda encarada a una superficie frontal correspondiente
del elemento roscado conjugado es una superficie continua de
orientación sensiblemente transversal.
15. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
por el hecho de que no existe más que una sola superficie de sello
en labio (5, 16) en el labio (11, 12) considerado.
16. Junta roscada tubular superior según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
por el hecho de que ni el apéndice (13, 14) ni una parte de empalme
entre el apéndice y la superficie de sello en labio (5, 16)
presentan desencaje radial alguno en su superficie periférica que
queda encarada al otro elemento roscado.
17. Junta roscada tubular superior (100) según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada
por el hecho de que sólo un elemento roscado (1) presenta un labio
(11) con una superficie de sello en labio (5), un apéndice (13) y
una superficie distal de tope axial (7), no presentando el otro
elemento roscado (2) el conjunto de estos medios.
18. Junta roscada tubular superior (100) según
la reivindicación 17, caracterizada por el hecho de que el
otro elemento roscado (2) no comprende ni superficie distal de tope
axial ni superficie de sello en labio.
19. Junta roscada tubular superior (300) según
la reivindicación 17, caracterizada por el hecho de que el
otro elemento roscado (2) de la junta roscada tubular presenta
igualmente una superficie distal de tope axial (18), pero no
presenta superficie de sello en labio alguna.
20. Junta roscada tubular superior (400) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada por
el hecho de que los dos elementos roscados (1, 2) de la junta
roscada tubular presentan cada uno un labio (11, 12) con una
superficie de sello en labio (5, 16), un apéndice (13, 14) y una
superficie distal de tope axial (7, 18).
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