ES2937962T3 - Unión de tornillo para tubería de pozo de petróleo - Google Patents

Abstract

Se proporciona una junta roscada para una tubería de pozo de petróleo en la que la longitud del tornillo de una parte de la junta se hace más eficiente y con la que se reducen el tiempo de mecanizado y el tiempo de instalación. La presente invención proporciona una unión roscada de tipo integral para una tubería de pozo de petróleo, que incluye un pasador, obtenido al proporcionar una parte roscada macho, que es una rosca cónica macho, en un extremo de una tubería de acero, y una caja, obtenida al proporcionar un parte roscada hembra, que es una rosca cónica hembra que se acopla con la parte roscada macho, en un extremo de una tubería de acero, y se proporciona en al menos una ubicación en una parte de sellado lateral de la superficie circunferencial exterior del lado del extremo de la tubería del pasador y una porción de sellado del lado de la superficie circunferencial interna del lado del extremo del tubo de la caja con una construcción que sella un fluido por contacto metálico entre el pasador y la caja, donde un valor mínimo Lmin (mm) de una longitud de tornillo L (mm) en una fila de rosca de la rosca cónica macho y la rosca cónica hembra se define mediante la fórmula (1), y la longitud del tornillo L (mm) en la fila de rosca satisface la fórmula (2). (1) Lmin=((t×(Dt))/(αt×Dt/√3))×eficiencia conjunta (2) Lmin×1.0<=L<=Lmin×2.5 (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Unión de tomillo para tubería de pozo de petróleo

Campo técnico

La presente invención se refiere a uniones de tomillo para tuberías de pozos de petróleo que conectan tuberías de pozos de petróleo, que incluyen los tubos y revestimientos usados para exploraciones o producciones de pozos de petróleo o pozos de gas, y más particularmente a uniones de tornillo para tuberías de pozos de petróleo en las que el tiempo de procesamiento y el tiempo de construcción son reducidos.

Antecedentes de la técnica

Las uniones de tornillo se usan ampliamente para conectar tuberías de acero usadas en instalaciones industriales productoras de petróleo, tales como tuberías de pozos de petróleo. En la técnica relacionada, las uniones de tornillo estándar para una tubería definidas en el estándar del American Petroleum Institute (API) se usan normalmente para conexiones de tuberías de acero usadas para exploraciones o producciones de petróleo o gas.

En años recientes, desde que se han usado pozos de petróleo crudo o gas natural en pozos profundos y pozos horizontales, se han aumentado los pozos direccionales o similares a partir de pozos verticales, los entornos de excavación y producción han sido más severos. Además, ya que se ha aumentado el desarrollo de pozos en entornos pobres tal como en océanos y regiones polares, la prestación necesaria de las uniones de tornillo para tuberías tal como la prestación de resistencia a la compresión, la prestación de resistencia a la flexión o la prestación de sellado a presión exterior se han diversificado. Debido a tal prestación necesaria, se ha aumentado el uso de uniones de tornillo especiales de altas prestaciones para tuberías denominadas uniones de primera calidad.

Además, con el fin de reducir el volumen de la cantidad de excavación cuando se desarrollan los pozos, es necesario hacer pozos más delgados. Por lo tanto, entre las uniones de primera calidad, también existe una demanda creciente de uniones de tornillo para tuberías de tipos integrales para conectar directamente tubos (también denominados tuberías) sin usar elementos de acoplamiento.

La unión de primera calidad tiene, en general, un tornillo cónico y unas partes de sello de contacto metálico en un extremo de tubería de cada tubería. Estas partes son elementos respectivos que constituyen una unión macho que es una parte de tornillo macho proporcionada en un extremo de tubería y una unión hembra que es una parte de tornillo hembra roscada o ajustada a la parte de tornillo macho proporcionada en un lado de extremo de la tubería. Estos elementos están diseñados de tal manera que un tornillo cónico macho y un tornillo cónico hembra, y una parte de sello de contacto metálico macho y una parte de sello de contacto metálico hembra queden enfrentados al apretar una unión (unión de tornillo para una tubería, lo mismo se aplica a la siguiente descripción). Es más, el tornillo cónico es necesario para fijar apretadamente la junta. La parte de sello de contacto metálico garantiza una propiedad de sellado que usa el contacto metálico entre la unión hembra y la unión macho en una región de la parte de sello de contacto metálico.

En la unión de tornillo de una tubería (en lo sucesivo en el presente documento, también denominada unión integral) del tipo integral, la parte de sello de contacto metálico se proporciona en uno o dos o más lugares en una dirección axial (dirección del eje de tubería, lo mismo se aplica a la siguiente descripción). La parte de sello de contacto metálico se proporciona al menos en un lugar de una superficie periférica exterior de una parte sin tornillo (en lo sucesivo en el presente documento, denominada nariz) conectada a un extremo de tornillo en un lado de extremo distal de la unión macho del tornillo cónico de la unión macho y una superficie periférica interior de una parte sin tornillo (en lo sucesivo en el presente documento, conocida como orificio de nariz) conectada a un extremo de tornillo en el lado del extremo trasero de la unión hembra del tornillo cónico de la unión hembra.

Como técnica anterior de la técnica relacionada de la unión integral, en la figura 2 se ilustra una unión de tornillo 1 (unión de tornillo de tubería) para una tubería descrita en la PTL 1. Un objeto de la invención descrito en la PTL 1 es producir una unión de tornillo para una tubería, que mantenga una rigidez apropiada y esté provista de un sello mejorado, mejore la resistencia estructural (característica) de una unión frente a una carga elevada, en particular, una carga de compresión y haga que las características no afecten a la función de sellado. En la invención descrita en la PTL 1, se proporciona una sección de refuerzo que sobresale de la parte de sello de contacto metálico en una superficie sin tornillo en el lado de extremo distal de la unión hembra 3 hasta el extremo más distal de la unión hembra, se define una longitud de la sección de refuerzo o, además, un espesor de pared (espesor) de la misma, y una longitud completa de la sección de refuerzo de la unión hembra no está en contacto con la tubería correspondiente (parte de tubería sin tratar) en el lado del extremo trasero de una unión macho 2. El documento de la técnica anterior JP H10 318453 divulga una unión de tornillo de tipo roscado y acoplado con un acoplamiento separado, tener una eficiencia de unión superior al 100 % de la tubería sin tratar

Lista de citas

Bibliografía de patentes

[PTL 1] Patente japonesa N.° 5232475

Sumario de la invención

Problema técnico

Sin embargo, en la técnica descrita en la PTL 1, no se menciona la optimización de la longitud de tomillo de la unión. Había espacio para mejorar la optimización de la longitud de tornillo para lograr tanto la productividad como la resistencia a la fractura por cizallamiento de la unión.

Normalmente, en la tubería de pozo de petróleo, una pluralidad de tuberías que tienen partes de unión (en general, denominadas parte de tornillo macho y parte de tornillo hembra) están conectadas en serie con las partes de unión y se insertan en el pozo. En este estado, una carga de tracción relativamente grande actúa sobre la parte de unión como en la tubería más cerca de la superficie del suelo. Por lo tanto, se requiere que la unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo tenga una resistencia que pueda evitar la fractura por cizallamiento, tal como una fractura por fatiga y la fractura por tracción, como una de las prestaciones importantes de la unión. Como método para garantizar la resistencia de la parte de unión, se requiere proporcionar a la parte de unión una longitud de tornillo larga hasta cierta extensión. En general, con el fin de tener la resistencia a la que la parte de unión puede evitar la fractura por cizallamiento, es necesario que la resistencia a la fractura por cizallamiento de la parte de tornillo supere la resistencia a la fractura por tracción de la parte de unión, y es necesario diseñar la tensión de cizallamiento de la parte de tornillo de tal manera que para que sea 1/V3 veces o menos que la tensión de tracción de la parte de unión. Es más, la longitud de tornillo de la parte de unión se refiere a la longitud total de una parte donde la parte de tornillo macho y la parte de tornillo hembra en la parte de unión están en un estado ajustado. Sin embargo, con el fin de garantizar la resistencia a la fractura por cizallamiento, haciendo que la longitud de tornillo de la parte de unión sea extremadamente larga plantea el problema de que el tiempo de procesamiento aumenta en proporción a la longitud de tornillo cuando se rosca o se enrolla en el tubería de acero (tubería sin tratar). Además, cuando se aprieta el tornillo, también hay un problema de extensión de tiempo de construcción. Esto provoca una baja productividad y un aumento en el coste de fabricación.

En vista de los problemas anteriores, un objeto de la presente invención es proporcionar una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo en la que se logra la optimización de la longitud de tornillo de una parte de unión y se reducen el tiempo de procesamiento y el tiempo de construcción.

Solución al problema

Los presentes inventores estudiaron diligentemente con el fin de resolver los problemas anteriores.

Como se ha descrito anteriormente, ya que en la tubería de pozo de petróleo, la pluralidad de tuberías están conectadas en serie con las partes de unión y se insertan en el pozo, una carga de tracción relativamente mayor actúa sobre la parte de unión como en la tubería más cerca del suelo. En la parte de unión, puede producirse la rotura de la unión macho, la rotura de la unión hembra o similares. Por lo tanto, se requiere que la parte de unión tenga la resistencia suficiente para evitar la fractura por cizallamiento como una de las prestaciones importantes de la unión. En respuesta al requisito, con el fin de garantizar la resistencia, por lo general, se resuelve diseñando la longitud de tornillo de la parte de unión para que sea más larga. Por lo tanto, en general, está diseñado con un aumento excesivo en la longitud de tornillo en vista de (en consideración de) la seguridad. Por lo tanto, los presentes inventores centraron su atención en un diseño de tal manera que las partes de tornillo (denominadas partes de tornillo cónico macho y hembra) de la parte de unión tengan una longitud de tornillo mínima necesaria para no provocar la fractura por cizallamiento y estudiaron diligentemente una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo en la que pueda lograrse tanto la productividad como la resistencia a la fractura por cizallamiento de la unión.

Como resultado, se encontró que la fractura por cizallamiento de las partes de tornillo puede prevenirse definiendo una longitud de tornillo mínima necesaria del tornillo Lmín (mm) de tal manera que la relación entre la tensión de cizallamiento que actúa sobre los tornillos cónicos macho y hembra y la tensión de tracción que actúa sobre la sección transversal crítica de la unión cuando se aplica una tensión de tracción a la unión que sea igual o menor que un valor predeterminado.

La presente invención se ha realizado basándose en los hallazgos descritos anteriormente y la esencia de la misma se resume de la siguiente manera.

[1] Una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo de tipo integral, que incluye: una unión macho que está provista de una parte de tornillo macho que es un tornillo cónico macho, en un extremo de una tubería de acero; y una unión hembra que está provista de una parte de tornillo hembra que es un tornillo cónico hembra ajustado a la parte de tornillo macho, en un extremo de la tubería de acero,

en la que una estructura, en la que la unión macho y la unión hembra están en contacto metálico entre sí para sellar un fluido, se proporciona al menos en un lugar de una parte de sello en un lado de superficie periférica exterior de un lado de extremo de tubería de la unión macho y una parte de sello en un lado de superficie periférica interior de un lado de extremo de tubería de la unión hembra,

en la que un valor mínimo Lmín (mm) de una longitud de tornillo L (mm) en las filas de tornillos del tornillo cónico macho y el tornillo cónico hembra se define mediante la expresión (1),

en la que la longitud de tornillo L (mm) en las filas de tornillos satisface la expresión (2).

Lmín = ((t x (D-t))/(at x Dt/V3)) x eficiencia de unión ■■■ (1)

LmínX 1,0 < L < Lmín X 2,5 ■■■ (2)

En el presente caso, t: espesor de tubería (mm) de cada una de las partes de tubería sin tratar que son partes sin procesar de la unión hembra y la unión macho,

D: diámetro de tubería (mm) de cada una de las partes de tubería sin tratar que son las partes sin procesar de la unión hembra y la unión macho,

at: relación entre la longitud de tornillo efectiva y la longitud de tornillo L, una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho que se elige para la longitud de tornillo efectiva,

Dt: diámetro de tornillo promedio (mm) de los valles de tornillo en el tornillo cónico que tiene una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho, y

eficiencia de unión: resistencia a la tracción de la parte de unión/resistencia a la tracción de la parte de tubería sin tratar.

Es más, en la presente invención, una longitud de tornillo mínima necesaria (Lmín (mm)) se refiere a un valor mínimo (valor límite inferior) de la longitud de tornillo de la parte de unión necesaria para el diseño, de tal manera que la parte de tornillo tenga una resistencia que pueda evitar la fractura por cizallamiento.

Además, la longitud de tornillo (L (mm)) de la parte de unión se refiere a una longitud (es decir, una longitud de tornillo en las filas de tornillos del tornillo cónico macho y el tornillo cónico hembra) de una parte (parte de ajuste de tornillo) donde la parte de tornillo macho y la parte de tornillo hembra de la parte de unión se engranan entre sí cuando la parte de unión está atornillada y apretada.

Además, la longitud de tornillo efectiva es una suma de longitudes en una dirección axial con respecto a las partes obtenidas al sumar los anchos inferiores de las roscas de tornillo de la parte de tornillo macho o de la parte de tornillo hembra en la parte de ajuste de tornillo, y se calcula para cada una de la parte de tornillo macho y la parte de tornillo hembra. Además, la relación (at) de la longitud de tornillo efectiva es una relación entre la longitud de tornillo efectiva y la longitud de tornillo L y se elige una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho para la longitud de tornillo efectiva.

Efectos ventajosos de la invención

De acuerdo con la presente invención, es posible obtener una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo en la que se logra la optimización de la longitud de tornillo de la parte de unión, y se reducen el tiempo de procesamiento y el tiempo de construcción.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección de una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo en la dirección de eje de tubería para explicar un ejemplo de una realización de la presente invención y una vista en sección que ilustra una parte donde se aprietan una unión macho y una unión hembra.

La figura 2 es una vista en sección que ilustra un ejemplo de una unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo de la técnica relacionada en la dirección de eje de tubería.

Descripción de las realizaciones

En lo sucesivo en el presente documento, una unión de tornillo 1 para una tubería de pozo de petróleo de la presente invención se describirá haciendo referencia a la figura 1. Es más, la presente invención no se limita a la siguiente realización. La figura 1 es una vista en sección de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo en la dirección de eje de tubería para explicar una realización de la presente invención y una vista en sección que ilustra una parte donde se aprietan (ajustan) una unión macho 2 y una unión hembra 3 y una periferia de la misma.

Es más, la figura 1 también es una vista explicativa de la expresión (1) y la expresión (2) descritas a continuación.

La unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de la presente invención incluye la unión macho 2 que está provista de una parte de tornillo macho 4 que es un tornillo cónico macho en un extremo de una tubería de acero y la unión hembra 3 que está provista de una parte de tornillo hembra 5 que es un tornillo cónico hembra ajustado a la parte de tornillo macho 4 en un extremo de tubería de acero. Además, la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de tipo integral incluye una estructura, en la que la unión macho 2 y la unión hembra 3 están en contacto metálico entre sí para sellar un fluido, proporcionada en al menos en un lugar de una parte de sello 9 en un lado de superficie periférica exterior de un lado de extremo de tubería de la unión macho 2 y una parte de sello 10 en un lado de superficie periférica interior de un lado de extremo de tubería de la unión hembra 3. Un valor mínimo Lmín (mm) de una longitud de tornillo L (mm) en filas de tornillos de tornillos cónicos macho y hembra se define mediante la expresión (1) descrita a continuación y la longitud de tomillo L (mm) en las filas de tomillos satisface la expresión (2) descrita a continuación.

En primer lugar, se describirá una configuración de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de la presente invención.

Como se ilustra en la figura 1, la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de la presente invención conecta las tuberías de acero con la unión macho 2 y la unión hembra 3. La unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo es una unión de tornillo (unión de primera calidad) en la que se acoplan la unión macho 2 y la unión hembra 3. Además, la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo es una unión de tornillo de tipo integral en la que las tuberías de acero se conectan directamente mediante la unión macho 2 y la unión hembra 3.

La unión macho 2 está provista de la parte de tornillo macho 4 que es el tornillo cónico macho en un extremo de la tubería de acero. La unión hembra 3 está provista de la parte de tornillo hembra 5 que es el tornillo cónico hembra ajustado o atornillado a la parte de tornillo macho 4 en un extremo de la tubería de acero. Es más, en la presente invención, como se ilustra en la figura 1, una región que incluye la parte de tornillo macho 4 y una periferia de una nariz 15 en un lado macho que se describe a continuación se denomina unión macho 2. Una región que incluye la parte de tornillo hembra 5 y una periferia de un orificio de nariz 16 en un lado hembra que se describe más adelante se denomina unión hembra 3.

La unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo tiene una estructura en la que la unión macho 2 y la unión hembra 3 están en contacto metálico entre sí para sellar un fluido. En un caso de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo ilustrada en la figura 1, la estructura del sello se proporciona en dos lugares de la parte de sello 9 en un lado de superficie periférica exterior de un lado de extremo de tubería (lado de dirección positiva de un eje X paralelo al eje de unión de tornillo a en la figura 1) de la parte de tornillo macho 4, y la parte de sello 10 en un lado de superficie periférica interior de un lado de extremo de tubería (lado de dirección negativa del eje X en la figura 1) de la parte de tornillo hembra 5.

Por ejemplo, cuando se aprieta la unión, las partes de sello de contacto metálico de la nariz 15 (parte sin tornillo conectada a un extremo de tornillo de un lado de extremo distal de la unión macho 2) y el orificio de nariz 16 (parte sin tornillo conectada a un extremo de tornillo en un lado de extremo lejano de la unión hembra 3) están en contacto entre sí, de tal manera que la parte de sello 9 en el lado de superficie periférica exterior forma una superficie de sello para evitar que el fluido del interior de la tubería entre en la región del tornillo cónico.

La parte de sello 10 en el lado de superficie periférica interior se proporciona en una superficie periférica exterior (por conveniencia, denominada superficie sin tornillo en el lado de extremo lejano de la unión macho) de la parte sin tornillo conectada al extremo de tornillo en un lado de extremo lejano de la unión macho 2, y una superficie periférica interior (por conveniencia, denominada superficie sin tornillo en el lado de extremo distal de la unión hembra) de la parte sin tornillo conectada al extremo de tornillo del lado de extremo distal de la unión hembra 3. Cuando se aprieta la unión de tornillo, las partes de sello de la superficie sin tornillo en el lado de extremo lejano de la unión macho y la superficie sin tornillo en el lado de extremo distal de la unión hembra están en contacto entre sí, de tal manera que la parte de sello 10 en el lado de superficie periférica interior forma una superficie de sello para evitar que el fluido fuera de la tubería entre en la región del tornillo cónico.

Además, la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo puede tener una parte saliente 11 en un extremo distal de la unión macho 2. En este caso, como se ilustra en la figura 1, en la unión hembra 3 también se proporciona una parte saliente 12 que se apoya contra la parte saliente 11 en un lado de la unión macho 2.

Es más, las partes de tubería sin tratar se refieren a una región (parte sin procesar 7 de la unión hembra) de un cuerpo de tubería que no sea la parte de tornillo hembra 5 en la unión hembra 3, y una región (parte sin procesar 6 de la unión macho) del cuerpo de tubería que no sea la parte de tornillo macho 4 en la unión macho 2, respectivamente. Tanto la parte sin procesar 6 de la unión macho 2 como la parte sin procesar 7 de la unión hembra 3 tienen forma cilíndrica.

Después, se describirá haciendo referencia a la figura 1 una relación entre la longitud de tornillo L (mm) y el valor mínimo Lmín (mm) de la longitud de tornillo en una fila de tornillo 17 de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de la presente invención.

Es importante que la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo de la presente invención esté diseñada de tal manera que las partes de tornillo (que hacen referencia a las partes roscadas macho y hembra) de la parte unión tengan una resistencia de unión que no esté sujeta a fractura por cizallamiento y una longitud de tornillo mínima necesaria para satisfacer la resistencia a la tracción. Por lo tanto, en la presente invención, el intervalo permisible de la longitud de tornillo se determina de la siguiente manera desde el punto de vista de la resistencia y las restricciones dimensionales.

Un valor límite inferior, es decir, el valor mínimo Lmín (mm) de la longitud de tornillo L (mm) en las filas de tornillos 17 de los tomillos cónicos macho y hembra se define mediante la siguiente expresión (1). Más aún, la longitud de tomillo L (mm) en la fila de tornillos 17 es necesaria para satisfacer la siguiente expresión (2).

Lmín = ((t x (D-t))/(at x Dt/V3)) x eficiencia de unión ■ ■■ (1)

LmínX 1,0 < L < Lmín X 2,5 ■■■ (2)

En el presente caso, t: espesor de tubería (mm) de las tuberías sin tratar de las partes sin procesar de la unión hembra y la unión macho,

D: diámetro de tubería (mm) de las tuberías sin tratar de las partes sin procesar de la unión hembra y la unión macho,

at: relación entre la longitud de tornillo efectiva y la longitud de tornillo L, una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho que se elige para la longitud de tornillo efectiva,

Dt: diámetro de tornillo promedio (mm) de los valles de tornillo en el tornillo cónico que tiene una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho, y

eficiencia de unión: resistencia a la tracción de la parte de unión/resistencia a la tracción de la parte de tubería sin tratar.

at está determinado por un diseño de una forma de tornillo. En el caso donde el ancho del fondo de tornillo sea diferente entre la unión macho y la unión hembra, la longitud efectiva se vuelve más corta en la forma a medida que el ancho del fondo de tornillo sea más estrecho. En el caso de un diseño en el que el ancho de la parte inferior de la rosca del tornillo sea mayor al comparar el ancho de la parte superior y el ancho de la parte inferior, por ejemplo, en un tornillo trapezoidal, at tiende a ser más grande. A la inversa, en un diseño en el que el ancho de la parte inferior es menor al comparar el ancho de la parte superior y el ancho de la parte inferior de la rosca del tornillo, por ejemplo, en un tornillo de cuña, at tiende a ser más pequeño.

En el caso donde la longitud de tornillo L (mm) no satisfaga (Lmín x 1,0 < L) de la expresión (2), la parte de tornillo puede estar sujeta a la fractura por cizallamiento por una carga de tracción igual o menor que la resistencia a la tracción de la unión en la dirección de eje de tubería. Preferentemente, esto es Lmín x 1,25 < L. Por otro lado, en el caso donde la longitud de tornillo L (mm) no satisfaga (L < Lmín x 2,5) de la expresión (2), no puede decirse que la longitud de tornillo esté diseñada para ser suficientemente corta y no puede decirse que la unión del tornillo sea excelente en cuanto a viabilidad y productividad, que son los efectos de la presente invención. Preferentemente, es L < Lmín x 2,0.

Es más, por ejemplo, en un caso de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo ilustrada en la figura 1, la fila de tornillos 17 se refiere a una región del tornillo cónico que se proporciona en cada una de la unión macho 2 y la unión hembra 3.

Además, como se describe a continuación, la longitud de tornillo L (mm) se refiere a una longitud desde una posición de una sección transversal crítica 14 de la unión macho 2 hasta una sección transversal crítica 13 de la unión hembra 3.

Además, el valor mínimo Lmín (mm) de la longitud de tornillo L se refiere a una longitud mínima necesaria de la longitud de tornillo L definida en la expresión (1).

Además, como se ilustra en la figura 1, el espesor de tubería t (mm) de la parte de tubería sin tratar se refiere al espesor de tubería de la parte sin procesar 6 de la unión macho y la parte sin procesar 7 (parte de tubería sin tratar) de la unión hembra. El diámetro de tubería D (mm) de la parte de tubería sin tratar se refiere al diámetro de tubería de cada una de la parte sin procesar 6 de la unión macho y la parte sin procesar 7 (parte de tubería sin tratar) de la unión hembra.

Dt (mm) se refiere a un diámetro de tornillo promedio de los valles de tornillo en el tornillo cónico que es una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra o la unión macho.

En el presente caso, se describirá la expresión (1) para obtener la longitud de tornillo mínima necesaria (es decir, el valor mínimo Lmín de la longitud de tornillo).

La resistencia de unión (resistencia a la tracción de la unión de tornillo 1) está determinada por una parte que tiene un área de sección transversal más pequeña entre las respectivas secciones transversales críticas 13 de la unión hembra y las secciones transversales críticas 14 de la unión macho 2 (véase la figura 1). En el presente caso, la sección transversal crítica se refiere a una sección transversal ortogonal al eje de tubería donde tiende a producirse más la rotura en un estado de carga de tracción de la parte de unión.

Por ejemplo, en un caso de la unión de tornillo 1 para la tubería de pozo de petróleo ilustrada en la figura 1, como la sección transversal crítica 13 de la unión hembra 3, se adopta una sección transversal ubicada en una superficie de flanco de carga de una primera rosca de tornillo en la región de la fila de tornillos 17 en el lado de la parte de tornillo hembra 5. Además, como la sección transversal crítica 14 de la unión macho 2, se adopta una sección transversal ubicada en una superficie de flanco de carga de una segunda rosca de tornillo en la región de la fila de tornillos 17 en el lado de la parte de tornillo macho 4. Es más, la superficie de flanco de carga se refiere a una superficie de flanco en un lado donde se aplica una carga contra una fuerza de tracción en la dirección de eje de tubería. Por lo tanto, en un caso de la parte de unión ilustrada en la figura 1, el área de sección transversal de la sección transversal crítica 14 de la unión macho 2 es menor que el área de sección transversal de la sección transversal crítica 13 de la unión hembra 3, de tal manera que la resistencia de unión se determina basándose en la sección transversal crítica 14 de la unión macho 2.

Normalmente, en el caso de que la resistencia (resistencia a la tracción de cada parte de tubería sin tratar de la unión macho 2 y la unión hembra 3) de la tubería sin tratar sea del 100 %, en la unión integral, ya que el área de sección transversal de la sección transversal crítica es necesariamente menor que el área de sección transversal de la tubería sin tratar, la resistencia de unión de la unión integral se vuelve menor que el 100 % de la resistencia de la tubería sin tratar.

Puede calcularse una resistencia a la tracción máxima (tensión de tracción máxima) de la parte de unión usando la siguiente expresión (3) desde el punto de vista de la eficiencia de unión calculada a partir de la sección transversal crítica.

Tensión de tracción máxima (MPa) de la parte de unión = tensión de tracción (MPa) de la tubería sin tratar x eficiencia de unión ■■■ (3)

En el caso donde se tome como referencia la tensión de tracción de la tubería sin tratar, es necesaria una tensión de cizallamiento permisible de la parte de tornillo para satisfacer la siguiente expresión (4).

Relación de tensión de cizallamiento de la parte de tornillo < ((1/V3)/eficiencia de unión) ■■■ (4)

La relación de tensión de cizallamiento se establece para que sea igual o menor que un valor expresado por ((1/V3)/la eficiencia de unión), de tal manera que pueda prevenirse la fractura por cizallamiento. Desde el punto de vista de garantizar la seguridad, es preferible que se aplique un factor de seguridad de 0,8 a la expresión (4) (es decir, el factor de seguridad 0,8 se multiplica en el lado derecho de la expresión (4)), y la relación de tensión de cizallamiento se establece para que sea igual o menor que (0,46/eficiencia de unión). Es más, en la presente invención, ya que se establece un límite superior de la longitud de tornillo en Lmín x 2,5 por la expresión (2), un límite inferior de la relación de tensión de cizallamiento es igual a un caso donde se aplica el factor de seguridad 0,4 y se calcula como (0,23/eficiencia de unión).

La siguiente expresión (5) representa una relación entre la tensión de cizallamiento de la parte de tornillo y la tensión de tracción máxima de la parte de unión que se obtienen como se ha descrito anteriormente.

(Tensión de cizallamiento de la parte de tornillo/tensión de tracción de la parte de unión) < 1/V3 ■■■ (5) Además, el lado izquierdo de la expresión (5) puede convertirse de la siguiente manera usando la expresión (3). Lado izquierdo = (tensión de cizallamiento de la parte de tornillo)/(tensión de tracción de la parte de tubería sin tratar/eficiencia de unión)

= (fuerza de tracción/área de sección transversal efectiva de la parte de tornillo)/(fuerza de tracción/área de sección transversal de la tubería sin tratar) x (eficiencia de unión)

= (área de sección transversal de la tubería sin tratar/área de sección transversal efectiva de la parte de tornillo) x (eficiencia de unión)

= (área de sección transversal de la tubería sin procesar/(constante circular x longitud de tornillo efectiva x diámetro de tornillo promedio)) x (eficiencia de unión)

= ( ( n t (D-t) ) / (na t x L x Dt) ) x eficiencia de unión

Por lo tanto, la expresión (5) se convierte en

( ( n t (D-t) ) / (n a tx L x Dt) ) x eficiencia de unión < (1/V3) ■■■ (6)

Una condición que satisface un signo igual de la expresión (6) es la longitud mínima Lmín de L, y la expresión (1) se obtiene resolviendo la expresión para Lmín.

Es más, en la unión integral, como se ha descrito anteriormente, hay algunos casos en los que las regiones de los tornillos cónicos macho y hembra se dividen en dos en la dirección de eje de tubería en cada una de la unión macho y la unión hembra. La presente invención también puede aplicarse a la unión integral de dichos diseños.

Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con la presente invención, es posible diseñar la unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo para garantizar la longitud de tornillo mínima necesaria (Lmín) de tal manera que la parte de tornillo no esté sujeta a la fractura por cizallamiento. Por lo tanto, se disminuye (reduce) el tiempo de procesamiento para realizar el proceso de roscado o enrollado en la tubería de acero (tubería sin tratar), y también se disminuye (reduce) el tiempo de construcción necesario para apretar los tornillos cónicos macho y hembra. Como resultado, se proporciona un diseño excelente en el que se mejora la productividad y puede reducirse el coste de fabricación, y puede mejorarse tanto la productividad como la resistencia a la fractura por cizallamiento de la unión. Puede calcularse la longitud de tornillo (L (mm)) que tiene un ancho permisible apropiado mientras tiene una característica de tornillo normalmente necesaria. Por lo tanto, ya que puede reducirse la región en la dirección de espesor ocupada por la parte de tornillo en la que la longitud de tornillo (L (mm)) se vuelve más pequeña que la longitud de tornillo general de la técnica relacionada, puede garantizarse el espesor de la nariz 15 y puede aumentarse el grado de libertad del diseño del sello.

Ejemplos

En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá basándose en ejemplos. La presente invención no se limita a los siguientes ejemplos.

Para una unión de tomillo para una tubería de pozo de petróleo, que incluye una unión macho obtenida por mecanización de una parte de extremo de una tubería de acero de diámetro exterior 244,48 mm x espesor 13,84 mm (diámetro exterior 9-5/8 pulgadas x espesor 0,545 pulgadas) de un acero tipo Q125 de API 5CT, y una unión hembra correspondiente al mismo, se preparó una unión macho sometiendo la parte de extremo a un proceso de reducción de diámetro en una relación del 3 a 5 % y cortando el lado de diámetro exterior, y se preparó una unión hembra sometiendo la parte de extremo a una expansión de tubería en una relación del 5 a 8 %, y cortando el lado de diámetro interior. El número de muestras fue de 6 pares. El dibujo esquemático de la unión de tornillo es una unión de tornillo semiempotrada mostrada en la figura 1.

Usando las uniones de tornillo obtenidas para una tubería de pozo de petróleo (unión de prueba núms. 1 a 6), (1) si se produjo o no la fractura por cizallamiento, y (2) se evaluaron respectivamente la viabilidad y la propiedad de construcción.

(1) Evaluación de fractura por cizallamiento

La evaluación de si la parte de tornillo de la parte de unión estuvo o no sujeta a la fractura por cizallamiento se realizó determinando si la parte de tornillo estuvo o no sujeta a fractura por cizallamiento en un caso donde la carga de tracción se aplicó basándose en la eficiencia de unión calculada a partir de la sección transversal crítica. En el presente caso, el ángulo del flanco de carga como superficie de contacto de la rosca de tornillo se estableció a -5 grados y el ángulo del flanco punzante se estableció a 15 grados.

(2) Evaluación de viabilidad y propiedad de construcción

En cada unión de prueba, se midió respectivamente un tiempo de procesamiento (s) necesario para fabricar la unión macho y la unión hembra, y un tiempo de apriete (s) de la unión macho y la unión hembra. El tiempo de procesamiento se tomó como la suma de los respectivos tiempos requeridos de la unión macho y la unión hembra. La evaluación de la viabilidad y la propiedad de construcción se realizó obteniendo una relación para un valor de referencia basado en el tiempo de procesamiento y el tiempo de apriete en la unión de tornillo para la tubería de pozo de petróleo de la unión de prueba N.° 6 ilustrada en la Tabla 1. En el caso donde la relación obtenida sea inferior a 1,0, se evaluó que la viabilidad y la propiedad de construcción fueron excelentes, y en el caso donde la relación obtenida sea de 1.0 o más, se evaluó que la viabilidad y la propiedad de construcción eran inferiores. Es más, la unión de prueba N.° 6 se diseñó para no usar la longitud de tornillo L (mm) definida en la presente invención, sino para usar una longitud de tornillo general de la técnica relacionada.

Como se ilustra en la Tabla 1, en los ejemplos (uniones de prueba núms. 1 a 3) de la presente invención, la longitud de tomillo L (mm) en las filas de tomillos satisfizo la expresión (2), de tal manera que se encontró que la viabilidad y la propiedad de construcción eran excelentes. Además, no hubo fractura por cizallamiento. Por otro lado, en un ejemplo comparativo (unión de prueba N.° 4) en el que la longitud de tornillo L supera un valor límite superior de la expresión (2), se encontró que se incrementaron el tiempo de procesamiento y el tiempo de apriete, y se redujo la productividad. En un ejemplo comparativo (unión de prueba N.° 5) en el que la longitud de tornillo L es menor que un valor mínimo de un valor límite inferior de la expresión (2), se encontró que se produjo la fractura por cizallamiento y la resistencia fue insuficiente.

Es decir, de acuerdo con la presente invención, se diseña la unión de tornillo para una tubería de pozo de petróleo que tiene la longitud de tornillo L apropiada en un intervalo que no provoca la fractura por cizallamiento, de tal manera que se pueda obtener la unión de tornillo para una tubería de pozo petrolero que no tenga problemas de fractura por cizallamiento del tornillo y en la que se reduzca el tiempo de viabilidad y de construcción (es decir, excelente en productividad).

Lista de signos de referencia

1 unión de tornillo para tubería de pozo de petróleo

2 unión macho

3 unión hembra

4 parte de tornillo macho

5 parte de tornillo hembra

6 parte no procesada de la unión macho

7 parte no procesada de la unión hembra

9 parte de sello en el lado de superficie periférica exterior

10 parte de sello en el lado de superficie periférica interior

11, 12 parte saliente

13, 14 sección transversal crítica

15 nariz

16 agujero de nariz

17 fila de tornillos

a eje de unión de tornillo

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Una unión de tomillo (1) para una tubería de pozo de petróleo, que comprende:

una unión macho (2) que está provista de una parte de tomillo macho (4) que es un tomillo cónico macho, en un extremo de una tubería de acero; y

una unión hembra (3) que está provista de una parte de tornillo hembra (5) que es un tornillo cónico hembra ajustado a la parte de tornillo macho (4), en un extremo de la tubería de acero,

en donde una estructura, en la que la unión macho (2) y la unión hembra (3) están en contacto metálico entre sí para sellar un fluido, se proporciona al menos en un lugar de una parte de sello (9) en un lado de superficie periférica exterior de un lado de extremo de tubería de la unión macho (2) y una parte de sello (10) en un lado de superficie periférica interior de un lado de extremo de tubería de la unión hembra (3), estando la unión de tornillo caracterizada por que es una unión de tornillo de tipo integral,

en donde un valor mínimo Lmín (mm) de una longitud de tornillo L (mm) en las filas de tornillos del tornillo cónico macho y el tornillo cónico hembra se define por la expresión (1), y

en donde la longitud de tornillo L (mm) en las filas de tornillos satisface la expresión (2).

Lmín = ((t x (D-t))/(at x Dt/V3)) x eficiencia de unión ■■■ (1)

Lmín X 1,0 < L < Lmín X 2,5 ■■■ (2)

En el presente caso, t: espesor de tubería (mm) de cada una de las partes de tubería sin tratar que son partes sin procesar (6, 7) de la unión hembra (3) y la unión macho (2),

D: diámetro de tubería (mm) de cada una de las partes de tubería sin tratar que son partes sin procesar (6, 7) de la unión hembra (3) y la unión macho (2),

at: relación entre la longitud de tornillo efectiva y la longitud de tornillo L, una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra (3) o la unión macho (2) que se elige para la longitud de tornillo efectiva,

Dt: diámetro de tornillo promedio (mm) de los valles de tornillo en el tornillo cónico que tiene una longitud de tornillo efectiva más corta de la unión hembra (3) o la unión macho (2), y

eficiencia de unión: resistencia a la tracción de la parte de unión/resistencia a la tracción de la parte de tubería sin tratar.