ES2214681T3 - Juntas para la eliminacion de tensiones en tuberias. - Google Patents
Juntas para la eliminacion de tensiones en tuberias.Info
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Abstract
UNA JUNTA (10) PARA EL ALIVIO DE TENSIONES ESTA DISEÑADA PARA SU USO CON TUBOS VERTICALES (22) EN SISTEMAS FLOTANTES, EN LOS QUE UNA EMBARCACION PUEDE SUFRIR MOVIMIENTOS VARIABLES PROVOCADOS POR LA ACCION DEL VIENTO, LAS CORRIENTES Y/O LAS OLAS. EL TUBO VERTICAL (22) TIENE UN EXTREMO CONECTABLE AL SUELO DEL MAR, Y UNA PORCION SUPERIOR (22A) DISPUESTA PARA PASAR A TRAVES DE UNA ABERTURA LIMITADORA (30) EN EL FONDO O LA QUILLA (24) DE LA EMBARCACION. UN CONJUNTO DE ARTICULACION DE BOLA Y CASQUILLO VA ACOPLADO DE FORMA DESMONTABLE A LA QUILLA (24), AL ABRIRSE LA RESTRICCION (30). HAY UN MANGUITO (36) ACOPLADO PRACTICAMENTE EN SU PUNTO MEDIO EN LA ARTICULACION DE BOLAS. LA PORCION DE TUBO VERTICAL (22A) RECIBIDA EN EL MANGUITO (36) LLEVA UNAS TIRAS DE DESGASTE (28) QUE REDUCEN LA VELOCIDAD DE REDUCCION DEL DIAMETRO DE LA SUPERFICIE DE DESGASTE.
Description
Juntas para la eliminación de tensiones en
tuberías.
La presente invención se refiere a juntas para la
eliminación de tensiones en tuberías, tales como las apropiadas para
soportar los tubos ascendentes utilizados en las estructuras en alta
mar, y más particularmente para el soporte de tubos ascendentes en
la quilla de estructuras flotantes en alta mar.
En la perforación y producción de hidrocarburos
en alta mar, el desarrollo de operaciones en aguas profundas desde
recipientes flotantes incluye el uso de cables de acero y de tubos
ascendentes sometidos a tensiones que se extienden desde el
recipiente hasta el fondo del mar. Tales recipientes incluyen torres
flotantes de tracción y conjuntos de perchas con las cuales las
estructuras flotantes se extienden hasta muy por debajo de la
superficie del agua y están sometidas a movimientos de ascenso y
descenso, así como de cabeceo y de balanceo.
Los extremos inferiores de los cables de acero y
de los tubos ascendentes están conectados al fondo del mar por medio
de conductos o tubos ascendentes adicionales embebidos en el fondo
marino y fijos con cemento. Los extremos superiores de los cables de
acero y de los tubos ascendentes pasan a través de aberturas
existentes en la quilla o la parte inferior del recipiente y están
soportados verticalmente por elementos tensores situados en la
proximidad de la superficie del agua.
Las aberturas de la quilla sirven para alojar el
tubo que mantiene los cables de acero o tubos ascendentes en los
movimientos laterales del recipiente con respecto a la conexión en
el fondo del mar. Tales movimientos laterales producen flexiones del
tubo en la abertura de retención o giros del tubo en su parte de
contacto con los bordes de la abertura. Las flexiones del tubo que
está normalmente sometido a tensión produce fatiga y desgaste de la
abertura de retención.
El diámetro de los tubos ascendentes puede variar
según las necesidades funcionales con diseños típicos que varían
entre tres y veinte pulgadas (75 a 510 mm). La abertura en el marco
de soporte de la guía de la quilla, para los correspondientes
diseños está dimensionada para el paso del conector utilizado para
la unión del tubo ascendente con la cabeza de pozo submarina. El
diámetro de este conector oscila normalmente entre veintisiete y
cuarenta y ocho pulgadas (685 a 1220 mm), según el tipo de conector
de retenida usado. Los anteriores manguitos de quilla se diseñaban
para ocupar un taladro de veintinueve a cuarenta pulgadas (735 a
1270 mm) dispuesto en el bastidor del tubo ascendente de la percha
de la quilla. Ello obligaba a construir el manguito de la quilla de
gran diámetro y por tanto con un elevado coste. Este gran diámetro
del manguito de la quilla era generalmente demasiado rígido para
facilitar eficazmente la función limitadora de flexión que se
deseaba. Además era preciso que el manguito de la quilla fuese
bastante largo, normalmente de cincuenta a sesenta pies (15 a 18 m),
para asegurar que el manguito no se saliera de la guía de la quilla
como resultado del movimiento relativo entre la estructura flotante
y el tubo ascendente.
Los medios propuestos anteriormente para
controlar las tensiones en dicho punto o zona de giro del tubo han
consistido en disponer las paredes del tubo de forma cónica dando a
las mismas un gran espesor. Las secciones de paredes gruesas y
cónicas se mecanizan normalmente a partir de pesadas piezas brutas
de forja cuyo coste es muy elevado.
La patente nº
US-A-5 683 205 da a conocer una
junta para la eliminación de tensiones en la que el elemento
manguito está colocado sobre la parte del tubo situada en la
abertura de retención y presenta un diámetro interior superior al
diámetro exterior de la parte del tubo. Unos determinados elementos
situados en los extremos opuestos del manguito centran el tubo
dentro del manguito de tal manera que las tensiones de la flexión en
la abertura de retención se alivian y se distribuyen por el tubo en
los extremos del elemento manguito. También se conocen en la técnica
los documentos FR nº 2.729.432 y US nº 4.363.567.
La técnica conocida no indica la necesidad de un
soporte del tubo ascendente en la quilla de un recipiente que pueda
instalarse con el tubo ascendente y pueda desmontarse con facilidad
y sustituirlo si se precisa debido a daños, desgaste, y/o
fatiga.
Los respectivos aspectos de la invención se
establecen en las reivindicaciones 1 y 5.
La forma de realización preferida de la invención
tiene en cuenta la necesidad de provisión de una junta para la
eliminación de tensiones para uso con tubos ascendentes en los
sistemas flotantes en los que un recipiente está sometido a los
movimientos variables producidos por el viento, las corrientes, y/o
la acción de las olas. El tubo ascendente presenta un extremo para
conectar al fondo del mar y una parte superior dispuesta para pasar
a través de una abertura de retención existente en el fondo del
recipiente. Un conjunto de junta de rótula se encuentra unido de
forma desmontable a la abertura de retención. Un manguito se
encuentra fijo la rótula sustancialmente por su punto medio. El tubo
ascendente recibido en el manguito está dotado de bandas de desgaste
o apropiadas superficies de desgaste que disminuyen el grado
de
reducción en la superficie diametral a causa del desgaste.
reducción en la superficie diametral a causa del desgaste.
La invención se describe a continuación a título
de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en todos lo
cuales idénticos elementos son referidos con las mismas referencias
numéricas, y en los cuales:
la Fig. 1 es una vista esquemática de un
recipiente flotante, el fondo del mar, y un tubo que interconecta el
recipiente con el fondo del mar;
la Fig. 2 es una vista de detalle ampliado de una
parte de la Fig. 1 que muestra la abertura en la quilla del
recipiente dotada de una junta para la eliminación de tensiones
según una forma de realización de la presente invención;
la Fig. 3 es una sección longitudinal tomada por
la línea 3 - 3 de la Fig. 2;
la Fig. 4 es una sección transversal tomada por
la línea 4 - 4 de la Fig. 2;
la Fig. 5 ilustra una forma de realización
alternativa de la invención; y
la Fig. 6 ilustra una constitución alternativa
del manguito.
La Fig. 1 muestra de forma general y esquemática
un recipiente 20 de percha, o de tipo torre flotante de tracción por
cuya parte inferior o quilla 24 sale un tubo 22 dotado de una
adecuada conexión 26 con el fondo del mar 28. La amplitud del
desplazamiento lateral del recipiente 20 se indica por su posición
en 20'. En el punto en que el tubo 22 sale del recipiente por la
quilla 24 se producen tensiones de flexión así como en su conexión
al fondo marino 26, indicándose esta flexión exageradamente con las
líneas de trazos 20'.
La Fig. 2 ilustra la forma de realización
preferida de la invención. Una junta para la eliminación de
tensiones 10 está constituida generalmente por un conjunto de junta
de rótula y zócalo 32, un manguito 36 y unas bandas de desgaste
38.
La quilla 24 del recipiente presenta un cierto
número de aberturas 30 de las que sólo se ilustra una, en aras de la
claridad del dibujo. La abertura 30 está configurada para recibir de
forma desmontable el conjunto de junta de rótula y el zócalo 32.
Como es bien sabido los conjuntos de junta de rótula y zócalo
permiten una relativa libertad de movimientos en todos los planos en
torno a una línea. El conjunto de junta de rótula y zócalo 32 se
mantiene en su posición de montaje en la quilla 24 mediante un
enganche 34, el cual permite montar o desmontar el conjunto según se
precise. Este conjunto de junta de rótula y zócalo podría estar
constituido de varias formas alternativas. Por ejemplo, podría estar
formado por una bola metálica y un zócalo metálico o bien una
"junta flexible" de elastómero en la que la holgura existente
entre la bola y el zócalo se rellena con capas alternadas de
material elastómero y metal.
El manguito 36 es recibido dentro del conjunto de
junta de rótula y zócalo 32 de manera que puede participar del
movimiento de la rótula. El manguito 36 se encuentra fijo dentro de
la junta de rótula sustancialmente en el punto medio del manguito.
Como resultado de esta fijación, no existe desplazamiento relativo
entre el recipiente 20 y el manguito 36 en dirección vertical. Esto
permite que el manguito 36 pueda ser mucho más corto que los que se
utilizaban en diseños anteriores. Como puede apreciarse en la Fig.
3, el diámetro interior de cada uno de los extremos del manguito 36
está achaflanado hacia fuera, tal como se indica con la referencia
numérica 37, para minimizar el daño de las bandas de desgaste
38.
El diámetro interior del manguito 36 está
dimensionado para recibir una sección del tubo ascendente 22A que
presenta unas bandas de desgaste 38 fijas sobre el mismo, como puede
verse en las Figs. 3 y 4. Las bandas de desgaste 38 rellenan
prácticamente el espacio anular existente entre el manguito y el
tubo y presentan una superficie de desgaste superior a la que ofrece
el tubo ascendente aislado. De este modo, el grado de reducción del
diámetro de la superficie de desgaste es inferior al de los diseños
actuales. El tubo ascendente con las bandas de desgaste 38 fijas es
preferiblemente un tubo ascendente de servicio pesado y viene
indicado con la referencia numérica 22A.
También es preferible que los acoplamientos del
tubo ascendente 40 se encuentren situados lo más lejos posible de
los extremos del manguito 36. Si fuera necesario limitar la longitud
de los segmentos del tubo ascendente, puede también situarse un
acoplamiento del tubo ascendente 40 próximo al centro del manguito
de la quilla 36. Cualquiera de estas disposiciones mantiene los
acoplamientos en posiciones alejadas de los puntos de mayores
tensiones de flexión. Ello elimina la necesidad de disponer
conectores más costosos como los que se requieren con los diseños
actuales en los que los conectores se sitúan en zonas de altas
tensiones y se requiere que soporten altas cargas y potenciales
daños de fatiga.
En el funcionamiento, una vez que el recipiente
se encuentra en su lugar y llega el momento de instalar los tubos
ascendentes, se procede al descenso del conjunto de junta de rótula
y zócalo 32 y del manguito 36 junto con el tubo ascendente 22 y se
sitúan en la abertura 30 de la quilla 24. Se utiliza el enganche 34
para fijar en su sitio el conjunto de junta de rótula y zócalo 32.
Los segmentos restantes del tubo ascendente se fijan entre sí y se
hacen deslizar a través del manguito 36.
La Fig. 5 ilustra una forma de realización
alternativa de la invención en la que el manguito 36 está fijo al
tubo ascendente de servicio pesado 22A en lugar de en la inserción
de guía de la quilla 42. Los acoplamientos del tubo ascendente 40
están situados de la misma manera que se explica para la forma de
realización preferida. La forma de realización alternativa presenta
las mismas ventajas que la forma de realización preferida puesto que
el manguito 36 es de menos diámetro que en los presentes diseños y
puede diseñarse para desempeñar más eficazmente la función deseada
de limitación de la flexión. La eficacia del manguito 36 en la forma
de realización alternativa puede potenciarse reduciendo la rigidez a
la flexión del manguito en función de la distancia a la inserción
guía de las quilla 42. Esto puede realizarse reduciendo el diámetro
y/o el espesor del manguito 36.
Como puede apreciarse en la Fig. 6. Una
configuración alternativa del manguito puede estar formada por dos o
más segmentos de tubo concéntricos 44 y 46, extendiéndose cada
segmento de tubo interior una determinada distancia más allá de cada
uno de los extremos del segmento de tubo que le rodea
inmediatamente. Además, para rellenar el espacio anular existente
entre los segmentos de tubo concéntricos 44, 46, y 22 puede
utilizarse un material flexible y duradero indicado con la
referencia numérica 48.
Debe entenderse que el conjunto de rótula y
zócalo 32 es solamente una forma de realización apropiada de función
pivotante que proporciona la invención. También es apropiada una
junta universal, similar a la utilizada en el árbol de transmisión
de un vehículo.
Como sea que dentro del alcance del concepto de
la invención que se ha expuesto en el presente documento pueden
incluirse muchas variadas y diferentes formas de realización y que
pueden introducirse muchas modificaciones en la forma de realización
contenida en el mismo que ha sido detallada según las prescripciones
de descripción fijadas por la ley, debe entenderse que los detalles
expuestos en el documento deben interpretarse como ilustrativos y no
con sentido limitativo.
Claims (5)
1. Junta para la eliminación de tensiones para su
utilización con un tubo (22) en sistemas flotantes en los que un
recipiente (20) está sujeto a movimientos variables causados por el
viento, las corrientes y/o la acción de las olas, presentando dicho
tubo (22) un extremo que se conecta al fondo del mar (28) y una
parte superior del tubo (22A) dispuesta para pasar a través de una
abertura de retención (30) en la parte inferior (24) del recipiente
(20), comprendiendo la junta para la eliminación de tensiones
(10):
un conjunto de junta de rótula y zócalo (33)
recibido de forma desmontable en la abertura de retención (30) del
recipiente (20); caracterizada por
un manguito (36) recibido a través de dicho
conjunto de junta de rótula y zócalo (32) y fijo al mismo de tal
manera que dicho manguito (36) se extiende por el interior y el
exterior del recipiente (20) a uno y otro lado de la abertura de
retención (30) y está montado a modo de camisa sobre la parte del
tubo (22A) situada en la abertura de retención (30), presentando
dicho manguito (36) un diámetro interior superior al diámetro
exterior de la parte del tubo (22A); y
unas bandas de desgaste (38) fijas a la parte del
tubo (22A) recibida en dicho manguito (36), llenando sustancialmente
dichas bandas de desgaste (38) el espacio anular existente entre la
parte del tubo (22A) y dicho manguito (36) y prolongándose un
distancia determinada más allá de uno y otro extremo de dicho
manguito (36).
2. Junta para la eliminación de tensiones según
la reivindicación 1, en la que la parte del tubo (22A) recibida en
dicho manguito (36) comprende un tubo ascendente de servicio
pesado.
3. Junta para la eliminación de tensiones según
las reivindicaciones 1 ó 2, en la que los extremos de dicho manguito
(36) son biselados.
4. Junta para la eliminación de tensiones según
las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en la que dicho manguito (36) está
formado por al menos dos segmentos de tubo concéntricos (44, 46),
extendiéndose cada segmento de tubo más interno (46) una distancia
determinada más allá de cada extremo del segmento de tubo que le
rodea inmediatamente (44).
5. Junta para la eliminación de tensiones para su
utilización con un tubo (22) en sistemas flotantes en los que un
recipiente (20) está sujeto a movimientos variables causados por el
viento, las corrientes, y/o la acción de las olas, presentando dicho
tubo (22) un extremo que se conecta al fondo del mar (28) y una
parte superior del tubo (22A) dispuesta para pasar a través de una
abertura de retención (30) en la parte inferior (24) del recipiente
(20), comprendiendo la junta para la eliminación de tensiones
(10):
una inserción guía de la quilla (42) recibida de
forma desmontable en la abertura de retención (30) del recipiente
(20); caracterizada por
un manguito (36) recibido a través de dicha
inserción guía de quilla (42) de tal manera que dicho manguito (36)
se extiende por el interior y el exterior del recipiente (20) a uno
y otro lado de la abertura de retención (30) y está montado a modo
de camisa en la parte del tubo (22A) situada en la abertura de
retención (30).
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