ES2304974T3 - Conector de junta expandible. - Google Patents
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Abstract
Mecanismo de estanqueidad para un conjunto (25) de conexión expandible radialmente que comprende: - un elemento (26) de clavija; - un elemento (27) de manguito adaptado para alojar de manera roscada dicho elemento (26) de clavija para formar una zona anular superpuesta entre dichos elemento de clavija (26) y manguito (27); - una ranura (31) anular soportada por uno de dichos elementos de clavija (26) o dicho elemento (27) de manguito dentro de dicha zona superpuesta, definiendo dicha ranura (31) un volumen anular dentro de dicha zona superpuesta; y - un componente (29, 30) de estanqueidad anular, deformable soportado en dicha ranura (31), ocupando dicha junta menos del total de dicho volumen anular de dicha ranura antes de la expansión de dicha conexión y ocupando un mayor porcentaje de dicho volumen anular tras la expansión radial de dicho conjunto de conexión para formar una junta de estanqueidad en dicha zona superpuesta, - en el que tanto el elemento (26) de clavija como el elemento (27) de manguito se expanden radialmente.
Description
Conector de junta expandible.
La presente invención se refiere en general a
métodos y aparatos para conectar cuerpos tubulares. Más
específicamente, la presente invención se refiere a métodos y
aparatos para realizar un acoplamiento mecánico seguro y un sellado
estanco en los extremos conectados de secciones de tuberías que se
expanden radialmente para formar una columna de tuberías de
diámetro interno aumentado.
Una nueva técnica para revestir perforaciones de
pozos expande la tubería de revestimiento del pozo radialmente una
vez que la columna de tuberías de revestimiento se ha descendido
dentro de una perforación de pozo. La columna de revestimiento se
agranda radialmente mediante el movimiento de una herramienta de
forjado sobredimensionada o "diablo" (pig) a través de
la columna, haciendo que la columna se expanda radialmente más allá
de sus dimensiones radiales originales. Esta técnica permite
descender posteriores columnas de revestimiento a través de las
secciones de columna de revestimiento previamente agrandadas y
posteriormente que se expandan de manera similar. El resultado es
un pozo revestido mediante una serie de secciones de revestimiento
enlazadas que presentan sustancialmente los mismos diámetros
internos. El procedimiento se explica con más detalle en la patente
estadounidense número 5.348. 095, cedida a Shell Oil Co.
El documento
US-A-4.450.618 da a conocer un
conjunto de adaptador y tubo en el que un tubo de metal dúctil se
fuerza dentro de orificios dentro del adaptador. El tubo se aloja
estrechamente dentro del primer orificio y el segundo orificio es
más grande por lo que la fuerza axial sobre el tubo contrae
axialmente el tubo para formar un talón radialmente expandido sobre
el tubo que llena sustancialmente el segundo orificio. Se
proporciona un elemento de estanqueidad deformable anular entre una
superficie exterior del tubo y una superficie interior del
adaptador. El elemento de estanqueidad puede ser una junta tórica de
tipo caucho o un material de composición que puede deformarse más
que el material del tubo y del adaptador. La fuerza empleada para
contraer axialmente y expandir radialmente partes del tubo también
se utiliza para comprimir la junta de estanqueidad deformable entre
una superficie exterior del tubo y una superficie interior del
adaptador. El documento
US-A-3.307.860 se refiere a una
junta para interconectar tuberías de pozo que llevan una camisa
metálica de pared delgada, en la que se emplea una junta de
estanqueidad accionada por presión en la junta. Las referencias
anteriores no enseñan ni sugieren una expansión radial de un
elemento de clavija y manguito.
Las columnas de revestimiento convencionales
están compuestas por una serie de juntas de tubería individuales
fijadas entre sí en sus extremos mediante conexiones roscadas.
Normalmente, una junta de revestimiento tiene aproximadamente 40
pies de longitud y presenta una conexión de "clavija" macho
roscada en un extremo de la junta y una conexión de "manguito"
hembra roscada en el extremo opuesto de la junta. La junta puede
tener una clavija en cada extremo, estando formada la conexión de
manguito por un corto acoplamiento roscado en una de las conexiones
de clavija. Algunos revestimientos se hacen con la conexión de
manguito formada de manera solidaria en un extremo de la junta de
revestimiento. Estas conexiones de manguito pueden ser radialmente
más grandes que el cuerpo de la tubería, o pueden tener el mismo
tamaño. En este último caso, la conexión se denomina conexión de
junta lisa.
El acoplamiento roscado entre una conexión de
clavija y manguito adecuadamente fijada en una junta de
revestimiento convencional resulta eficaz a la hora de mantener una
conexión mecánica fija que mantenga la columna unida y selle
eficazmente la zona de revestimiento interna de manera estanca
frente al entorno de formación de la perforación de pozo. Cuando la
columna de revestimiento se agranda radialmente, una conexión
convencional cambia en sus dimensiones de un modo que puede impedir
que los componentes acoplados de la conexión se acoplen y se sellen
de manera estanca adecuadamente. La expansión radial de una conexión
convencional también puede debilitarse o dañar de otro modo la
estructura de clavija y manguito lo suficiente para permitir una
separación mecánica.
Las conexiones roscadas utilizadas en el campo
petrolífero se basan principalmente en tres tipos de juntas de
estanqueidad: juntas de estanqueidad con rebordes
metal-metal o juntas de estanqueidad formadas
mediante roscas acopladas con una gran interferencia de rosca
utilizando un compuesto para rosca para formar una estanqueidad en
las zonas de huecos, o anillos de estanqueidad deformables atrapados
en la zona de rosca. Estas tres juntas de estanqueidad de estos
tipos se neutralizan por la expansión radial provocada por el
diablo. En cada caso, tras la expansión de la clavija y el
manguito, los elementos de clavija y manguito se separan
radialmente, haciendo que las juntas de estanqueidad fallen.
El extremo de la clavija expandida tiende de
forma natural a recuperar el diámetro interno de la tubería cuando
se retira el diablo. La separación y la distorsión que siguen al
proceso de expansión perjudican a las junta de estanqueidad
situadas entre la clavija y el manguito y crean una obstrucción en
el calibre de la tubería. La distorsión puede ser tan grande que
las roscas de la clavija y el manguito también pueden
desacoplarse.
Una causa relacionada del fallo de las
conexiones expandidas es que la expansión radial de una conexión de
junta de revestimiento convencional produce diferentes grados de
deformación permanente en la clavija y el manguito. Cuando
desaparece la fuerza de expansión, la clavija tiende a volver a sus
dimensiones originales más de lo que lo hace el manguito. El
resultado es una separación anular entre la clavija y el manguito
que puede permitir fugas o separación mecánica.
La expansión radial de los conectores
convencionales también puede permitir que haya fugas en los
conectores. El mecanismo de estanqueidad en muchas conexiones de
tubería roscadas es el resultado del acoplamiento de superficies de
estanqueidad metal-metal en la clavija y el
manguito. El acoplamiento de estas superficies de estanqueidad
cierra el espacio anular entre la clavija y el manguito para
proporcionar una estanqueidad por presión. La expansión radial de
la conexión puede distorsionar o desplazar las superficies de
estanqueidad permitiendo fugas a través del espacio anular.
Los conectores que emplean un anillo de
estanqueidad anular elastomérico entre las superficies acopladas de
la clavija y el manguito también están sujetos a fugas cuando se
expande radialmente la conexión. La junta de estanqueidad anular
elastomérica de conectores estancos mediante junta tórica
convencionales está soportada dentro de una ranura anular formada o
bien en la clavija o bien en el manguito, o en ambos. La
estanqueidad de tal conexión se forma cuando el anillo de
estanqueidad anular se comprime radialmente entre la clavija y el
manguito totalmente acoplados. La posterior expansión radial de la
conexión acoplada cambia la compresión radial del anillo de
estanqueidad anular, lo que a su vez puede permitir fugas a través
de la conexión expandida. Los cambios en las dimensiones en la
ranura que se producen durante el proceso de expansión también
pueden dañar el anillo de estanqueidad anular, permitiendo que haya
fugas en la junta de estanqueidad.
Las conexiones de tuberías de pozos
convencionales también son susceptibles de rasgarse a lo largo de la
longitud del manguito cuando las conexiones se expanden
radialmente. El proceso de expansión concentra los esfuerzos de la
expansión en cualquier sección de pared delgada presente en los
extremos de los segmentos de tubería conectados. La tolerancia
aceptable para el espesor de pared en conectores convencionales es
relativamente grande de modo que una clavija o manguito puede tener
un espesor no uniforme que incluye zonas de pared relativamente
delgadas sin ser defectuosos. Sin embargo, en este conector
convencional, la concentración de los esfuerzos inducidos por la
expansión de las conexiones puede ser suficiente para romper o
expandir en exceso la sección delgada. La probabilidad de que un
conector convencional presente una zona con una sección de pared
relativamente delgada en el manguito o en la clavija es demasiado
grande para emplear tales conectores en columnas de tuberías que
van a expandirse radialmente.
Una junta de estanqueidad anular elastomérica
está soportada en una ranura anular no estándar formada en el
manguito roscado de un conector tubular. Un anillo separador anular
está colocado adyacente al anillo de estanqueidad dentro de la
ranura. Las dimensiones de la ranura y el anillo de estanqueidad y
el anillo separador están relacionadas funcionalmente de modo que
el anillo de estanqueidad se comprime axialmente y radialmente
cuando la clavija de la conexión se expande radialmente en el
manguito y tanto el manguito como la clavija se expanden entonces
radialmente de manera adicional. La expansión radial de la conexión
hace que la ranura en el manguito se contraiga axialmente, forzando
el anillo separador contra el anillo de estanqueidad para que
comprima el anillo de estanqueidad entre el separador y la pared
opuesta de la ranura. El anillo separador ayuda a retener el anillo
de estanqueidad dentro de la ranura y también sirve como una
superficie de pared compresiva para atrapar el anillo de
estanqueidad y forzarlo para que se expanda dentro de la ranura
cuando la ranura se contrae durante la expansión de la conexión. El
anillo de estanqueidad expandido se extruye en el hueco entre la
clavija y el manguito en la pared de la ranura opuesta al anillo de
expansión para proporcionar una junta de estanqueidad hermética a
la presión.
Una forma preferida de la conexión de la
presente invención está equipada con una sección de rosca de una
única sección decreciente que presenta una forma de rosca de gancho
sin interferencia de rosca radial importante entre los componentes
de clavija y manguito acoplados. Un reborde interno torsiométrico de
ángulo inverso se acopla al extremo de la clavija para impedir que
el extremo de la clavija se mueva radialmente hacia dentro
alejándose del manguito expandido tras la expansión de la
conexión.
El diámetro externo del manguito adyacente a la
sección delgada de la cara del manguito y el diámetro interno de
la clavija adyacente al extremo de sección delgada de la clavija se
mecanizan para limitar la variación de los espesores de pared de
los dos componentes de la conexión para impedir la concentración de
esfuerzos en una parte de pared delgada de cualquiera de los
componentes durante el proceso de expansión.
Cuando el diablo se desplaza desde la clavija
hacia el interior del manguito, el diámetro interno de la clavija
es inferior o igual al diámetro interno del manguito. También se
proporcionan transiciones suaves y graduales entre los diámetros
internos mecanizados y los diámetros internos "en estado bruto"
en las conexiones de clavija y manguito para limitar el esfuerzo
inducido formado en la conexión cuando se expande radialmente.
Una junta de estanqueidad anular elastomérica
está instalada en una ranura en el manguito entre el extremo de la
rosca y el reborde torsiométrico de ángulo inverso previsto para
capturar el extremo de la clavija. La junta de estanqueidad anular
está dimensionada para asumir la expansión radial y la contracción
axial de la conexión durante el proceso de expansión mientras se
mantiene la integridad de la estanqueidad. Un anillo separador
anular empleado en la ranura con el anillo de estanqueidad limita el
movimiento del anillo de estanqueidad cuando la clavija entra en el
manguito durante el ensamblaje de la conexión y cuando la conexión
se agranda durante el proceso de expansión para mantener el anillo
de estanqueidad en su lugar y protegerlo frente a daños.
Si se desea, un segundo anillo de estanqueidad
elastomérico puede instalarse en la clavija de la conexión entre el
extremo de la rosca de la clavija y el extremo final de la conexión
de clavija para la estanqueidad frente a la presión externa. El
segundo anillo de estanqueidad también se emplea con un anillo
separador, y ambos están soportados por una ranura formada en la
clavija, presentando la ranura dimensiones que cooperan con las del
anillo de estanqueidad y el anillo separador para hacer que el
anillo de estanqueidad se expanda radialmente cuando la conexión se
expande radialmente.
El reborde torsiométrico de ángulo inverso
proporciona una referencia de posición de ajuste positivo que ayuda
al ensamblaje de la conexión y también proporciona un mecanismo para
almacenar energía de torsión para resistir un desenroscado de la
conexión tras el ensamblaje. Adicionalmente, el reborde
torsiométrico de ángulo inverso proporciona soporte radial a la
punta de la clavija para evitar que la clavija se desacople del
manguito durante el proceso de expansión.
Las roscas de la conexión están dimensionadas
para proporcionar un medio para ensamblar fácilmente la conexión y
proporcionar un elemento estructural para soportar las cargas que
aparecen en la bajada y la fijación de la columna de pozo. La
sección decreciente de la rosca proporciona un medio para maximizar
las secciones que soportan cargas de las conexiones.
La provisión de roscas continuas (sin
interferencia de rosca) permite hacer las conexiones con una menor
probabilidad de desgaste por rozamiento de la rosca. El uso de una
forma de rosca de gancho proporciona soporte estructural adicional
para mantener la conexión mecánica entre la clavija y el manguito
durante la expansión radial de la conexión. La forma de rosca de
gancho también retiene la clavija y el manguito juntos cuando la
clavija se retrae tras la expansión. La forma de rosca de gancho
también proporciona soporte adicional para ayudar a la clavija a
que se extienda radialmente desde el manguito y "salte" durante
la aplicación de cargas de tensión axial.
Una característica importante de la presente
invención es la provisión de un espesor controlado con respecto a
las secciones delgadas de la cara del manguito empleado en la
conexión. Al controlar la variación en el espesor de la sección
delgada en la cara del manguito, se evitan grandes variaciones en el
espesor para impedir la concentración de tensión en las partes más
delgadas, lo que hace que la parte delgada se rasgue durante el
proceso de expansión. El rasgado de las secciones delgadas puede
permitir que la conexión tenga fugas y falle estructuralmente,
provocando el desacoplamiento del manguito y la clavija.
En una forma preferida de la invención, en la
cara de la clavija, el diámetro interno del manguito de la conexión
es sustancialmente igual que el de la clavija. Si el diámetro
interno del manguito es significativamente más pequeño que el
diámetro interno de la clavija en la superficie de contacto interna
entre la conexión de clavija y manguito, el manguito se expandirá
radialmente más que la clavija. Esta mayor expansión radial puede
reducir significativamente, o eliminar por completo, el contacto
del anillo de estanqueidad entre la clavija y el manguito,
provocando fugas. La mayor expansión radial del manguito también
puede disminuir o eliminar el acoplamiento radial de los flancos de
rosca. Una reducción o eliminación del acoplamiento radial de los
flancos de rosca puede llevar a una incapacidad de las roscas para
mantener un soporte estructural adecuado para las cargas aplicadas,
provocando el desacoplamiento de la conexión.
Las conexiones de clavija y manguito de la forma
preferida de la presente invención están dotadas de diámetros
internos sustancialmente concéntricos para garantizar adicionalmente
que la clavija y el manguito se expanden radialmente en el mismo
grado. La provisión de espesores de pared uniformes en los
conectores de clavija y manguito, así como la provisión de
diámetros internos sustancialmente idénticos entre la clavija y el
manguito se garantiza mediante el mecanizado de la conexión en las
zonas críticas para evitar variaciones normales que se producen en
conectores de clavija y manguito convencionales.
Cualquier cambio en las secciones de diámetro
interno de la conexión se conserva como transiciones suaves y
graduales para evitar cambios bruscos que puedan afectar al paso del
dispositivo de expansión cuando se mueve a través de la
conexión.
El anillo de estanqueidad anular de la presente
invención está colocado entre la clavija y el manguito acoplados de
manera que se evita o se reduce el paso de fluidos de perforación de
pozos desde el interior de la tubería, incluso después de que la
conexión se haya expandido radialmente. Las dimensiones del anillo
de estanqueidad anular se seleccionan para mantener un
"apriete" adecuado tras la expansión de la conexión para crear
y mantener una estanqueidad deseada entre la clavija y el manguito
acoplados.
El anillo de seguridad anular empleado junto con
el anillo de estanqueidad anular evita que el anillo de estanqueidad
se mueva parcial o totalmente fuera de la ranura del conjunto de
estanqueidad durante el ensamblaje de la conexión. El anillo de
seguridad también evita que el anillo de estanqueidad anular se
empuje total o parcialmente fuera de la ranura del anillo de
estanqueidad durante la expansión de la conexión.
Si se desea, la junta de estanqueidad del
presente conjunto también puede emplearse como junta de estanqueidad
externa dentro de una ranura en la conexión de clavija entre el
extremo de la rosca y el reborde externo de la clavija. El anillo
de estanqueidad anular y el anillo separador de la junta de
estanqueidad externa están dimensionados como en el caso del
conjunto de junta de estanqueidad interna empleado en el manguito,
de modo que el anillo de estanqueidad se expande radialmente en
acoplamiento de estanqueidad entre la clavija y el manguito durante
el proceso de expansión. La finalidad principal del segundo conjunto
de junta de estanqueidad es proporcionar mejor resistencia al paso
de fluido desde el exterior de la tubería hacia el interior de la
tubería. La colocación del conjunto de anillo de estanqueidad
opcional en esta posición proporciona mejor resistencia al paso de
fluido desde el exterior de la tubería debido a su presencia en una
sección de la clavija sustancialmente de mayor espesor, lo que
proporciona más resistencia a la separación radial entre las
superficies de estanqueidad de la clavija y el manguito bajo cargas
de presión.
Empleando un anillo de estanqueidad anular
elastomérico en una ranura que tiene dimensiones que hacen que el
anillo de estanqueidad se extienda radialmente cuando la conexión
que soporta la junta de estanqueidad se expande radialmente, se
mantiene una estanqueidad eficaz entre la clavija y el manguito
expandidos. Además, manteniendo un espesor uniforme alrededor de la
circunferencia del orificio escariado del manguito mecanizando la
conexión o controlando estrictamente de otro modo el espesor de la
conexión, los efectos de la deformación plástica inducida durante
el proceso de expansión se distribuyen uniformemente para impedir el
rasgado de la conexión de manguito. La etapa de mecanizado también
garantiza que se mantiene un alto grado de concentricidad entre el
diámetro interno de las conexiones de clavija y de manguito
acopladas. Esto permite que el diablo de forjado pase a través de
la conexión sin obstáculos e impide un alto grado de expansión
diferencial entre la conexión de clavija y manguito para impedir el
desacoplamiento de las roscas y/o juntas de estanqueidad.
Conexiones de junta lisa convencionales se
mecanizan en tuberías de extremo plano, estampándose el extremo de
tubería y entonces mecanizándose hasta tener un diámetro
significativamente más pequeño que la tubería. La diferencia de
diámetro interno resultante entre la clavija y el manguito de estas
conexiones crea un cambio brusco en la geometría de la conexión que
puede obstaculizar el paso del diablo. La presente invención
proporciona una superficie mecanizada sobre el diámetro interno de
la clavija, que es sustancialmente el mismo diámetro que la
conexión de manguito coincidente, para evitar el cambio brusco en la
geometría de la conexión.
El revestimiento formado mediante soldadura por
resistencia eléctrica, en lugar del revestimiento sin costuras,
tiene una pared de cuerpo más uniforme y se prefiere para su uso en
una columna de revestimiento expandida.
A partir de lo anterior, se observa que un
objeto de la presente invención es proporcionar un método para
expandir radialmente cuerpos tubulares conectados para producir un
diámetro interno mayor dentro de la conexión, siendo la conexión
agrandada a prueba de fugas y mecánicamente fija.
También es un objeto de la presente invención
proporcionar un método para expandir radialmente una conexión
tubular acoplada mediante roscado para proporcionar una conexión que
se mantiene acoplada de manera fija y a prueba de fugas después de
expandirse.
Aún otro objeto de la presente invención es
proporcionar un método para expandir radialmente una columna de
secciones de tuberías de revestimiento unidas dentro de una
perforación de pozo, manteniéndose cada una de las conexiones de
junta expandidas acopladas de manera fija y selladas para garantizar
un soporte a prueba de fugas de la columna en la perforación de
pozo.
Un objeto importante de la presente invención es
proporcionar un conjunto de junta de estanqueidad que puede
emplearse entre cuerpos tubulares interno y externo superpuestos
para producir una junta de estanqueidad cuando el cuerpo interno se
expande radialmente en el cuerpo externo y ambos cuerpos se expanden
entonces juntos radialmente.
Es también un objeto de la presente invención
proporcionar una conexión de clavija y manguito acoplados que tiene
un conjunto de junta de estanqueidad que puede expandirse
radialmente para comprimir el conjunto de junta de estanqueidad
entre la clavija y el manguito para formar una junta de estanqueidad
en la conexión expandida.
Aún otro objeto de la presente invención es
proporcionar una junta de estanqueidad para una conexión de clavija
y manguito que se comprime axialmente y radialmente cuando la
conexión se expande radialmente para proporcionar una junta de
estanqueidad entre la clavija y el manguito expandidos.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una conexión de clavija y manguito en la que la punta
de la clavija se acopla mecánicamente y se bloquea con el manguito
para evitar que la punta de la clavija se contraiga radialmente
saliéndose fuera del manguito después de que la conexión se haya
expandido radialmente.
Es aún otro objeto de la presente invención
proporcionar una conexión de clavija y manguito que presenta roscas
que se interbloquean para impedir la separación mecánica de las
roscas cuando la conexión se expande radialmente.
Un objeto importante de la presente invención es
proporcionar una conexión de clavija y manguito que sea resistente
a fallos en la zona de pared delgada de la clavija o del manguito
cuando la conexión se expande radialmente.
La figura 1 es una vista en sección vertical
parcial a través de una perforación de pozo que ilustra un método
convencional para revestir un pozo con cada sección de revestimiento
más profunda presentando un diámetro interno menor;
la figura 2 es una vista en sección vertical
parcial a través de una perforación de pozo que ilustra una columna
de revestimiento de junta lisa que se baja en una perforación de
pozo antes de expandirse radialmente;
la figura 3 es una vista en sección vertical
parcial de un revestimiento de pozo que se está expandiendo
radialmente en una formación de pozo circundante mediante un cuerpo
de forjado que se mueve hacia abajo a través del revestimiento;
la figura 4 es una vista en sección vertical
parcial que ilustra el extremo de fondo de una columna de
revestimiento expandida en una perforación de pozo;
la figura 5 es una vista en sección vertical
parcial que ilustra una herramienta de forjado que se hace avanzar
desde una sección de revestimiento previamente expandida hacia una
sección de revestimiento menor, sin expandir;
la figura 6 es una vista en sección vertical
parcial que ilustra una sección de revestimiento inferior expandida
radialmente en una perforación de pozo circundante y un
revestimiento circundante con la columna de revestimiento
resultante presentando un diámetro interno sustancialmente igual que
el de la columna de revestimiento superior;
la figura 7 es una vista en sección parcial que
ilustra una conexión de clavija y manguito acoplados con un anillo
de estanqueidad del manguito de la presente invención;
la figura 7A es una vista en sección ampliada
que ilustra detalles de la construcción de la junta de estanqueidad
del manguito sin expandir;
la figura 7B es una vista en sección ampliada
que ilustra detalles de una junta de estanqueidad del manguito
expandido;
la figura 8 es una vista en sección parcial que
ilustra una conexión tubular que tiene un conjunto de junta de
estanqueidad de clavija y manguito de la presente invención;
la figura 8A es una vista en sección parcial
ampliada que ilustra detalles de la construcción del conjunto de
junta de estanqueidad de clavija de la figura 8;
la figura 9 es una vista en sección transversal
parcial que ilustra un elemento de forjado que está haciéndose
pasar a través de una conexión de la presente invención en la
entrada inicial en la conexión;
la figura 9A es una vista ampliada de la zona de
junta de estanqueidad de la figura 9 que ilustra detalles del
funcionamiento del conjunto de junta de estanqueidad de clavija de
la presente invención cuando está extendiéndose radialmente hacia
fuera;
la figura 10 es una vista en sección parcial de
la conexión de la figura 9 que se está expandiendo radialmente
mediante el dispositivo de expansión, en una fase intermedia de la
expansión;
la figura 10A es una vista ampliada de la
sección de junta de estanqueidad de la figura 10 que ilustra
detalles del conjunto de junta de estanqueidad de manguito de la
presente invención;
la figura 11 es una vista en sección parcial de
un manguito de un conector con una única sección decreciente, de
rosca de gancho de la presente invención que ilustra detalles de la
ranura de la junta de estanqueidad de la conexión;
la figura 12 es una vista en sección parcial de
un conector de clavija de la presente invención que ilustra
detalles de la configuración de extremo de la clavija;
la figura 12A es una vista en sección
transversal, a escala ampliada, que ilustra detalles de la
construcción del extremo de la clavija de la figura 12;
la figura 13 es una vista en sección parcial que
ilustra detalles de la construcción del conjunto de ranura, anillo
de estanqueidad anular y anillo separador anular empleado en la
conexión de manguito de la presente invención;
la figura 14 es una vista en sección parcial que
ilustra detalles del ajuste de una conexión de clavija y manguito
cuando se acopla en primer lugar con el conjunto de junta de
estanqueidad de la presente invención;
la figura 15 es una vista de extremo, en alzado,
del anillo separador de la presente invención;
la figura 16 es una sección transversal tomada a
lo largo de la línea 16-16 de la figura 15 que
ilustra detalles del anillo separador de la presente invención;
la figura 17 es un alzado vertical que ilustra
el anillo de estanqueidad anular de la presente invención;
la figura 18 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 18-18 de la figura 17
que ilustra la sección transversal del anillo de estanqueidad de la
presente invención;
la figura 19 es una tabla que muestra la
relación entre la expansión del cuerpo de tubería deseada y las
dimensiones de los componentes del conjunto de junta de
estanqueidad;
la figura 20 es una tabla que muestra la
relación entre la expansión del cuerpo de tubería y las
características y dimensiones de los componentes expandidos del
conjunto de junta de estanqueidad de la presente invención;
la figura 21 es una vista en sección parcial de
una conexión de clavija y manguito acoplados de una forma
modificada de la presente invención;
la figura 22 es una vista en sección transversal
parcial que ilustra los detalles de la construcción de una parte de
clavija de la conexión de la presente invención;
la figura 23 es una vista en sección transversal
parcial que ilustra los detalles de la construcción del manguito de
la forma modificada de la conexión de manguito de la presente
invención; y
la figura 24 es una vista en sección transversal
parcial que ilustra los detalles de la construcción de rosca de la
conexión de clavija y manguito de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 indica una terminación convencional
de una perforación WB de pozo perforada a través de una formación F
en la que se cimentan secciones 11, 12, y 13 de revestimiento
dispuestas sucesivamente en secciones más profundas dentro de la
perforación de pozo. Puesto que es necesario descender la sección 12
de revestimiento a través de la sección 11 de revestimiento, la
sección 12 de revestimiento debe tener un diámetro externo menor
que el diámetro interno de la sección 11 de revestimiento. Al
perforar pozos muy profundos, el procedimiento descrito de la
técnica anterior requiere que el pozo tenga una perforación de pozo
inicial relativamente grande en la superficie para tener una
perforación de pozo adecuadamente grande adyacente a la
subsuperficie que produce la formación.
La figura 1 ilustra una terminación de
revestimiento de tipo camisa convencional. En algunos pozos, una o
más de las columnas 12 y 13 pueden extenderse desde abajo hacia la
superficie en lugar de suspenderse desde la sección de
revestimiento inmediatamente superior. Algunos problemas de
formación que se encuentran en ciertas zonas pueden impedir que se
emplee el típico programa de revestimiento debido al riesgo de
rotura de la formación subsuperficial y de pérdida de circulación
del pozo o pérdida de otro modo del control del pozo.
La figura 2 ilustra una columna 14 de
revestimiento que está bajándose en una perforación WB de pozo
perforada a través de la formación F. La columna se compone de una
serie de juntas de revestimiento conectadas tales como la juntas
15, 16, 17, y 18 que se fijan mediante conexiones 15a, 16a, y 17a,
tal como se indica para formar una columna alargada que se extiende
hasta la superficie del pozo. La columna 14 de revestimiento se
ilustra como constituida por juntas de revestimiento individuales de
aproximadamente 40 pies de longitud, con una conexión de junta lisa
entre las juntas de revestimiento contiguas. Según la presente
invención, la columna 14 de revestimiento debe expandirse
radialmente acoplándose con la perforación WB de pozo circundante
utilizando un dispositivo de forjado que pasa internamente a través
de la columna 14 de revestimiento y las conexiones 15a, 16a, y 17a
de la presente invención.
La figura 3 ilustra un diablo P que se fuerza
hacia abajo a través de la columna 14 de revestimiento mediante una
fuerza adecuada, tal como presión hidráulica, haciendo que la
columna de revestimiento se expanda radialmente acoplándose con la
pared de la perforación WB de pozo circundante. La columna 14 de
revestimiento se expande, en una forma de la invención, radialmente
hasta que el diámetro interno de la columna es aproximadamente de
igual dimensión que el diámetro interno de la perforación de pozo
por debajo de la zona expandida del revestimiento. La superficie
interna inferior de la columna 14 de revestimiento está dotada de un
espesor de pared reducido y de nervaduras 20 anulares que se
emplean para fijar la siguiente columna de revestimiento.
Aunque el diablo P se ilustra aplicándose a la
columna 14 de revestimiento desde la superficie hacia abajo, hacia
la parte inferior de la columna de revestimiento, se entenderá que
en aplicaciones prácticas, el dispositivo de forjado puede llevarse
de hecho a la parte inferior de la columna de revestimiento y
activarse con la columna en su lugar para forzar el diablo desde la
parte inferior de la columna de vuelta hacia la superficie del
pozo. Los medios particulares para mover el elemento de forjado a
través de la columna del pozo y los detalles de la construcción del
elemento de forjado no forman parte de la presente invención.
La figura 4 ilustra la columna 14 de
revestimiento totalmente expandida en la perforación WB de pozo
circundante.
La figura 5 ilustra el diablo P que se hace
avanzar hacia el extremo superior de una segunda sección 21 de
revestimiento situada con su sección más superior dentro de la
sección más inferior de la columna 14 de revestimiento. La sección
21 de revestimiento tiene un diámetro externo que es inferior al
diámetro interno de la sección 14 de la columna de revestimiento
expandida.
La figura 6 ilustra la sección 21 de
revestimiento expandida radialmente acoplándose con la formación F
circundante y fijada mecánicamente por el interbloqueo mecánico
forjado entre la parte superior de la sección 21 de revestimiento y
el extremo inferior de la sección 14 de revestimiento. La forma de
conectar la parte superior de la sección 21 de revestimiento al
extremo inferior de la sección 14 de revestimiento es a modo de
ejemplo y no forma parte de la presente invención. Tras la
expansión radial de la sección 21 de revestimiento, la perforación
WF de pozo se reviste a lo largo de toda su longitud mediante una
única columna de revestimiento que tiene un diámetro interno
sustancialmente igual que el diámetro interno de la perforación de
pozo original en la que se bajó la columna 14 de revestimiento.
La figura 7 ilustra una vista en sección
transversal de un conector de la presente invención indicado en
general por 25. El conector 25 incluye una sección 26 de clavija y
una sección 27 de manguito. Las roscas que acoplan la clavija y el
manguito son de tipo en forma de gancho formadas a lo largo de una
única sección decreciente. Aunque se ilustra una configuración y
forma específica de perfil de rosca con el fin de describir la
conexión y junta de estanqueidad de la presente invención, puede
apreciarse que puede emplearse cualquier forma de rosca adecuada en
la presente invención. Preferiblemente, la forma de rosca
proporciona una rosca de tipo bloqueo mecánico o gancho que está
formada a lo largo de una única sección decreciente.
El conector 25 incluye un conjunto de junta de
estanqueidad anular indicado en general por 28 que se compone de un
anillo 29 de estanqueidad anular elastomérico y un anillo 30
separador anular. El anillo de estanqueidad y el separador están
soportados en una ranura 31 anular formada en la base de las roscas
dentro del manguito 27. En una forma preferida, el anillo 29 de
estanqueidad está construido de un material elástico adecuado, tal
como un compuesto de fluorocarbono, y el anillo 30 separador está
construido de un material menos elástico, tal como un compuesto que
contiene Teflon.
La figura 7A ilustra detalles de la construcción
del conjunto 28 de junta de estanqueidad anular y de la
configuración de la punta de la clavija del conector 25 de la
figura 7. La figura 7A ilustra un ejemplo de las relaciones
dimensionales entre la ranura 31 anular y el anillo de estanqueidad
y el anillo separador soportados dentro la ranura en una conexión
antes de la expansión radial de la conexión. La ranura 31 tiene una
profundidad 31a y una anchura 31b. La profundidad 31a de la ranura
es inferior a la de una ranura estándar utilizada convencionalmente
en una conexión con un anillo de estanqueidad que tiene las
dimensiones del anillo 29. Una conexión de anillo de estanqueidad y
ranura convencional proporciona un apriete de aproximadamente un
11-15% en el que se define el apriete como el
cambio en la altura en sección transversal del anillo de
estanqueidad dividido entre la altura en sección transversal
original, no defor-
mada del anillo de estanqueidad. La conexión de la presente invención proporciona un apriete de hasta un 26% o más.
mada del anillo de estanqueidad. La conexión de la presente invención proporciona un apriete de hasta un 26% o más.
El anillo 30 de expansión cubre el hueco entre
la clavija y el manguito cuando la clavija entra en el manguito
para impedir que el anillo 29 de estanqueidad se empuje fuera de la
ranura y hacia el hueco entre la punta de la clavija y el manguito.
La anchura 31b de la ranura se selecciona de manera que la junta 29
de estanqueidad se comprime durante el ajuste inicial hasta llenar
sólo parcialmente la ranura 31 para impedir de este modo que el
anillo de estanqueidad se extruya dentro del hueco entre la clavija
y el manguito.
El anillo 29 de estanqueidad se coloca
preferiblemente de tal manera que la herramienta de expansión
expande primero la zona subyacente al anillo de estanqueidad antes
de expandir la zona subyacente al anillo 30 separador. La presencia
del anillo 30 separador impide que el anillo de estanqueidad se
extruya dentro del hueco 31c cuando la herramienta de separación
avanza a través de la conexión. La expansión de la conexión aumenta
el radio interno de la clavija 26 y del manguito 27 pero no reduce
significativamente la profundidad 31a de la ranura. Sin embargo, la
expansión reduce la anchura 31b de la ranura. El resultado es que el
proceso de expansión reduce el volumen total definido entre la
ranura 31 anular y la superficie externa de la clavija 26.
Como puede verse con referencia a la figura 7B,
el volumen de la ranura se reduce por el proceso de expansión,
haciendo que el anillo 29 de estanqueidad elástico llene
excesivamente la ranura 31. El anillo 30 de expansión sigue en
contacto con la superficie externa de la clavija durante el proceso
de expansión, impidiendo que el anillo 29 de estanqueidad entre en
el hueco entre la clavija 26 y el manguito 27 en el lado del anillo
de expansión de la ranura. El anillo de estanqueidad queda libre,
sin embargo, para expandirse dentro del hueco 31 d en el extremo
opuesto de la ranura. La extrusión en el hueco 31 d puede producirse
durante la expansión inicial y también puede producirse después de
que la clavija 26 se contraiga alejándose del manguito 27 tras el
paso de la herramienta de expansión. La zona 29a de estanqueidad
extrudida resultante del anillo 29 de estanqueidad ayuda a
proporcionar la junta de estanqueidad entre la clavija y el manguito
expandidos.
El uso de un único anillo 30 separador en sólo
un lado del anillo 31 de estanqueidad, en lugar de un anillo
separador a cada lado del anillo de estanqueidad, permite que el
anillo de estanqueidad comprimido se extruya fuera de la ranura 31
para mejorar el efecto de estanqueidad entre los componentes de la
conexión. El único anillo separador mantiene el anillo de
estanqueidad en su lugar durante el ensamblaje y la expansión sin
limitar la extrusión del anillo en el hueco resultante tras la
expansión de la conexión.
La figura 8 es una vista en sección transversal
de una forma modificada de la conexión indicada en general por 32.
La conexión 32 de la presente invención incluye una sección 33 de
manguito y una sección 34 de clavija. Un conjunto 35 de junta de
estanqueidad anular está previsto en la base de las roscas de la
clavija 34 para proporcionar una junta de estanqueidad entre el
entorno externo de la perforación de pozo y la zona roscada
acoplada del conector 32. El conjunto 35 de junta de estanqueidad
incluye un anillo 36 de estanqueidad elastomérico anular y un
anillo 37 separador anular soportados en una ranura 35a anular. La
base del conector 33 de manguito está dotada de un conjunto 38 de
junta de estanqueidad anular que impide fugas de presión desde la
zona dentro del conector tubular. El conjunto 38 de junta de
estanqueidad anular incluye un anillo 39 de estanqueidad
elastomérico y un anillo 40 separador anular.
La figura 8A ilustra detalles del conjunto 35 de
junta de estanqueidad. Como puede observarse haciendo referencia
conjuntamente a las figuras 7A y 8A, los conjuntos 28 y 35 de junta
de estanqueidad no llenan completamente las ranuras 31 y 35a en las
que están colocados. La finalidad de esta relación dimensional entre
los conjuntos de junta de estanqueidad y las ranuras se explicará
posteriormente en el presente documento con mayor detalle.
La figura 9 ilustra el diablo P a medida que
avanza a través del conector 32 de la presente invención. El
proceso de expansión ilustrado se produce con el diablo P que está
avanzando desde la clavija hacia el manguito de la conexión. Puede
apreciarse que el proceso de expansión puede invertirse con la
clavija expandiendo en primer lugar el manguito y a continuación la
clavija.
La figura 9A ilustra detalles del funcionamiento
del conjunto 35 de junta de estanqueidad cuando la conexión está
expandiéndose. Durante esta expansión inicial, el anillo 37
separador ayuda a limitar el movimiento del anillo 36 de
estanqueidad para impedir un daño al anillo de estanqueidad y para
proporcionar una superficie de apoyo contra la que el anillo 36 de
estanqueidad reaccionará durante la última parte de la expansión
para expandirse radialmente hacia fuera, manteniendo así una junta
de estanqueidad entre la conexión de clavija y manguito. La figura
9A también ilustra el acoplamiento de bloqueo entre las roscas de
gancho de la clavija y el manguito, que ayudan a impedir que las
conexiones de clavija y manguito se separen durante y después del
proceso de expansión. La forma de rosca ilustrada está dotada de un
flanco de carga negativo para lograr este fin. Una realización de
la invención empleó roscas de clavija y manguito que tienen pasos de
0,2000 cm/cm (pulgada/pulgada) una altura de rosca que permite la
máxima eficacia de la conexión (sin interferencia de rosca); y una
sección decreciente de rosca que optimiza la longitud global de la
conexión. Una forma de la invención adecuada para la expansión de
hasta un 20% del diámetro exterior de la tubería empleó una conexión
de alta calidad con una sección decreciente de cinco roscas por
pulgada, una pulgada por pie, una altura de rosca de 0,13 cm (0,050
pulgadas), un flanco de carga negativo y un flanco de ataque
positivo. Se apreciará que otras formas de rosca y configuraciones
de bloqueo pueden emplearse también para lograr la retención deseada
entre la conexión de clavija y manguito en expansión.
La figura 10 ilustra detalles de la expansión
del conjunto 38 de junta de estanqueidad. Una vista detallada de la
zona de junta de estanqueidad del conjunto 38 se ilustra en la
figura 10A. Antes de que se expanda el conector, el anillo 31 de
estanqueidad y el anillo 40 separador se ve que ocupan menos del
total del volumen definido por la ranura 39 anular y la punta de la
clavija. La punta de la clavija también se ilustra desviada
radialmente hacia dentro alejándose de la conexión de manguito
circundante durante la fase inicial de la expansión de la punta de
la clavija. Un reborde 39a interno torsiométrico de ángulo inverso
está formado en la base de las roscas de la sección 33 de manguito.
Tal como se describirá a continuación en el presente documento más
detalladamente, el reborde 39a funciona para sujetar el extremo 34a
de punta de sección decreciente de manera inversa de la sección de
clavija en su posición expandida una vez que la conexión se ha
expandido totalmente.
La figura 11 ilustra detalles de un manguito 50
de la presente invención. La dimensión de espesor de pared BW en el
extremo de la cara del manguito se mantiene uniforme alrededor de
toda la circunferencia del manguito para evitar que se produzcan
zonas de pared relativamente delgada en el manguito. Una longitud
adecuada de la zona externa indicada por BE se mecaniza para
garantizar que la pared del manguito es de espesor uniforme en la
zona BE por todo el desarrollo circunferencial del manguito. En un
manguito de tubería de junta lisa con DE de 14 cm (5,5 pulgadas),
la dimensión BE puede ser de aproximadamente 3,8 cm (1,5 pulgadas) o
más. La dimensión BW para una tubería de 14 cm (5,5 pulgadas) es
preferiblemente superior a 0,014 cm (0,055 pulgadas). La proporción
del espesor cilíndrico de pared máxima/pared mínima para la conexión
en la cara del manguito es preferiblemente superior o igual a 1,8
cm (0,700). En general, la conexión preferida emplea un espesor de
la pared cilíndrica que es superior a 0,014 cm (0,055 pulgadas),
siendo la proporción de pared mínima del cilindro del manguito en
la cara divida entre el espesor de pared máxima en la cara superior
a 1,8 cm (0,700). Las conexiones que tienen estos diseños son
resistentes al rasgado durante el proceso de expansión. Para la
mayoría de tamaños de revestimiento que se usan en el proceso de la
presente invención, estas dimensiones se consiguen mecanizando el
diámetro externo del manguito una longitud mínima de 3,8 cm (1,5
pulgadas) de la cara y verificando físicamente con un calibre de
espesor que el espesor de pared y las relaciones de espesor de
pared se cumplen. Puede emplearse también cualquier otra técnica
adecuada para garantizar que el espesor de pared es uniforme.
La conexión 50 de manguito incluye
preferiblemente una ranura 51 anular en la que la zona 52 de sección
transversal de la ranura es mayor o igual que la zona 53 de sección
transversal crítica del manguito.
La figura 12 ilustra detalles de la construcción
de una clavija 60 de la presente invención. La punta 61 de la
clavija es de sección decreciente para acoplarse y retenerse dentro
del reborde interno torsiométrico de ángulo inverso formado en la
base del manguito. Una zona PE interna que se extiende hacia atrás
desde la punta de la clavija se mecaniza para garantizar un espesor
de pared uniforme adecuado de la clavija. En un conector para una
tubería de junta lisa con DE de 14 cm (5,5 pulgadas), la zona PE
puede ser de aproximadamente 3,8 cm (1,5 pulgadas). El espesor PW
de la punta de la clavija es preferiblemente superior o igual a
0,127 cm (0,050 pulgadas). La zona de sección transversal en 63 de
la ranu-
ra 64 es mayor o igual que la zona de sección transversal de la zona de sección transversal crítica de la clavija en 65.
ra 64 es mayor o igual que la zona de sección transversal de la zona de sección transversal crítica de la clavija en 65.
Haciendo referencia a la figura 12A, que ilustra
detalles de la configuración del extremo de la clavija, se mecaniza
un ángulo T de transición sobre la clavija para permitir que el
anillo de estanqueidad anular se deslice hacia su posición durante
el ajuste de la clavija en el manguito de la conexión. En una forma
preferida de la invención, el ángulo T puede ser de aproximadamente
10º. En ángulo N de sección decreciente del extremo de la clavija
puede ser de aproximadamente 15º.
La figura 13 ilustra detalles de la sección
transversal de la ranura del manguito de la presente invención. Una
junta 71 tórica elastomérica (anillo de estanqueidad) se ilustra
adyacente a un anillo 72 separador anular (anillo de posición)
dentro de una ranura 73 anular. El anillo 71 de estanqueidad se ve
que se extiende radialmente hacia dentro más allá de la ranura
antes de que la clavija y el manguito de la conexión se acoplen. El
anillo 72 separador se extiende de manera radial aproximadamente la
misma dimensión radial que la ranura 73. La cantidad de extensión
radial del anillo 71 de estanqueidad más allá de la cara de la
ranura se indica por la dimensión V. Durante el ajuste de la
conexión, el anillo 72 de posición proporciona una superficie de
soporte axial para el anillo 71 de estanqueidad. Esto impide que el
anillo 71 de estanqueidad se deslice o se rompa al acoplarse en la
pared de la ranura durante el ajuste. En una forma de la invención,
el anillo de posición se selecciona para interferir con la punta de
la clavija con todos los diámetros de tubería en el intervalo de
0,005 cm (0,002 pulgadas) a 0,0152 cm (0,006 pulgadas) de
interferencia por radio. El hueco inicial entre el cilindro
posterior del manguito y el cilindro de la punta de la clavija con
todos los diámetros de tubería está en el intervalo de 0,0152 cm
(0,006 pulgadas) a 0,0356 cm (0,014 pulgadas).
La figura 14 ilustra la conexión de la presente
invención durante el avance de la clavija en el manguito. En esta
posición, la punta de la clavija se desliza bajo el anillo 71 de
estanqueidad y se mueve hacia el anillo 72 de posición. En la forma
ilustrada de la invención, la interferencia entre el DE de la punta
de la clavija y el DI del anillo de posición está en el intervalo
de 0,005 cm (0,002 pulgadas) a 0,0025 cm (0,010 pulgadas) en el
radio. El anillo de posición mantiene el anillo de estanqueidad en
la ranura durante el ajuste de la conexión.
Las figuras 15 y 16 ilustran detalles del anillo
65 separador de la presente invención. Para su uso con una conexión
de diámetro externo de 14 cm (5,5 pulgadas), el anillo separador
está dotado de un diámetro interno de 12,68 cm (4,994 pulgadas), un
diámetro externo de 1,296 cm (5,104 pulgadas), un espesor de 0,1397
cm (0,055 pulgadas) y una anchura de 0,170 cm (0,067 pulgadas). En
una forma preferida de la invención, el anillo 65 de posición está
construido de Teflon virgen con un 25% de carga de fibra de vidrio.
Todos los bordes afilados se eliminan del anillo de posición para
ayudar a facilitar su movimiento a través de la ranura e impedir el
daño al anillo de estanqueidad adyacente. Pueden emplearse otras
composiciones de manera beneficiosa para el anillo 65 de posición,
incluyendo una composición con un 100% de Teflon.
Las figuras 17 y 18 ilustran un anillo 66 de
estanqueidad anular elastomérico empleado en el conjunto de junta
de estanqueidad de la presente invención. El anillo de estanqueidad
puede construirse de cualquier material adecuado, tal como un
compuesto de fluorocarbono V 747-75 con un intervalo
de dureza Shore A de 70-75.
La figura 19 es una tabla que ilustra la
relación entre la expansión en porcentaje del cuerpo de la tubería
y las características o dimensiones del anillo de estanqueidad, la
anchura de la ranura y del anillo separador de la presente
invención. Tal como se indica en la figura 19, un cuerpo expandido
un 10% está dotado de un anillo de estanqueidad ("junta
tórica") que presenta una sección transversal de 0,178 cm (0,070
pulgadas) \pm 0,0076 cm (0,003 pulgadas). Cuando se emplea con un
separador ("anillo de posicionamiento"), la anchura de la
ranura para la junta de estanqueidad es de 0,396 cm (0,156 pulgadas)
\pm 0,005 cm (0,002 pulgadas). Para la selección de junta tórica
ilustrada, el anillo de posición debe ocupar más del 49,5% del
volumen de la ranura. La junta tórica debe ocupar menos del 41% del
volumen de la ranura. Con esta combinación de anillo de
estanqueidad y anillo de posición, menos del 9,5% del volumen de la
ranura queda sin llenar. La figura 19 proporciona la relación entre
las dimensiones de la ranura, el anillo de estanqueidad y la junta
tórica para varias combinaciones de expansiones de tubería y
sección transversal de junta tórica, anchura de la ranura y
volúmenes de anillo.
La figura 20 es una tabla que muestra la
relación entre la expansión en porcentaje de la tubería, la sección
transversal del anillo de estanqueidad, la anchura de la ranura con
anillos de posición y el porcentaje de apriete antes y después de
la expansión de la conexión. Por tanto, para una expansión del 10%
del cuerpo de tubería y una sección transversal de junta tórica de
(0,178 cm (0,070 pulgadas) \pm 0,0076 cm (0,003 pulgadas), una
anchura de ranura con anillo de posición de 0,396 cm (0,156
pulgadas) \pm 0,005 cm (0,002 pulgadas), el porcentaje de apriete
antes de la expansión es superior al 28,0%, y el porcentaje de
apriete necesario después de la expansión es superior al 26,0%. El
apriete de la junta tórica se calcula empleando la suposición de
que el diámetro de la junta tórica se reduciría en un 10% en el 10%
inicial del proceso de expansión y un 5% más durante el último 20%
del proceso de expansión. El volumen de la junta tórica y el anillo
de posición se mantendrá constante durante el proceso de expansión.
El diámetro de la ranura y el diámetro del cilindro de la punta de
la clavija se expandirán a 1 con respecto al porcentaje de
expansión. La anchura de la ranura disminuirá durante el proceso de
expansión. Al limitarse el volumen total de la ranura que no está
lleno tras instalar la junta tórica y el anillo de posición, el
proceso de expansión se adecuará de manera que la zona entre la
clavija y el manguito acoplados y expandidos se cubre por la junta
tórica.
La figura 21 ilustra una forma 70 modificada de
la conexión de la presente invención. La conexión 70 incluye una
conexión 71 de clavija y una conexión 72 de manguito. Una sección 73
de punta de la clavija 71 está dotada de una cara de sección
decreciente en ángulo inverso que se acopla a un reborde 74
torsiométrico de ángulo inverso formado en el manguito. Un conjunto
75 de junta de estanqueidad compresible está previsto en una ranura
formada en la sección 72 de manguito. Los diámetros internos de la
sección 71 de clavija y la sección 72 de manguito son de sección
decreciente radialmente hacia fuera a lo largo de la zona indicada
por TA. En una conexión con DE de 14 cm (5,5 pulgadas), la longitud
TA es de aproximadamente 6,1 cm (2,4 pulgadas). En esta conexión,
la eficacia de conexión es igual a un 45,11%; el área del cuerpo de
tubería es igual a 32,015 cm^{2} (4,9624 pulgadas cuadradas), el
área crítica del manguito es igual a 14,441 cm^{2} (2,2384
pulgadas cuadradas); el área crítica de la clavija es igual a
20,023 cm^{2} (3,1036 pulgadas cuadradas); el área de fuerza
tangencial es igual a 18,051 cm^{2} (2,7980 pulgadas cuadradas);
el área de flanco de rosca es igual a 36,537 cm^{2} (5,6632
pulgadas cuadradas); el área de soporte es igual a 21,082 cm^{2}
(3,2677 pulgadas cuadradas); el área del reborde torsiométrico es
igual a 7,904 cm^{2} (1,2252 pulgadas cuadradas); y el par de
torsión de deformación máxima es igual a 5760 Julios (4246
pies-libra).
La figura 22 ilustra detalles adicionales de la
conexión 70. La conexión de clavija se ve que incluye un ángulo L
de sección decreciente de aproximadamente 2º que se extiende
aproximadamente 3,05 cm (1,2 pulgadas) desde la punta de la clavija
hacia atrás hacia el cuerpo de la conexión de clavija.
La figura 23 ilustra detalles del manguito de la
conexión 70. La sección de manguito incluye un ángulo M de
aproximadamente 2º, que proporciona la sección decreciente interna
de la sección y que se extiende aproximadamente 3,05 cm (1,2
pulgadas) desde el reborde torsiométrico. La conexión incluye una
rosca de gancho con una ranura 75a del anillo de estanqueidad
cortada en la rosca del manguito para alojar el conjunto de junta de
estanqueidad.
La figura 24 ilustra detalles de la estructura
de la rosca de gancho de una forma de las roscas que pueden
emplearse en los conectores de la presente invención. Las roscas
están formadas a lo largo de una única sección 76 decreciente de la
zona roscada, y los flancos 77 de rosca son paralelos a la sección
decreciente. Las roscas tienen un flanco 78 de carga negativo y un
flanco 79 de ataque positivo.
La forma preferida de la invención tal como se
describe en el presente documento se mecaniza preferiblemente para
dar una tubería con un tipo de configuración de junta solidaria en
la que una conexión de clavija se mecaniza en un extremo plano de
la tubería y una conexión de manguito se mecaniza en el otro extremo
plano. Otras realizaciones son posibles y factibles también. Por
ejemplo, en lugar de extremos de tubería planos, uno o ambos
extremos de los extremos de tubería podrían recalcarse interna y/o
externamente. De manera adicional, en lugar de roscar la tubería
con una clavija en un extremo y un manguito en el otro extremo, la
tubería puede roscarse con una clavija y/o un manguito en ambos
extremos y conectarse con un acoplamiento
clavija-clavija o
manguito-manguito. Los extremos de tubería en esta
última configuración pueden ser o bien un extremo plano y/o estar
recalcados interna y/o externamente.
Si se desea, los extremos de tubería pueden o
expandirse y/o estamparse. Esta tubería puede roscarse entonces
clavija-manguito y conectarse mediante conectores
que se roscan clavija-manguito. Se apreciará que los
diámetros externos de las conexiones de clavija y manguito no
tienen que ser necesariamente iguales. Las roscas de la conexión
tampoco tienen que roscarse necesariamente en una sección
decreciente. Si se desea, las roscas pueden mecanizarse sin una
sección decreciente, o pueden proporcionarse dos pasos de rosca
radialmente separados. En la configuración en dos pasos, las roscas
pueden ser rectas o de sección decreciente, o una combinación de
ambas.
Aunque la forma preferida de la presente
invención no emplea interferencia de rosca radial, las roscas pueden
tener tal interferencia de rosca sin efecto perjudicial en un
diseño adecuado. Además, si se desea, las roscas pueden ser de tipo
"rosca de cuña", en la que tanto el flanco de ataque como el de
carga son en forma de gancho.
El reborde torsiométrico de ángulo inverso
previsto en el manguito puede no ser necesario cuando se emplean
roscas de tipo cuña. El reborde torsiométrico en tales aplicaciones
puede ser un reborde de ángulo de 90º convencional o puede
prescindirse totalmente del mismo. De manera similar, si la longitud
de la punta de la clavija es suficientemente larga, puede no ser
necesario un reborde torsiométrico de ángulo inverso.
Si se desea, la conexión puede dotarse de un
reborde torsiométrico externo ubicado en la cara del manguito y/o
de un reborde torsiométrico intermedio previsto entre dos pasos de
rosca.
El diámetro interno del manguito en la
superficie de contacto entre la conexión de clavija y manguito puede
ser sustancialmente mayor que el de la clavija, siempre que haya
una transición suave y gradual entre los dos diámetros internos de
la clavija y el manguito. Si se desea, el diámetro interno del
manguito en la superficie de contacto entre la conexión de clavija
y manguito puede ser sustancialmente mayor que el DI de la clavija
sin una transición suave y gradual, siempre que el dispositivo de
expansión se mueva en una dirección tal que el dispositivo salga de
la tubería que presenta la conexión de clavija y entre en el extremo
de tubería que presenta la conexión de manguito.
La descripción precedente y los ejemplos
ilustran realizaciones seleccionadas de la presente invención.
Claims (9)
1. Mecanismo de estanqueidad para un conjunto
(25) de conexión expandible radialmente que comprende:
- un elemento (26) de clavija;
- un elemento (27) de manguito adaptado para
alojar de manera roscada dicho elemento (26) de clavija para formar
una zona anular superpuesta entre dichos elemento de clavija (26) y
manguito (27);
- una ranura (31) anular soportada por uno de
dichos elementos de clavija (26) o dicho elemento (27) de manguito
dentro de dicha zona superpuesta, definiendo dicha ranura (31) un
volumen anular dentro de dicha zona superpuesta; y
- un componente (29, 30) de estanqueidad anular,
deformable soportado en dicha ranura (31), ocupando dicha junta
menos del total de dicho volumen anular de dicha ranura antes de la
expansión de dicha conexión y ocupando un mayor porcentaje de dicho
volumen anular tras la expansión radial de dicho conjunto de
conexión para formar una junta de estanqueidad en dicha zona
superpuesta,
- en el que tanto el elemento (26) de clavija
como el elemento (27) de manguito se expanden radialmente.
2. Mecanismo de estanqueidad según la
reivindicación 1, en el que dicho componente de estanqueidad
comprende un anillo (29) de junta anular y un anillo (30) separador
anular independiente.
3. Mecanismo de estanqueidad según la
reivindicación 2, en el que el apriete de dicho anillo (29) de
estanqueidad antes de la expansión radial de dicho conjunto (25) de
conexión es superior a un 15%.
4. Mecanismo de estanqueidad según la
reivindicación 3, en el que dicho anillo (29) de estanqueidad
comprende un material elástico y dicho anillo (30) separador está
construido a partir de un material menos elástico.
5. Mecanismo de estanqueidad según la
reivindicación 3, en el que dicha ranura (31) está formada en dicho
manguito (27) y dicho anillo (29) de estanqueidad está dispuesto
entre dicho anillo (30) separador y una cara de dicho manguito, por
lo que la punta (34a, 61) de dicha clavija se acopla en dicho anillo
(29) de estanqueidad antes de acoplarse en dicho anillo (30)
separador cuando dicha clavija (26) está alojada de manera roscada
en dicho manguito (27).
6. Mecanismo de estanqueidad según la
reivindicación 1, en el que, en la cara de la clavija, el diámetro
interno del manguito de la conexión es sustancialmente igual que el
de la clavija.
7. Método para formar una junta de estanqueidad
entre una conexión (25) de clavija y manguito mediante una conexión
roscada, que comprende las etapas de:
- disponer un componente (29, 30) de
estanqueidad en una ranura (31) anular formada internamente de un
manguito (27) roscado;
- acoplar una conexión de clavija en dicha
conexión de manguito para formar una zona anular superpuesta entre
la clavija (26) y el manguito (27),
- situándose dicha ranura (31) dentro de dicha
zona superpuesta y ocupando dicho componente (29, 30) de
estanqueidad menos de un 95% del volumen de dicha ranura (31)
cuando dicha clavija (26) está totalmente acoplada en dicho
manguito (27); y expandiéndose dicha clavija (26) y dicho manguito
(27) radialmente en dicha zona superpuesta para forzar a dicho
componente (29,30) de estanqueidad en un acoplamiento de
estanqueidad con dicha clavija (26) por lo que dicho componente
(29, 30) de estanqueidad ocupa sustancialmente el 100% de dicha
ranura (31), y
- en el que, en la cara de la clavija (26), el
diámetro interno del manguito (27) de la conexión es sustancialmente
igual que el de la clavija (26).
8. Método según la reivindicación 7, en el que
dicho componente de estanqueidad comprende un anillo (29) de
estanqueidad elastomérico y un anillo (30) separador
independiente.
9. Método según la reivindicación 8, en el que
el porcentaje de apriete de dicho anillo (29) de estanqueidad antes
de la expansión de dichos cuerpos tubulares es superior a un
15%.
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