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Septiembre, 2008.David Hernández M
Conceptos generales de conexiones TenarisTamsa 2
Contenido
ü Definición de roscaü Tipos de conexionesü Perfiles de las roscas API y Premiumü Rosca premium o propietariasü Características de las roscas premiumü Eficiencia de la conexión a la tensión, compresión y
flexiónü Aprieteü Tabla de eficiencias de las conexionesü Conexiones en el mercado Nacionalü Grasa para roscas
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La rosca es usada para mantener unidas mecánicamente dos piezas de tubería y deberá mantenerse como un elemento monolítico.
Las conexiones acopladas consisten de dos miembros, en un extremo un piñón y en el otro extremo un cople ó caja.
Las conexiones integrales consiste de un extremo de piñón y en el otro de una caja.
Definición de rosca
Definición del API
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Tipos de conexiones
Acopladas
Lisas Formadas Recalcadas
Integrales
Se utiliza un cople y las roscas se maquinan directamente.
Se maquinan la roscas sobre los extremos.
Se incrementa el espesor en un proceso de forja en caliente.
El piñón es suajeado y la caja es expandido en frío.
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Tipos de conexiones
Acopladas
Lisas
Formadas
Recalcadas
Integrales
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Tipos de conexiones
üAcopladasSon aquellas que integran un tercer elemento llamado cople, el cual es un pequeño tramo de tubería de diámetro mayor que el de la tubería y que es roscado internamente (cajas) y la tubería es roscada externamente en ambos extremos (piñones).
De acuerdo con el API
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Tipos de conexiones
üAcopladasPosteriormente el cople se unirá con uno de los extremos de la tubería en la planta y el otro será unido en el campo durante la introducción de la tubería.
De acuerdo con el API
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Tipos de conexiones
üIntegralesSon aquellas que se unen en un extremo de tubería roscado exteriormente (piñón) y se conecta en el otro extremo de tubería roscado internamente (caja).
De acuerdo con el API
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Tipos de conexiones
üLisos .- Se maquinan las roscas sobre los extremos del tubo sin aumentar el diámetro exterior del mismo.
Sub-clasificación del tipos de conexiones tipo lisas
HD-513
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Tipos de conexiones
üFormadas.- El extremo piñón es suajeado (cerrado) y el extremo caja es expandido en frío sin rebasar el 5% en diámetro y el 2% en espesor, aplicándoseles un relevado de esfuerzos posterior.
Sub-clasificación del tipos de conexiones tipo lisas
HD-SLX
HD-521
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Tipos de conexiones
üRecalcados.- Se incrementa el espesor y diámetro exterior de la tubería en uno o en ambos extremos en un proceso de forja en caliente, a los que posteriormente se les aplica un relevado de esfuerzos.
Sub-clasificación del tipos de conexiones tipo lisas
HD-533
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Perfiles de roscas API y Premium
Espacios para rellenar con grasa API
Contacto Metal-Metal que desarrolla una presión de contacto
para prevenir fugas
rosca redonda rosca buttress Sello de interferencia radial
Conexión PremiumConexiones API
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Roscas Premium o Propietarias
üSello entre Roscas.- Se realiza mediante la interferencia de los hilos de la rosca al desplazarse durante el apriete hasta alcanzar su torque. El sello se lleva a cabo con la grasa aplicada, la cual rellena los microhuecos entre los hilos.
üSello Metal-Metal.- El sello se origina por la opresión de los planos deslizantes adyacentes.
üSello Resilente.- Es mediante un anillo de teflón o materiales similares (presiones bajas), y es recomendable para barreras contra la corrosión.
Tipo de sellabilidad
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ü Resistencia a la tensión
ü Resistencia a la compresión
ü Resistencia a la presión interna del orden del 100%
ü Resistencia al colapso del orden del 100%
ü Resistencia a la flexión que se utilizan para pozos direccionales, dirigidos y horizontales.
ü Fácil de alineación y enchufe rápido
ü Aprietes rápidos
ü Alto nivel de sellabilidad
ü Diseño interior para eliminar posible turbulencia
Rosca Premium
Características
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Rosca Premium
Características generalesSello metal-metal
Hombro para Torque
Perfil Tipo Buttress Modificada
Cople
Tubo
Nariz piñón
Cople
Rosca Tubo
Rosca Cople
Conexión Tenaris MS 7” x 18 lbs
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Donde:
Efc-tensión = Eficiencia de la conexión a la tensión con respecto al cuerpo del tubo (porcentaje).
Ascc = Área de la sección crítica de la conexión (pg2).
Asct = Área de la sección crítica del cuerpo del tubo (pg2).
Eficiencia de la conexión
Eficiencia a la Tensión
Ascc
Asct
Efc-tensión = X 100
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Donde:
Efc-compresión = Eficiencia de la conexión a la tensión con respecto al cuerpo del tubo (porcentaje).
Efc-tensión = Eficiencia de la conexión a la tensión (fracción).
Eficiencia de la conexión
Eficiencia a la Compresión
Efc-compresión = (0.5) Efc-tensión (100)
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Ejemplo de eficiencia de la conexión
Datos:Diámetro exterior de la tubería = 9 7/8” = 9.875”
Diámetro interior de la tubería = 8.625”
Área de la sección crítica de la conexión = Ascc = 12.369 pg2
Cálculo del área de cuerpo del tubo:Asct = π(9.8752- 8.6252)/4 = 18.162 pg2
Calculo de la eficiencia a la tensión de la conexión:Efc-tensión = (Ascc/Asct)(100) = (12.369/18.162)(100) = 68 %
Cálculo de la eficiencia a la compresión:Efc-compresión = (0.5)(Efc-tensión)(100) = (0.5) (.68) (100) = 34%
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Conceptos generales de conexiones TenarisTamsa 19
Donde:
θconexión = Flexión de la conexión (grados/30 m).Efc-compresión = Eficiencia de la conexión a la compresión.
θtubo = Flexión de la tubería (grados/30 m).
Eficiencia de la conexión
Eficiencia a la Flexión
θconexión = (Efc-compresión) (θtubo)
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Conceptos generales de conexiones TenarisTamsa 20
Donde:
θtubo = Flexión de la tubería (grados/30 m).
σy = Esfuerzos a la cedencia de la tubería (psi).De = Diámetro exterior (pg).
Eficiencia de la tubería
Eficiencia a la Flexión
σy
211 (De)θtubo =
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Ejemplo de eficiencia a la flexión
Datos:Diámetro exterior de la tubería = 13 3/8” = 13.375”
Esfuerzo a la cedencia = 110,000 psi
Efc-compresión = 38%
Cálculo de la flexión del cuerpo del tubo:θtubo = σ/(211)(De) = (110,000) / (211) (13.375) = 39°/30 m
Cálculo de la flexión de la conexión:θconexión = (Efc-compresión)(θtubo)(100) = (0.38)(39)(100) = 15°/30 m
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Apriete
PIN
BO
X
TOR
QU
E
No hay interferencia Interferencia de la rosca y el sello
Rotación sobre el hombro
caja
caja
caja ca
ja caja
piñó
n
piñó
n
piñó
n
piñó
n
piñó
n
Sobretorque
Apriete - Energía
Deformación plástica del hombro
No.VUELTAS
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Conceptos generales de conexiones TenarisTamsa 23
Tabla de eficiencia de las conexionesAcopladas
Lisas Formadas Recalcadas
Tensión
Compresión
Presión Interna
Colapso
100 %
100 %
100 %
100 %
65 %
35 %
100 %
100 %
70 %
40 %
100 %
100 %
100 %
100 %
100 %
100 %
Integrales
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Conexiones en el mercado Nacional
Clasificación de la conexión
Integrales
Formadas
Recalcadas
Lisas
API Tenaris - Hydril VAM
Acopladas
Tubing
8HRR
Casing
BCN
Tubing
HD 563ANTARES MS
TENARIS BLUE
HD 533HD 553
ANTARES PJD
HD 511HD 513
Casing
HD 563ANTARES MS
TENARIS BLUE
HD 521HD 523HD SLX
HD MAC II
HD 511HD 513
Tubing
MVAMVAMTOP
VAM FIT
VAM FJL
Casing
MVAMDINO VAM
VAM SLIJII
VAM FJL
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Tabla de referencia conexiones Premiun y SemipremiumFABRICANTE DE LA
CONEXIONNOMBRE DE LA
CONEXIONDIAMETRO EXTERNO TIPO METODO DE
FABRICACIONTIPO DE SELLO
ANTARES MS (AMS) 2 3/8 - 14 HS TC MANTARES MS28 (AMS28) 2 3/8 - 9 5/8 HS TC MANTARES ER 7 - 24 1/2 SP TC TAMS XT/XC 4 1/2 - 13 3/8 HC,HS TC MPJD 2 3/8 - 4 1/2 SL UPST M
ATS ATS 13 3/8 - 20 SP TC TRTS-6 5 - 5 1/2 SL UPST MRTS-8 5 - 8 5/8 SL UPST MHDL 2 3/8 - 20 FL SWG MNJO 4 1/2 - 14 SL SWG/UPST M,RANJO 41/2 - 13 5/8 SL SWG/UPST M,RBIG HDL 16 FL SWG MBIG NJO 10 3/4 - 20 SL SWG/UPST M,RSTL 2 3/8 - 15 FL SWG M,T,RSTM 5 - 13 3/8 HS TC M,T,RTC4S 1 1/4 - 11 3/4 HS TC M,T,RFL4S 2 1/16 - 13 5/8 FL SWG M,T,RFL21/31 5 - 11 3/4 FL SWG M,RTCII 2 3 /8 - 13 5/8 HS TC M,RCQS 5 - 10 3/4 HS TC M,RBTB 7 - 20 SP TC T,R
BRITISH STEEL GEM 16 - 20 SP TC TGB-TCC 5 - 20 API TC TGB-BUC 5 - 20 API WELD TGB-3 14 - 20 SP TC TSEAL-LOCK-HC 4 1/2 - 13 5/8 HC,HS TC MSEAL-LOCK-APEX 4 1/2 - 13 5/8 HS TC MHW SEAL LOCK 4 1/2 - 10 3/4 HW,HS TC MBIG "O" SEAL-LOCK 13 5/8 - 24 1/2 HS,SP TC MFLUSH SEAL-LOCK 2 7 /8 - 13 5/8 FL SWG MBOSS 9 5/8 - 20 HS,SP TC TTYPE 521 4 - 18 5/8 SL SWG TTYPE 563 2 3/8 - 18 5/8 SL TC MTYPE 503 2 3/8 - 4 1/2 SL UPST MSUPREME LX 4 1/2 - 13 5/8 SL SWG MMAC 5 - 10 3/4 SL SWG/UPST MMACII 5 1/2 - 16 SL SWG/UPST M
HYDRILL
DALMINE
A.B.
G.B. TUBULARS
HUNTING INTERLOCK
GRUPO DE CONEXIONES CON CARACTERISTICAS SIMILARES
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Tabla de referencia conexiones Premiun y SemipremiumFABRICANTE DE LA
CONEXIONNOMBRE DE LA
CONEXIONDIAMETRO EXTERNO TIPO METODO DE
FABRICACIONTIPO DE SELLO
KAWASAKI FOX 4 1/2 - 13 5/8 HS TC MBDS 4 1/2 - 13 3/8 HS TC MHPC 4 1/2 - 16 HW TC MMUST 5 1/2 - 10 3/4 HS UPST/TC MMID OMEGA 9 5/8 - 13 5/8 SP TC TBIG OMEGA 14 - 26 SP TC TNS-CC 4 1/2 - 14 HS TC MNS-HW 5 1/2 - 10 3/4 HW TC MNS-HC 5 1/2 - 10 3/4 HC TC MTenaris 3SB 2 3/8 - 13 5/8 HS TC MNH2SC 5 - 10 3/4 HS TC MNKEL 2 7/8 - 4 1/2 SL UPST MNKFJ1 4 1/2 - 5 1/2 SL UPST MNKFJ2 4 1/2 - 7 3/4 SL SWG MTenaris HW 5 - 14 HS UPST MTenaris HWC 5 - 14 HS TC MSEC-ST 2 3/8 - 13 3/8 HS TC MSEC-FR 2 3/8 - 13 3/8 HS TC M,RNEW VAM 2 3/8 - 13 3/8 HS TC MVAM ACE 2 3/8 - 13 3/8 HS TC MVAM TOP 5 - 13 3/8 HS TC MVAM FJL 2 3/8 - 11 7/8 FL SWG MVAM SL 5 - 11 3/4 SL TC MVAM HW 5 - 14 HW TC M
TC = ROSCADO CON COPLE FL = DIAMETRO EXTERNO SIMILAR AL TUBOUPST = RECALCADO HC = ALTA COMPRESIONSP = SEMI-PREMIUM M = SELLO METAL-METALHW = ESPESOR GRUESO T = SELLO EN ROSCAHS = ALTA TENSION R = SELLO ELASTICOSL = DIAMETRO EXTERNO LIGERAMENTE SWG = SUAJEADO
SUPERIOR AL TUBO SS = SERVICIO AMARGO
NOTA: Esta tabla es solo como referencia para relacionar aquellas conexiones que tienen características similares por su tipo, método de fabricación y tipode sello. Para mayores detalles consultar a Roscas Premium (TAMSA/ROSP).
SIDERCA
GRUPO DE CONEXIONES CON CARACTERISTICAS SIMILARES
VAM
MANNESMANN
NIPPON
NKK
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üLubricar adecuadamente durante el apriete para prevenir el desgarre de los hilos de la roscas.
üTener propiedades de sellabilidad para prevenir fugas a temperaturas máximas de 150° C y evitar su degradación (ni cambios de volumen y verse fluida).
üTener capacidad para rellenar microhuecos y evitar fugas en las roscas API (casing-BCN) (tubing-8HRR) para altas presiones (ejemplo: 10,000 psi).
Grasa para roscas
Características generales
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üNo deberá secarse, endurecerse, evaporarse u oxidarse lo cual puede cambiar sus propiedades.
üSer resistente a la absorción del agua.
üDeberá ser fácilmente aplicable con brocha en todas condiciones climatológicas y principalmente en regiones árticas.
üNorma aplicable API RP 5A3
Grasa para roscas
Características generales
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üAplicación de la conexión HD533 y TenarisPJD en aparejos de producción de 3 ½”, los cuales se utilizan para perforar y posteriormente dejarla como aparejo tipo tubing less.
ü Aplicación de tubería de diámetro medio con conexiones especiales para perforar –casing drilling-.
üAplicación de conexiones especiales como la HD513 para pozos direccionales, de alto ángulo y horizontales, donde pueda requerirse el poder rotarla.
Aplicaciones tecnológicas en roscas
Características generales