Conex i Ones

04.09.08

Conceptos generales de conexiones

David Hernández MoralesServicios Técnicos Petroleros

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



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



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.



Tipos de conexiones

Acopladas

Lisas

Formadas

Recalcadas

Integrales



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



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.




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).




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



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.


HD-SLX

HD-521



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.


HD-533



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



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



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



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



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



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 a la Compresión

Efc-compresión = (0.5) Efc-tensión (100)



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%



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 a la Flexión

θconexión = (Efc-compresión) (θtubo)



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 =



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



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



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



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



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



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



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



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




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


04.09.08

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