Conexiones API de Tubulares Empleados en el campo petrolero

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Schlumberger Public

Conexiones API de Tubulares

Empleados en el campo petrolero

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Conexiones Tubulares del (API)

• Temas a cubrir en éste Módulo:

• Fundamentos del diseño de acoples

• Tipos principales de roscas de conexión

• Fortalezas y debilidades de los conectores

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Conexiones

Método para unir Dos Piezas de Tubería

Con Soldadura

Con Tornillos o Pernos Embonado

Con Roscas Macho Y Hembra Con Unión de Brida

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§ Tiene la misma o mayor fuerza axial que el cuerpo de la tubería.

§ Acepta las mismas cargas de doblamiento que el cuerpo de la tubería y

§ Tiene el mismo desempeño con la presión que la tubería

Conexiones

LA TEORÍA

LA REALIDAD

El 90% de las fallas en la TR ocurren en la conexión.

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Principio del Diseño de Conexiones

Funcionan como un ajuste por fricción.

La fuerza hacia abajo se convierte en componentes vertical y horizontal.

La interferencia proporciona integridad a la presión.

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1. Rosca API de Tubería de Conducción :

Forma en V, perfil de rosca truncada en tubo y acople,

2. Rosca API Redonda para Tubería de Revestimiento y de Producción: Perfil de Rosca Redonda. Tipos: Rosca

Larga y Rosca Corta,

3. Rosca “Buttress” para TR y de producción: Rosca ACME Modificada con forma trapezoidal de 29o_,

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La Rosca de la Tubería de Conducción del API está externamente

encordada en ambos extremos del tubo plano (sin refuerzos). Los tramos tubulares se unen con un acople provisto de roscado interno.

El perfil de la rosca tiene cuerda y raíces truncadas con un ángulo de 30o

respecto a la vertical del eje de la tubería; tiene 8 roscas por pulgada y un ahusamiento de 0.75” por pie.

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Definiciones

APRETADA A MANO: Punto en el cual se obtiene la separación nominal “A” con la mínima interferencia mecánica

APRETADA

CON POTENCIA: Cuando la cara del piñón o de la caja avanza hacia el plano del punto de desvanecimiento.

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Extracto del Documento API 5B

Line pipe Dimensions (API 5b table 3 pp 5)

SIZE

MAJOR

DIA TPI

END OF PIPE TO HANDTIGHT PLANE EFFECTIVE THREADS END OF PIPE TO VANISH PLANE

END OF PIPE TO COUPLING CENTER POWERTIGHT LENGTH FACE OF COUPLING TO HANDTIGHT PLANE HAND TIGHT STANDOFF TURNS MIN LENGTH FULL THREADS

D4 L1 L2 L4 J M A Lc

6 6.625 8 0.958 1.5125 1.9462 0.4913 0.7382 2 1.0092 8 8.625 8 1.063 1.7125 2.1462 0.4788 0.8332 2 1.2092 10 10.75 8 1.21 1.925 2.3587 0.5163 0.8987 2 1.4217 12 12.75 8 1.36 2.125 2.5587 0.5038 0.9487 2 1.6217

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Ejercicio de Clase

Hacer referencia al dibujo de la rosca y a la tabla para LP de 8” 1.¿Qué tanto debe entrar el piñón en la caja cuando se

encuentra en la posición apretada básica?

2. ¿Qué tanto más puede entrar el piñón en la caja antes de que ocurra algún daño? (distancia y vueltas)

3. ¿Qué sucede si se ajusta más de lo anterior?

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Ejercicio (Conexión-1)

Si se pudiera desenrollar el acople y extenderlo, ¿cómo se

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Solución al Ejercicio (Conexión-1)

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Solución al Ejercicio (Conexión-1)

La rosca perfecta total es de 1.6217 pulgada de longitud.

En 1.6217 pulgadas, el diámetro se reduce en 1.6217 x 0.75 /

12 ó de 12 a 11.89. El promedio es 11.95 pulgadas

Cada vuelta se desenrolla (Pi)xD ó 3.14 x11.95 = 37.54 pulg.

1.6217 pulg. tiene 8 vueltas / pulgada ó sean 12.97 vueltas

que es igual a 12.97 x 37.54 = 487 pulgadas en total

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Limitaciones de la Rosca Redonda API

•No es adecuado para gas. Con el tiempo siempre se presentarán fugas.

•Fugas en el Plano E₁

• Tiene una cantidad muy corta de rosca enganchada.

•Propenso a desconectarse en grandes diámetros y en hoyos desviados

• Tiene una trayectoria de fuga.

• Tiene un perfil de rosca de 30 grados.

•Propenso a desconectarse con carga axial

• Tiene un perfil delicado de rosca.

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La Rosca Redonda API de Tubería de Revestimiento es nominalmente

idéntica a la rosca de tubería de conducción

El perfil de la rosca tiene hilos y

raíces redondeadas con un ángulo de 30° con la vertical al eje de la tubería. Tiene 8 cuerdas o hilos por pulgada y un ahusamiento de 0.75” por pie en la conexión corta, STC.

En la conexión larga, LTC el avance

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Detalles de la Rosca Redonda

Acople API de rosca redonda: ocho hilos o cuerdas redondas por pulgada, con perfil en forma de V con un ángulo de 60 grados

entre las caras. El ahusamiento de la rosca es de ¾” por pié de diámetro, para todos los tamaños de tubería. La cresta y las

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Falla de la Rosca API

• La rosca puede explotar, colapsar o fallar en

tensión/compresión.

• Las resistencias al estallido, colapso y fugas

están cubiertas en la norma API 5C3.

• Bajo tensión, la rosca redonda falla porque la

tubería se parte, el cuerpo de la rosca falla, la

rosca se desconecta o el acople falla. Es

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Ejercicio: TR de 7” OD, 32 lbs/pie , Conexión STC

Para una tubería de revestimiento de 7 pulg, 32lb/pie, grado L-80, conexión API Redonda STC,

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Solución al Ejercicio

Falla en el acople 852 kilo libras

Resistencia en la Tubería 745 Kilo libras Resistencia a la Fractura

en el Acople 701 Kilo libras

Adherencia de las Uniones 601 Kilo libras

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La Tubería de Revestimiento de Rosca Butress API (BTC) está enroscada

externamente en ambos extremos de la

tubería plana. Los tramos se unen entre sí con un acople independiente con roscas internas.

El perfil de la rosca tiene crestas planas y raíces paralelas al cono ahusado con ángulos de 3° y de 10° con la vertical al eje de la

Plano de punto de fuga

Base del triángulo de sello

Posición básica de apretada a mano

Apretado básico de Potencia Apretado básico a mano

Distanciado de Apretada a Mano A₁ = 0.200” Todos los tamaños A2 = 0.300” Todos los tamaños

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Rosca “Buttress” API

La rosca Buttress tiene forma cuadrada, con cinco hilos por pulgada y con un ahusamiento de la rosca de ¾ pulgadas por pie en tubería de revestimiento hasta de 7 5/8” de 1” por pie en tubería de revestimiento de 16 pulgadas o mayor. Las tramos de tubería individuales tienen roscas en ambos extremos y están unidas mediante acoples tipo “Buttress” trapezoidal.

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Detalles de la Rosca “Buttress”

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Dimensiones de la Rosca “Buttress”

Buttress Dimensions (API 5b table 9 pp 11)

SIZE MAJOR DIA TPI PERFECT THREADS END OF PIPE TO VANISH PLANE PITCH DIAMETER

END OF PIPE TO COUPLING CENTER POWERTIGHT LENGTH PIN TO TRIANGLE BASE HAND TIGHT STANDOFF TURNS MIN LENGTH FULL THREADS

D4 L7 L4 E7 J M A Lc

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Fugas en los Acoples

• Cuando un acople se aprieta, hay presión en el

piñón y en la caja como resultado del ajuste.

• Cuando se aplica presión dentro de la la tubería,

hay una fuerza adicional que se aplica a la

conexión.

• Cuando la presión total en la tubería es mayor a

la suma de las dos presiones de la conexión, se

produce un fuga en la conexión.

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Ejercicio

¿Cuál es la resistencia a las fugas en el plano E₇para una rosca “BTC” de un revestimiento de 13.375”, 72#, L-80? ¿Cuál es la resistencia al estallido en el tabulado?

Hay que notar que la resistencia nada tiene que ver con peso o grado del acero; sólo con las dimensiones de la conexión. Todos los pesos y grados tienen fugas iguales.

Respuesta:

La resistencia a las fugas es de 4,932 psi

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Resistencia a las Fugas en Tubería de

Revestimiento con conexión BTC

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Ventajas y Desventajas de la Rosca “BUTTRESS”

•Mayor que la API Redonda.

• Tiene un hombro de Carga Cuadrada y Grande.

•Generalmente es mayor que el cuerpo del tubo.

• Presenta Trayectoria de fuga.

• Las roscas perfectas están en la nariz del piñón.

•Fuerte en cargas axiales y de flexión

• Tiene una cantidad relativamente pequeña de hilos.

•Propensa a “montarse” o “atascarse” al ser enroscada en diámetros grandes

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Ventajas y Desventajas de la Conexión XL

•Siempre que la fuerza de fricción del enrosque sea mayor que la presión interna, no se producirán fugas.

• Cuenta con Hombro de Carga Cuadrada y Grande.

•La rosca lleva carga axial y no de presión.

• No presenta trayectoria de fuga.

• El sello se encuentra en la punta del piñón.

•Propenso a dañarse

•No pierde fuerza de sellado en carga axial ni de flexión.

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Conexión Vallourec NEW VAM para tubería de Revestimiento

La Conexión NEW VAM de Tubería de Revestimiento tiene rosca

externa en ambos extremos de la tubería plana. Los tramos

independientes se unen mediante un acople de rosca interna con un hombro de torsión interna y un sello de metal a metal.

Las roscas NEW VAM son

compatibles con las conexiones anteriores VAM, VAM ATAC, VAM AG y VAM AF.

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