Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores
IPM
1
Conexiones API
Schlumberger Public
Conexiones API de Tubulares
Empleados en el campo petrolero
Conexiones Tubulares del (API)
• Temas a cubrir en éste Módulo:
IPM
Fundamentos del diseño de acoples
Tipos principales de roscas de conexión
Fortalezas y debilidades de los conectores
Resistencia a las Fugas en los Conectores
2
Conexiones API
Schlumberger Public
•
•
•
•
Conexiones
Método para unir Dos Piezas de Tubería
Con Roscas Macho Y Hembra
Con Tornillos o Pernos
Con Unión de Brida
Embonado
Etc., Etc.
3
Conexiones API
Schlumberger Public
IPM
Con Soldadura
Conexiones
LA TEORÍA
§
§
LA REALIDAD
El 90% de las fallas en la TR ocurren en la conexión.
TODAS LAS CONEXIONES DE LA TUBERÍA
DE REVESTIMIENTO SON UN PUNTO DE FALLA POTENCIAL
IPM
4
Conexiones API
Schlumberger Public
§
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
Principio del Diseño de Conexiones
Funcionan como un ajuste
por fricción.
La interferencia proporciona
integridad a la presión.
Al agregar roscas se
agrega protección al
desacople por tensión .
¿Qué factores afectan el desempeño de la conexión?
IPM
5
Conexiones API
Schlumberger Public
La fuerza hacia abajo se
convierte en componentes
vertical y horizontal.
Tipos de Conexiones API
1.
Rosca API de Tubería de Conducción :
Forma en V, perfil de rosca truncada en tubo y acople,
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,
4.
Rosca “Extreme Line” o Conexión Integral para TR y
tubería de producción: Rosca ACME modificada con
Sello de metal a metal.
IPM
6
Conexiones API
Schlumberger Public
2.
Nomenclatura
Schlumberger Public
IPM
7
Conexiones API
Conexiones: Rosca de Tubería de Conducción
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.
IPM
8
Conexiones API
Schlumberger Public
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.
Rosca API de Tubería de Conducción
Schlumberger Public
IPM
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Conexiones API
Definiciones
APRETADA A MANO: Punto en el cual se obtiene la separación
nominal “A” con la mínima interferencia
mecánica
CON POTENCIA:
Cuando la cara del piñón o de la caja
avanza hacia el plano del punto de
desvanecimiento.
TODAS LAS ROSCAS API ESTÁN DISEÑADAS PARA AJUSTARSE
CONFORME A LA POSICIÓN, NO A LA TORSIÓN.
IPM
10
Conexiones API
Schlumberger Public
APRETADA
Extracto del Documento API 5B
Line pipe Dimensions (API 5b table 3 pp 5)
6
8
10
12
D4
6.625
8.625
10.75
12.75
TPI
8
8
8
8
L1
0.958
1.063
1.21
1.36
L2
1.5125
1.7125
1.925
2.125
L4
1.9462
2.1462
2.3587
2.5587
Lc = L4-0.937
IPM
11
Conexiones API
J
0.4913
0.4788
0.5163
0.5038
M
0.7382
0.8332
0.8987
0.9487
HAND
TIGHT
STANDOFF
TURNS
A
2
2
2
2
MIN
LENGTH
FULL
THREADS
Lc
1.0092
1.2092
1.4217
1.6217
Schlumberger Public
SIZE
MAJOR
DIA
END OF PIPE
END OF
TO
PIPE TO
HANDTIGHT EFFECTIVE VANISH
PLANE
THREADS
PLANE
LENGTH FACE
END OF PIPE OF COUPLING
TO COUPLING TO
CENTER
HANDTIGHT
POWERTIGHT PLANE
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?
3. ¿Qué sucede si se ajusta más de lo anterior?
4. ¿Qué significa cuando la torsión es demasiado baja una vez
que se llega a la posición descrita en 2? ¿Qué se debe hacer?
IPM
12
Conexiones API
Schlumberger Public
2. ¿Qué tanto más puede entrar el piñón en la caja antes de
que ocurra algún daño? (distancia y vueltas)
Ejercicio (Conexión-1)
Si se pudiera desenrollar el acople y extenderlo, ¿cómo se
verían el trayecto de la fuga, la sección cruzada y la longitud?
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
Lc=1.6217 para LP
de 12” nominal
Solución al Ejercicio (Conexión-1)
f cs = 0.033 p = 0.033 * 0.125
= 0.0041
f rs = 0.073 p
0.005
1
1
h
Big = bh = 2
h
2
2 tan 60
h2
=
= 0.0000478
tan 60
0.0000381 in2
IPM
14
h2
0.00412
Small =
=
tan 60 tan 60
= 0.0000097
Conexiones API
Schlumberger Public
= 0.0091
Solución al Ejercicio (Conexión-1)
La rosca perfecta total es de 1.6217 pulgada de longitud.
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
El hueco es un trapezoidal con un área
de 0.0000381 pulg2 y 487 pulg de longitud
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
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
Limitaciones de la Rosca Redonda API
•Tiene una trayectoria de fuga.
•No es adecuado para gas. Con el tiempo siempre se
presentarán fugas.
•Fugas en el Plano E1
•Propenso a desconectarse en grandes diámetros y
en hoyos desviados
•Tiene un perfil de rosca de 30 grados.
•Propenso a desconectarse con carga axial
•Tiene un perfil delicado de rosca.
•Propenso a enredarse y a sufrir daño
•Funciona en compresión y en tensión.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
•Tiene una cantidad muy corta de rosca enganchada.
Rosca Redonda API Corta y Larga
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
de la rosca se ha aumentado de 8 a 10
cuerdas o hilos por pulgada para dar
mayor resistencia de adherencia.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
La Rosca Redonda API de Tubería de
Revestimiento es nominalmente
idéntica a la rosca de tubería de
conducción
Detalles de la Rosca Redonda
Schlumberger Public
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
raíces de la rosca están truncados con un radio, proporcionando
un claro creciente de aproximadamente 0.003 pulgadas.
IPM
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Conexiones API
Falla de la Rosca API
IPM
19
Conexiones API
Schlumberger Public
• 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
necesario hacer todos los cálculos para encontrar
cuál es el caso limitante.
Resistencia a la Cedencia
en el Cuerpo de la Tubería
Schlumberger Public
IPM
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Conexiones API
Falla de la Rosca Redonda de 8
Schlumberger Public
IPM
21
Conexiones API
Falla del Acople de Rosca Redonda API
Schlumberger Public
IPM
22
Conexiones API
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,
IPM
23
Conexiones API
Schlumberger Public
¿cuál es la fuerza de las uniones y de las conexiones y
cuál es el mecanismo de falla? (L4= 3.125, M=0.704)
Solución al Ejercicio
Falla en el acople
852 kilo libras
Resistencia en la Tubería
745 Kilo libras
en el Acople
701 Kilo libras
Adherencia de las Uniones
601 Kilo libras
Las roscas redondas son menos eficientes que el cuerpo
del tubo. La rosca LTC (10 Redonda) es mejor pero no
iguala la resistencia del tubo al momento de fallar.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
Resistencia a la Fractura
Conexión “Buttress” API
Posición básica de apretada a mano
Plano de punto
de fuga
Distanciado de Apretada a Mano
A1 = 0.200” Todos los tamaños
A2 = 0.300” Todos los tamaños
Apretado básico de Potencia
Apretado básico a mano
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
tubería, con 5 hilos o cuerdas por pulgada.
Hay un ahusamiento de 0.75” por pie en los
tamaños < 13 3/8”, y un ahusamiento de
0.9996” por pie en los tamaños > 16”.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
Base del triángulo de sello
Rosca “Buttress” API
La rosca trapezoidal tiene la capacidad de transmitir cargas
axiales mayores que la rosca redonda API 8.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
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.
Detalles de la Rosca “Buttress”
Schlumberger Public
QUÉ VENTAJAS Y DESVENTAJAS TIENE LA ROSCA
“BUTTRESS” ?
IPM
27
Conexiones API
Detalles de la Rosca “Buttress”
Schlumberger Public
IPM
28
Conexiones API
Dimensiones de la Rosca “Buttress”
Buttress Dimensions (API 5b table 9 pp 11)
5
7
9.625
13.375
IPM
D4
5.016
7.016
9.641
13.391
29
TPI
5
5
5
5
PERFECT
THREADS
L7
1.7785
2.216
2.5285
2.5285
L4
3.7625
4.2
4.5125
4.5125
PITCH
DIAMETER
E7
4.954
6.954
9.579
13.329
Conexiones API
END OF PIPE
TO COUPLING LENGTH PIN
CENTER
TO TRIANGLE
POWERTIGHT BASE
J
0.4913
0.4788
0.5163
0.5038
M
4 1/16
4 1/2
4 13/16
4 13/16
HAND
TIGHT
STANDOFF
TURNS
A
1
1
1
1
MIN
LENGTH
FULL
THREADS
Lc
1.3785
1.816
2.1285
2.1285
Schlumberger Public
SIZE
MAJOR
DIA
END OF
PIPE TO
VANISH
PLANE
Fugas en los Acoples
IPM
30
Conexiones API
Schlumberger Public
• 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.
• Esto es inherente al diseño de cualquier conexión
roscada que utiliza fuerzas radiales de cojinete.
Resistencia a las Fugas en el Plano “E”
Schlumberger Public
IPM
31
Conexiones API
Ejercicio
¿Cuál es la resistencia a las fugas en el plano E7 para
una rosca “BTC” de un revestimiento de 13.375”, 72#,
L-80? ¿Cuál es la resistencia al estallido en el tabulado?
La resistencia a las fugas es de 4,932 psi
El estallido nominal es de
5,380 (cuerpo del tubo)
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.
IPM
32
Conexiones API
Schlumberger Public
Respuesta:
Resistencia a las Fugas en Tubería de
Revestimiento con conexión BTC
30,000,000 * 0.625 * 2.5 * 0.2 (14.375 2 − 13.329 2 )
=
2 *13.329 *14.375 2
P = 4,932 psi
IPM
33
Conexiones API
Schlumberger Public
E T N p (W 2 − E72 )
P=
2 E7 W 2
Resistencia a las Fugas en Conexiones API
Schlumberger Public
Nota: TABLA 1 de la Spec API - 5C2
IPM
34
Conexiones API
Ventajas y Desventajas de la Rosca “BUTTRESS”
•Presenta Trayectoria de fuga.
•Mayor que la API Redonda.
•Menor resistencia al estallido debido a fugas del plano E7
•Generalmente es mayor que el cuerpo del tubo.
•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
•No funciona bien en compresión.
IPM
35
Conexiones API
Schlumberger Public
•Tiene un hombro de Carga Cuadrada y Grande.
Conexión de rosca API tipo “Extreme Line”, XL
Schlumberger Public
IPM
36
Conexiones API
Ventajas y Desventajas de la Conexión XL
•No presenta trayectoria de fuga.
•Siempre que la fuerza de fricción del enrosque sea
mayor que la presión interna, no se producirán fugas.
•La rosca lleva carga axial y no de presión.
•El sello se encuentra en la punta del piñón.
•Propenso a dañarse
•No pierde fuerza de sellado en carga axial ni de flexión.
•La rosca tiene tolerancias en los flancos del hilo.
•No está propensa a “montarse” o “atascarse” al enroscar.
IPM
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Conexiones API
Schlumberger Public
•Cuenta con Hombro de Carga Cuadrada y Grande.
Conexiones Especiales del Fabricante
Conexión Vallourec NEW VAM para tubería de Revestimiento
Las roscas NEW VAM son
compatibles con las conexiones
anteriores VAM, VAM ATAC, VAM
AG y VAM AF.
IPM
38
Conexiones API
Schlumberger Public
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.
Conclusiones acerca de las Conexiones
IPM
39
Conexiones API
Schlumberger Public
• No existe un conector perfecto.
• Con el tiempo, todas las conexiones que tienen
interferencia en la rosca producen fugas.
• La resistencia a las fugas es función únicamente
de a la geometría de la rosca.
• Las roscas con sello secundario ofrecen la única
conexión verdaderamente sellada a fugas de gas.