MX2014014178A - Conexion de tuberia. - Google Patents

Abstract

Un oleoducto incluye un par de secciones de tubería con los extremos (20, 22), conectados juntos mediante roscas, los extremos de tubería tienen los apoyos axial y radial que se sitúan más allá de los extremos de la rosca. Los apoyos son localizados para estabilizar un arreglo de sellado de extremidad y para mejorar la capacidad para resistir la deformación mientras utiliza una longitud más corta de rosca. Las roscas más cortas (24, 28) permiten que sean utilizados los extremos de tubería de espesores de pared más pequeños. En los apoyos, cada extremo de tubería tiene una extremidad (40A, 40B) que es desviada para entrar en una ranura a medida que se acoplan los extremos de tubería. La figura más representativa de la invención es la número 1.

Description

CONEXION DE TUBERIA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los oleoductos son comúnmente construidos al conectar juntas secciones de tubería, cada una es de aproximadamente 12.32 metros (40 pies) de longitud, girando una sección de tubería para conectar su rosca cónica con una rosca cónica de la otra sección de tubería. Es bien conocido en el diseño de cuerda o rosca que la mayoría de las cargas aplicadas a las roscas son aplicadas a través de las primeras roscas. Más allá de los extremos opuestos de las roscas, las secciones de tubería son selladas juntas mediante apoyos donde se apoyan entre sí las superficies que se orientan en dirección axial o las superficies que se orientan en dirección radial de las secciones de tubería para ayudar a sellar la unión o junta de tubería. El sellado adicional es obtenido al formar cada extremo de tubería con una extremidad que sobresale más allá del apoyo de orientación axial y hacia una ranura formada en la otra sección de tubería. Para obtener un buen sellado, las extremidades tienen que colocarse de manera muy estrecha dentro de las ranuras. Sería de valor un oleoducto resistente con el acoplamiento de las secciones de tubería de un pequeño espesor de pared, y con un buen sellado en los extremos de sección de tubería.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad de la invención, las secciones de tubería se proporcionan para una conexión roscable, las cuales son de un pequeño espesor de pared, que tienen una alta resistencia axial y de flexión, y que proporcionan un buen sellado de fluido. Cada una de las secciones de tubería tiene una rosca de una pequeña longitud axial con grandes separaciones entre los extremos de rosca y los apoyos en los extremos de las secciones de tubería.

Las secciones de tubería se sellan juntas mediante extremidades, cada una de las cuales se forma en el extremo de una sección de tubería y que se sitúan en una ranura formada en el extremo de la sección de tubería de acoplamiento. Cada extremidad se extiende 360° alrededor de un círculo, y cada ranura se extiende en un círculo, alrededor del eje de tubería. Para un buen sellado, las extremidades se colocan con un ajuste con apriete dentro de la ranuras. Cada extremidad es desviada, de manera secuencial, en alineación con una ranura mediante la pared interna cónica de tubería que conduce hacia una superficie de apoyo radial, de modo que las secciones de tubería se vuelven completamente acopladas, los apoyos de apriete radial desvían las extremidades y las ranuras en alineación precisa.

Las nuevas características de la invención son señaladas con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. La invención será mejor entendida a partir de la siguiente descripción cuando es leída en conjunto con las figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista lateral en corte de las porciones acopladas de extremo de las secciones de tubería de un oleoducto, que muestra sólo un lado de la sección en corte que es tomada a lo largo del eje del oleoducto.

Las Figuras 2-5 son vistas en corte de una porción del oleoducto de la Figura 1, que muestran cómo es alineada una extremidad con una ranura durante el acoplamiento de las secciones de tubería.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La Figura 1 muestra un oleoducto 10 que incluye dos secciones de tubería 12, 14 las cuales tienen los extremos de tubería 20, 22 que son totalmente acoplados en una conexión de tubería 51. Los extremos de tubería incluyen un extremo de tubería radialmente exterior (con respecto al eje de tubería 16), o caja 20, y un extremo de tubería radialmente exterior, o perno 22, que son conectados en serie a lo largo del eje de oleoducto 16. Las secciones de tubería tienen las roscas cortas de tubería 24, 28 de forma cónica (de disminución de radio). Una rosca común NPT (rosca cónica nacional) tiene un ángulo de conicidad A de aproximadamente 3o (1.6° a 4o).

Los extremos acoplados de cada sección de tubería tienen los apoyos donde se apoyan las superficies radial y axial de dos extremos de tubería. La Figura 1 muestra los apoyos de orientación axial o radial 32, 36 junto a los apoyos exterior y axial 34, 30 junto al interior de las secciones de tubería. El par de los extremos de tubería es acoplado al forzar que las roscas de una sección de tubería carguen las roscas de esta sección de tubería en las roscas de la otra sección de tubería de acoplamiento, girando una sección de tubería, de modo que las cargas axiales en los apoyos 32, 36 y 30, 34 son forzadas para apoyarse entre sí. La conexión de tubería 51 tiene los extremos opuestos 53, 55 en los apoyos que se orientan en dirección axial 32, 36.

Cada sección de tubería también tiene las extremidades 40A, 40B (pequeñas proyecciones de tubería que incluyen la superficie 68) que tienen extremos que se colocan dentro de las ranuras 42, que sellan contra la fuga o escape de fluidos. La extremidad 40A se sitúa en el lado derecho de la Figura 1, donde el lado radialmente exterior del oleoducto es el espesor más pequeño R. La extremidad 40B se sitúa en el lado izquierdo de la Figura 1, donde el lado radialmente interior del oleoducto es el espesor más pequeño W. Cada extremidad se extiende en un círculo de 360° alrededor del eje 16 y sella contra las paredes de 360° de la ranura. Los salientes de apriete radial que se orientan en dirección radial 68, 69 y 66, 67, que se sitúan adyacentes a las ranuras en la extremidad, alinean y estabilizan estas superficies de apriete de extremidad y también ayudan a que cada extremo de una sección de tubería lleve las cargas en la flexión del oleoducto, para incrementar la resistencia en la flexión sin una carga axial significante de las roscas. Cada uno de los salientes, que se orientan en dirección radial 66-67, 68-69, es cilindrico y se extiende 360° alrededor del eje de tubería.

Una larga distancia axial M entre los apoyos que se orientan en dirección axial 32, 36 y 30, 34 es deseable para resistir la flexión del oleoducto y para mejorar el apoyo axial. La distancia más larga M mejora la resistencia a la flexión puesto que proporciona un brazo de momento más grande para los apoyos radiales (68, 69 y 66, 67) en las secciones de tubería 12, 14, lo cual mejora la resistencia de flexión de la tubería. El apoyo axial es mejorado a medida que la distancia más larga M aumenta la distancia E y F entre los extremos de las roscas y los apoyos axiales. Esta distancia más larga permite que ligeras imperfecciones en las dimensiones E, F de. los extremos de tubería minimicen el efecto sobre la variación de la carga deseada de apoyo axial. Esta variación de carga de apoyo axial es mejorada mediante las dimensiones más largas E y F que las dimensiones opuestas E y F en el perno y la caja que se dirigen hacia una tensión y compresión cuando se alcanza la carga de apoyo axial. Las secciones E y F son de tipo de resortes definidos por su área en sección transversal, módulo elástico y longitud. Cuando es más grande la longitud, estos "resortes" se ajustan mejor a cualquier imperfección axial en sus dimensiones de longitud. De esta manera, cuando se tienen longitudes más largas es más fácil obtener al menos algún mínimo de apriete deseado con las tolerancias razonables de maquinado.

Las roscas 24, 26, que conectan los extremos de sección de tubería, son cada una de una longitud corta L si se compara con la longitud M entre las superficies de apoyo axial. Los espacios axialmente alargados 50, 52 de las longitudes E y F son dejados entre cada extremo de una rosca y un apoyo adyacente en el extremo de conexión. Cada espacio axialmente alargado E y F incluye una parte ancha de separación 62, 64 entre las secciones interior y exterior de tubería, y también incluye los salientes de apriete en 66, 67 y 68, 69 los cuales forman apoyos que se orientan en dirección radial. Cada una de las longitudes E y F es al menos del 25% de la longitud M entre los apoyos en los extremos opuestos de la conexión.

El uso de las roscas de conexión 24, 26 de longitud corta (en una dirección paralela al eje de oleoducto 16) tiene la ventaja que origina paredes de sección de tubería de un pequeño espesor radial. A lo largo de la longitud de rosca cónica L, el espesor crece del espesor en B al espesor en C. El incremento en el espesor (C-B) es igual al seno del ángulo de conicidad de rosca A tal como 3o veces la longitud de rosca L. En un ejemplo, el espesor mínimo de pared exterior de tubería B es de 12.7 mm (0.5 pulgadas), y la longitud de rosca L es de 15.24 cm (6 pulgadas). El seno de 3o (0.05) veces 15.24 cm (6 pulgadas) es de 7.62 mm (0.3 pulgadas). Por lo tanto, el espesor de pared de tubería crece en 7.62 mm (0.3 pulgadas) a lo largo de la longitud de rosca L. Si cada una de las roscas 24, 26 se extiende la longitud total de la distancia M, que es de 2.6 veces la longitud corta de rosca L entonces, el espesor de pared se incrementaría en 20.32 mm (0.8 pulgadas) en lugar de 7.62 mm (0.3 pulgadas). La disminución en el espesor máximo de pared de 12.55 mm (0.5 pulgadas), de 33.02 mm (1.3 pulgadas) a 20.32 mm (0.8 pulgadas), ahorra un costo considerable al reducir la cantidad de acero que será utilizada y el peso de la tubería que será soportada.

La solicitante prefiere utilizar las roscas 24, 26 de una longitud L no mayor del 60%, y de preferencia, no mayor del 50%, de la distancia M. La distancia M es la distancia entre los apoyos axiales tales como 30, 34 y 32, 36 de la conexión de tubería 51.

Las Figuras 2-5 muestran cómo la solicitante instala una extremidad 40A de un extremo de sección de tubería en la ranura 42 de otro extremo de sección de tubería. Después de la instalación, existe un ajuste con apriete radial entre la extremidad y las paredes de ranura que es preferiblemente de 50 a 200 mieras (0.002 a 0.008 pulgadas), entre el espesor no comprimido D de cada extremidad tal como 40A y el ancho radial G de la ranura tal como 42. El ajuste con apriete origina un sello de fluido de metal-con-metal.

La elaboración de estas secciones de tubería depende del tipo de rosca utilizada. En un primer procedimiento, una rosca helicoidal cónica en 24 (Figura 1), embraga, en forma roscada, con otra rosca en 26 cuando un extremo de tubería es girado hacia el otro. En un segundo procedimiento, existen roscas concéntricas cónicas que son embragadas al forzar axialmente las roscas una sobre la otra en un ajuste o colocación predeterminada. Las Patentes de los Estados Unidos 5,954,374 de Gallagher, et al., y 5,964,486 de Sinclair muestran estas roscas concéntricas. Cuando se utilizan roscas helicoidales cónicas, las secciones se juntan moviendo un extremo en la dirección J (Figura 2) hasta que embragan las roscas 24, 26. En este arreglo, la extremidad 40A es posicionada para despejar la superficie de apriete 69. Como es mostrado en la Figura 3, la vuelta o giro de las roscas obliga a que la conicidad 73 se dirija contra la conicidad 72 para comenzar a desviar las paredes de la extremidad. Esto provoca que las superficies de apriete 68, 69 y 66, 67 (Figura 1) se deslicen una sobre la otra en los extremos de las secciones de tubería. El deslizamiento adicional de la extremidad en la dirección J (Figura 4) mueve la extremidad 40A a lo largo de la conicidad de apriete 75. Este apriete provoca que el extremo de tubería 22 se mueva en dirección radial hacia adentro (hacia el eje de oleoducto) y que el extremo de tubería 20 se expanda en dirección radial, con lo cual, la extremidad 40A y la ranura 42 en los lados opuestos se alinean para una entrada adecuada. El giro continúa y obliga a que las extremidades se dirijan hacia las ranuras 42 hasta que los apoyos axiales 32, 36 (Figura 4) y 34, 30 (Figura 1) se apoyen uno sobre el otro.

Cuando se utiliza un segundo procedimiento que involucra la utilización 'de las "roscas concéntricas", las secciones de tubería son insertadas una en la otra, avanzando un extremo en la dirección J (Figura 2). La elaboración del conector cónico concéntrico contra helicoidal es en gran medida la misma, sin embargo, con la rosca concéntrica, la altura de rosca radial es más pequeña que la rosca helicoidal y de esta manera, las roscas no son el primer contacto de apriete entre el perno 22 y la caja 20. El primer contacto de apriete entre el perno 22 y la caja 20 sería entre la conicidad en 72 (Figura 3) de la superficie 69 con la conicidad 73. Las superficies 68 y 69 son forzadas una sobre la otra al aplicar fuerzas axiales externas. Las secciones ahora se deslizan además una sobre la otra y las roscas cónicas comienzan a hacer contacto.

Las roscas cónicas tienen un arreglo único de roscas anchas y angostas que no embragan hasta que estén en su posición constituida (su posición totalmente acoplada). Una fuerza considerable sería requerida para avanzar las roscas en 24, 26 y para avanzar las superficies de apriete, tales como 68, 69 en ambos extremos de las secciones una a través de la otra. De manera adicional, las extremidades tienen que ser forzadas a dirigirse hacia sus ranuras, mientras las roscas cónicas se mueven hacia su embrague inmovilizado final. Cuando las roscas finalmente se acoplan con el apoyo, las superficies axiales serán precargadas contra las inclinaciones opuestas de rosea. Cuando se utiliza un arreglo de rosca concéntrica, es posible reducir, significativamente, la fuerza axial requerida para superar el apriete radial entre las roscas al inyectar fluido presurizado entre las secciones interior y exterior de tubería una vez que los aprietes entre las superficies 68, 69 permitan la presurización. Cuando las extremidades 40 finalmente comienzan a entrar en las ranuras 42 esta presión puede ser incrementada para obligar efectivamente a que las roscas pasen una a través de la otra.

Cuando se instala la extremidad al deslizaría en la dirección J (Figura 2), es deseable que la extremidad entre en la ranura con una buena alineación entre ellas. Las dimensiones radiales de la extremidad y la ranura de acoplamiento son maquinadas, de modo que serán alineadas durante la elaboración cuando sean desviadas por las superficies de apriete, tales como 68, 69 (Figura 1). Por lo tanto, la extremidad de la caja 20 se desviará hacia afuera durante la elaboración mientras la extremidad del perno 22 se desviará hacia dentro. La solicitante construye una pared de guía 69 (Figura 2) con las conicidades en 72 y 75 que desvía la superficie de extremidad 68 radialmente hacia fuera hasta que la extremidad 40A entra en la ranura desviada 42 (Figura 5). Cuando la extremidad entra en la ranura, las paredes de la ranura y la extremidad se desvían y comprimen la extremidad hasta que la extremidad presiona contra ambos del lado radialmente interior 80 y el lado radialmente exterior 82 de la ranura.

La primera extremidad 40A (Figura 1) y el correspondiente extremo de tubería en 68 (Figura 1) se sitúan más cercanos al exterior 14a que al interior de la tubería. Dentro de la ranura 42 del lado derecho, el espesor de extremo de tubería de la parte 90 es de forma T, donde T es al menos de 1.5 veces, y usualmente dos veces la distancia R, R es el espesor de extremo de tubería de la parte 92 fuera de la ranura 42 del lado derecho. Los extremos de la extremidad de los extremos de tubería son siempre más delgados que los extremos de la ranura. Cuando son forzados a interconectarse mediante las secciones de apriete radial 68, 69, 67, 66, siempre será más grande la deformación o esfuerzo en el extremo delgado, y por lo tanto, las extremidades siempre se deforman más que las paredes de la ranura. Debido a esto, la pared de ranura es desviada mucho más de la mitad que la mitad de la desviación radial de la extremidad.

En la posición inicial de la extremidad, mostrada en la Figura 2, antes que la extremidad 40A sea desviada en dirección radial hacia afuera y que la pared de ranura (82) sea desviada hacia dentro, el movimiento axial de la extremidad 40A movería la extremidad, de modo que su superficie exterior 84 no haría contacto con firmeza con la superficie exterior de ranura 82. Sólo cuando la extremidad 40A es desviada en dirección radial hacia fuera y la ranura hacia dentro, por medio de las superficies inclinadas 72, 75 la extremidad 40A haga contacto con la superficie exterior de ranura 82.

La extremidad 40B y la ranura 42 en el segundo extremo 55 de la conexión de tubería 51 son virtualmente imágenes a espejo de la construcción en el primer extremo 53, es decir, en el segundo extremo 53, la extremidad 40B se sitúa en el extremo interior de tubería 22 que es de un espesor radial más pequeño que el extremo exterior de tubería 20. La extremidad es desviada en dirección radial hacia dentro hacia la ranura.

De esta manera, la invención proporciona un oleoducto con extremos conectados en forma roscada, lo cual evita el espesor adicional de pared de tubería y esto permite que los extremos de tubería sean unidos en un buen sello hermético de fluido. Los extremos de tubería tienen las roscas de tubería que unen los dos extremos de tubería, los extremos de tubería tienen los apoyos de embrague radial y axial, y los extremos de tubería tienen las extremidades que entran en las ranuras, cuando es alcanzado el montaje total. Las roscas cónicas que unen los extremos de tubería son de corta longitud, lo cual es posible debido a las superficies de apoyo radial y axial en los extremos axialmente opuestos, con lo cual, se liberan las roscas de las considerables cargas de deformación. Al minimizar la longitud cónica de rosca, la solicitante minimiza el espesor máximo de pared de la tubería. Dependiendo de cuál extremo de la sección de la tubería, cada extremidad y ranura tiene un diámetro inicial más grande o más pequeño (de los ejes del oleoducto) que el diámetro de su diámetro final constituido. El extremo de tubería a partir del cual sobresale la extremidad, tiene paredes de guía que desvían la extremidad de modo que ésta entra en la ranura con una suave desviación.

Aunque las modalidades particulares de la invención han sido descritas e ilustradas en la presente, es reconocido que podrían ocurrírseles modificaciones y variaciones a aquellas personas expertas en la téenica, y en consecuencia, se pretende que las reivindicaciones sean interpretadas para cubrir estas modificaciones y equivalentes.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un montaje de tubería que incluye las primeras y segundas secciones de tubería (12, 14) conectadas en serie a lo largo de un eje de oleoducto (16), las secciones de tubería tienen los extremos de tubería (20, 22) con cada extremo de tubería que tiene un par de apoyos que se orientan en dirección axial y radial (30, 34 y 32, 36; 66, 67 y 68, 69) en donde un apoyo de cada sección de tubería es embragado con un apoyo de otra sección de sección de tubería, y cada extremo de tubería tiene una rosca (24, 26) embragada con la rosca de la otra sección de tubería en donde cada una de las roscas se sitúa entre un par de apoyos, y en donde existe un par de espacios (50, 52) entre las secciones de tubería con cada espacio que se sitúa entre un extremo de la rosca y un apoyo de la misma sección de tubería, caracterizado porque: la longitud axial (L) de cada una de las roscas es menor del 60% de la distancia(M) entre dos apoyos que se orientan en dirección axial (30, 32) de la misma sección de tubería.

2. El montaje de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la longitud axial (L) de cada una de las roscas es menor del 50% de la distancia axial (M) entre los dos apoyos de la misma sección de tubería.

3. El montaje de tuberí de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la longitud axial (E, F) de cada espacio (50, 52) es al menos del 25% de la distancia (M) entre dos apoyos que se orientan en dirección axial de la misma sección de tubería.

4. El montaje de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: un primero de los extremos de tubería (12) forma una extremidad (40A) que se sitúa junto a uno de los apoyos (36), y un segundo de los extremos de tubería (14) forma una ranura (42) que se sitúa junto a uno de sus apoyos (32); la primera sección de tubería tiene una superficie de guía (69) que se extiende principalmente en dirección axial y tiene una parte de superficie radialmente inclinada (75) que es inclinada a partir de una dirección axial para desviar la extremidad en alineación cercana con la ranura.

5. Un montaje de tubería, caracterizado porque incluye las primeras y segundas secciones de tubería que tienen los extremos de tubería (20, 22) conectados juntos en una conexión de tubería (51), con un primer extremo de conexión (53) donde la primera sección de tubería tiene una parte de tubería radialmente exterior (92) de un espesor R y una parte interior de tubería (90) de un espesor más grande T, en donde: en el primer extremo de conexión de tubería (53) el extremo exterior de tubería tiene una extremidad (40A) y el extremo interior de tubería tiene una ranura (42) para la recepción de la extremidad en un ajuste con apriete a medida que los extremos de tubería se mueven juntos a lo largo de un eje de montaje de tubería (16) durante una conexión; el extremo interior de tubería tiene al menos una pared inclinada (72, 75) posicionada para desviar la extremidad en dirección radial hacia fuera en alineación con la ranura a medida que los extremos de sección de tubería son movidos juntos a lo largo del eje durante una conexión.

6. El montaje de tubería de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque: la conexión de tubería (51) tiene un segundo extremo de conexión (55) donde el extremo exterior de tubería (20) es de un espesor más grande que el extremo interior de tubería (22); en el segundo extremo de conexión de tubería, el extremo interior de tubería (22) tiene una extremidad (40B) y el extremo exterior de tubería tiene una ranura (40) para la recepción de la extremidad en un ajuste con apriete, y el extremo exterior de tubería forma una pared inclinada (72, 75) que es posicionada para desviar la extremidad en dirección radial hacia adentro en alineación con la ranura del extremo exterior de tubería.

7. El montaje de tubería de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque: la conexión de tubería tiene un segundo extremo de conexión (55) donde el extremo exterior de tubería (20) es de un espesor más grande que el extremo interior de tubería; la conexión de tubería tiene las roscas cónicas (24, 26) que unen los extremos de tubería a lo largo de una distancia (L), y la conexión de tubería tiene espacios de longitud E, F entre cada extremo de las roscas y los extremos de conexión; los espacios de las longitudes E, F son cada uno mayor del 25% de la longitud total (M) de la distancia L más las longitudes E más F.

8. Un montaje de tubería que incluye las primeras y segundas secciones de tubería (12, 14) conectadas en serie a lo largo de un eje del oleoducto (16) por medio de una conexión (51) que tiene los extremos opuestos de conexión (53, 55) en los cuales las secciones de tubería tienen los apoyos adyacentes que se orientan en dirección axial (30, 34 y 32, 36), y con cada extremo de tubería que tiene una rosca (24, 26) embragado con la rosca de la otra sección de tubería a lo largo de una longitud axial L y en donde las secciones de tubería forman espacios (50, 52) de las longitudes E y F en cualquier lado de las roscas entre los extremos de las roscas y los correspondientes extremos (53, 55) de la conexión, caracterizado porque: cada una de las distancias E y F es al menos del 25% de la distancia M entre los apoyos axiales (32, 36 y 30, 34) de cada sección de tubería.

9. Un montaje de tubería, caracterizado porque incluye las primeras y segundas secciones de tubería que se extienden a lo largo de un eje de tubería (16) y que tienen los extremos de tubería, que incluyen un primer extremo de tubería (20) que rodea un segundo extremo de tubería (22), y en donde el segundo extremo de tubería tiene una primera ranura que se extiende en dirección axial (42) y el primer extremo de tubería tiene una primera extremidad (0A) que sobresale en dirección axial hacia la ranura, en donde la ranura está separada una distancia R de una superficie radialmente exterior (14a) del segundo extremo de tubería (20), y la ranura está separada una distancia T de la superficie radialmente interior del primer extremo de tubería, donde la distancia T es más grande que la distancia R; en donde el primer y segundo extremos de tubería tienen las paredes inclinadas (72, 73, 75) que son construidas para desviar la extremidad en dirección radial hacia fuera en alineación con la ranura cuando las secciones de tubería son movidas juntas durante el montaje del montaje de tubería, por medio de lo cual, se minimiza el esfuerzo en las secciones de tubería.

10. El montaje de tubería de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: la primera ranura tiene una pared de ranura radialmente exterior (82) que ha sido radialmente desviada al menos la mitad de la deformación radialmente hacia fuera de la extremidad producida por las paredes inclinadas (72, 73, 75).