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1

Conexiones API de TubularesEmpleados en el campo petrolero

Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores

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2

Conexiones Tubulares del (API)

Temas a cubrir en ste Mdulo: Fundamentos del diseo de acoples Tipos principales de roscas de conexin Fortalezas y debilidades de los conectores Resistencia a las Fugas en los Conectores

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3

Conexiones

Mtodo para unir Dos Piezas de Tubera

Con Soldadura

Con Tornillos o Pernos

Embonado

Con Roscas Macho Y Hembra

Con Unin de Brida

Etc., Etc.

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4

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

Acepta las mismas cargas de doblamiento que el cuerpo de la tubera y

Tiene el mismo desempeo con la presin que la tubera

ConexionesLA TEORA

LA REALIDAD

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

TODAS LAS CONEXIONES DE LA TUBERA DE REVESTIMIENTO SON UN PUNTO DE FALLA POTENCIAL

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5

Principio del Diseo de ConexionesFuncionan como un ajuste por friccin.

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

La interferencia proporciona integridad a la presin.

Al agregar roscas se agrega proteccin al desacople por tensin .

Qu factores afectan el desempeo de la conexin?

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6

1. Rosca API de Tubera de Conduccin :

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

2. Rosca API Redonda para Tubera de Revestimiento y de Produccin: Perfil de Rosca Redonda. Tipos: Rosca Larga y Rosca Corta,

3. Rosca Buttress para TR y de produccin: Rosca ACME Modificada con forma trapezoidal de 29o,

4. Rosca Extreme Line o Conexin Integral para TR y tubera de produccin: Rosca ACME modificada con Sello de metal a metal.

Tipos de Conexiones API

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7

Nomenclatura

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8

La Rosca de la Tubera de Conduccin del API est 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 races truncadas con un ngulo de 30orespecto a la vertical del eje de la tubera; tiene 8 roscas por pulgada y un ahusamiento de 0.75 por pie.

Conexiones: Rosca de Tubera de Conduccin

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Rosca API de Tubera de Conduccin

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10

Definiciones

APRETADA A MANO: Punto en el cual se obtiene la separacin nominal A con la mnima interferencia mecnica

APRETADA

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

TODAS LAS ROSCAS API ESTN DISEADAS PARA AJUSTARSE CONFORME A LA POSICIN, NO A LA TORSIN.

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11

Extracto del Documento API 5B

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

SIZEMAJOR 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 Lc6 6.625 8 0.958 1.5125 1.9462 0.4913 0.7382 2 1.00928 8.625 8 1.063 1.7125 2.1462 0.4788 0.8332 2 1.209210 10.75 8 1.21 1.925 2.3587 0.5163 0.8987 2 1.421712 12.75 8 1.36 2.125 2.5587 0.5038 0.9487 2 1.6217

Lc = L4-0.937

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Ejercicio de Clase

Hacer referencia al dibujo de la rosca y a la tabla para LP de 8

1.Qu tanto debe entrar el pin en la caja cuando se encuentra en la posicin apretada bsica?

2. Qu tanto ms puede entrar el pin en la caja antes de que ocurra algn dao? (distancia y vueltas)

3. Qu sucede si se ajusta ms de lo anterior?

4. Qu significa cuando la torsin es demasiado baja una vez que se llega a la posicin descrita en 2? Qu se debe hacer?

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13

Ejercicio (Conexin-1)

Si se pudiera desenrollar el acople y extenderlo, cmo se veran el trayecto de la fuga, la seccin cruzada y la longitud?

Lc=1.6217 para LP de 12 nominal

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14

Solucin al Ejercicio (Conexin-1)

0041.0

125.0*033.0033.0

=== pfcs

0091.0

073.0

== pf rs

0000478.060tan

60tan2

21

21

2

==

==

h

hh

bhBig

0000097.060tan

0041.060tan

22

=

== hSmall

0.005

0.0000381 in2

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15

Solucin al Ejercicio (Conexin-1)

La rosca perfecta total es de 1.6217 pulgada de longitud.

En 1.6217 pulgadas, el dimetro se reduce en 1.6217 x 0.75 / 12 de 12 a 11.89. El promedio es 11.95 pulgadas

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

1.6217 pulg. tiene 8 vueltas / pulgada sean 12.97 vueltas que es igual a 12.97 x 37.54 = 487 pulgadas en total

El hueco es un trapezoidal con un rea de 0.0000381 pulg2 y 487 pulg de longitud

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Limitaciones de la Rosca Redonda API

No es adecuado para gas. Con el tiempo siempre se presentarn fugas. Fugas en el Plano E1

Tiene una cantidad muy corta de rosca enganchada.Propenso a desconectarse en grandes dimetros 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.Propenso a enredarse y a sufrir dao

Funciona en compresin y en tensin.

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La Rosca Redonda API de Tubera de Revestimiento es nominalmente idntica a la rosca de tubera de conduccin

El perfil de la rosca tiene hilos y races redondeadas con un ngulo de 30 con la vertical al eje de la tubera. Tiene 8 cuerdas o hilos por pulgada y un ahusamiento de 0.75 por pie en la conexin corta, STC.

En la conexin 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.

Rosca Redonda API Corta y Larga

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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 ngulo de 60 grados entre las caras. El ahusamiento de la rosca es de por pi de dimetro, para todos los tamaos de tubera. La cresta y las races de la rosca estn truncados con un radio, proporcionando un claro creciente de aproximadamente 0.003 pulgadas.

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Falla de la Rosca API

La rosca puede explotar, colapsar o fallar en tensin/compresin.

Las resistencias al estallido, colapso y fugas estn cubiertas en la norma API 5C3.

Bajo tensin, la rosca redonda falla porque la tubera se parte, el cuerpo de la rosca falla, la rosca se desconecta o el acople falla. Es necesario hacer todos los clculos para encontrar cul es el caso limitante.

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20

Resistencia a la Cedencia en el Cuerpo de la Tubera

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21

Falla de la Rosca Redonda de 8

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Falla del Acople de Rosca Redonda API

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23

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

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

cul es la fuerza de las uniones y de las conexiones y cul es el mecanismo de falla? (L4= 3.125, M=0.704)

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Solucin al Ejercicio

Falla en el acople 852 kilo libras

Resistencia en la Tubera 745 Kilo libras

Resistencia a la Fractura

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.

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La Tubera de Revestimiento de Rosca Butress API (BTC) est enroscada externamente en ambos extremos de la tubera plana. Los tramos se unen entre s con un acople independiente con roscas internas.

El perfil de la rosca tiene crestas planas y races paralelas al cono ahusado con ngulos de 3 y de 10 con la vertical al eje de la tubera, con 5 hilos o cuerdas por pulgada. Hay un ahusamiento de 0.75 por pie en los tamaos < 13 3/8, y un ahusamiento de 0.9996 por pie en los tamaos > 16.

Plano de punto de fuga

Base del tringulo de sello

Posicin bsica de apretada a mano

Apretado bsico de Potencia Apretado bsico a mano

Distanciado de Apretada a ManoA1 = 0.200 Todos los tamaosA2 = 0.300 Todos los tamaos

Conexin Buttress API

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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 pulgadas por pie en tubera de revestimiento hasta de 7 5/8 de 1por pie en tubera de revestimiento de 16 pulgadas o mayor. Las tramos de tubera individuales tienen roscas en ambos extremos y estn unidas mediante acoples tipo Buttress trapezoidal.

La rosca trapezoidal tiene la capacidad de transmitir cargas axiales mayores que la rosca redonda API 8.

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27

Detalles de la Rosca Buttress

QU VENTAJAS Y DESVENTAJAS TIENE LA ROSCA BUTTRESS ?

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28

Detalles de la Rosca Buttress

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Dimensiones de la Rosca Buttress

Buttress Dimensions (API 5b table 9 pp 11)

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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 Lc5 5.016 5 1.7785 3.7625 4.954 0.4913 4 1/16 1 1.37857 7.016 5 2.216 4.2 6.954 0.4788 4 1/2 1 1.816

9.625 9.641 5 2.5285 4.5125 9.579 0.5163 4 13/16 1 2.128513.375 13.391 5 2.5285 4.5125 13.329 0.5038 4 13/16 1 2.1285

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30

Fugas en los Acoples

Cuando un acople se aprieta, hay presin en el pin y en la caja como resultado del ajuste.

Cuando se aplica presin dentro de la la tubera, hay una fuerza adicional que se aplica a la conexin.

Cuando la presin total en la tubera es mayor a la suma de las dos presiones de la conexin, se produce un fuga en la conexin.

Esto es inherente al diseo de cualquier conexin roscada que utiliza fuerzas radiales de cojinete.

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31

Resistencia a las Fugas en el Plano E

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Ejercicio

Cul es la resistencia a las fugas en el plano E7 para una rosca BTC de un revestimiento de 13.375, 72#, L-80? Cul es la resistencia al estallido en el tabulado?

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

Respuesta:

La resistencia a las fugas es de 4,932 psi

El estallido nominal es de 5,380 (cuerpo del tubo)

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Resistencia a las Fugas en Tubera de Revestimiento con conexin BTC

psiP

WEEWpNTE

P

932,4375.14*329.13*2

)329.13375.14(2.0*5.2*625.0*000,000,30

2)(

2

22

27

27

2

=

-=

-=

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Resistencia a las Fugas en Conexiones API

Nota: TABLA 1 de la Spec API - 5C2

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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 estn en la nariz del pin.Fuerte en cargas axiales y de flexin

Tiene una cantidad relativamente pequea de hilos.Propensa a montarse o atascarse al ser enroscada en dimetros grandes

Menor resistencia al estallido debido a fugas del plano E7

No funciona bien en compresin.

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Conexin de rosca API tipo Extreme Line, XL

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Ventajas y Desventajas de la Conexin XL

Siempre que la fuerza de friccin del enrosque sea mayor que la presin interna, no se producirn fugas.

Cuenta con Hombro de Carga Cuadrada y Grande.

La rosca lleva carga axial y no de presin.

No presenta trayectoria de fuga.

El sello se encuentra en la punta del pin.Propenso a daarse No pierde fuerza de sellado en carga axial ni de flexin.

La rosca tiene tolerancias en los flancos del hilo.No est propensa a montarse o atascarse al enroscar.

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Conexin Vallourec NEW VAM para tubera de Revestimiento

La Conexin NEW VAM de Tubera de Revestimiento tiene rosca externa en ambos extremos de la tubera plana. Los tramos independientes se unen mediante un acople de rosca interna con un hombro de torsin 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.

Conexiones Especiales del Fabricante

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Conclusiones acerca de las Conexiones

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 funcin nicamente

de a la geometra de la rosca. Las roscas con sello secundario ofrecen la nica

conexin verdaderamente sellada a fugas de gas.