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c
u m e r g e r u
Con onex exiones iones AP A P I de Tubu Tubulares lares Empleados en el campo petrolero
IPM IP M
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Conexiones API
c
Conexiones Tubulares del (API) •
Temas a cubrir en éste Módulo: • • • •
IPM IP M
Fundamentos del diseño de acoples Tipos principales de roscas de conexión Fortalezas y debilidades de los conectores Resistencia a las Fugas en los Conectores
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Conexiones API
c
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Conexiones Método para unir Dos Piezas de Tubería Con Soldadura
Con Roscas Macho Y Hembra
Con Tornillos o Pernos
Con Unión de Brida
Embonado
Etc., Etc.
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IPM IP M
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Conexiones API
Conexiones LA TEORÍA §
§
§
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 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
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Conexiones API
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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. Al agregar roscas se agrega protección al desacople por tensión .
¿Qué factores afectan el desempeño de la conexión? IPM
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Conexiones API
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Tipos de Conexiones API 1.
2.
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
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Conexiones API
c
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Nomenclatura
c
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IPM
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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. 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.
c
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IPM
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Conexiones API
Rosca API de Tubería de Conducción
c
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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 c
APRETADA CON POTENCIA:
u m
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
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Conexiones API
e r g e r u c
Extracto del Documento API 5B Line pipe Dimensions (API 5b table 3 pp 5)
SIZE
6 8 10 12
MAJOR DIA
D4 6.625 8.625 10.75 12.75
TPI
8 8 8 8
END OF PIPE END OF TO PIPE TO HANDTIGHT EFFECTIVE VANISH PLANE THREADS PLANE
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
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Conexiones API
LENGTH FACE END OF PIPE OF COUPLING TO COUPLING TO CENTER HANDTIGHT POWERTIGHT PLANE
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
c
Lc 1.0092 1.2092 1.4217 1.6217
u
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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? 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
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Conexiones API
c
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Ejercicio (Conexión-1)
c
u m e r g e r
Lc=1.6217 para LP de 12” nominal
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
u c
Solución al Ejercicio (Conexión-1) f cs = 0.033 p = 0.033 * 0.125 =
f rs = 0.073 p =
0.0041 c
0.0091
u m
0.005
e r g e r u
1
1
c
h
Big = bh = 2 h 2 2 tan 60 =
h2 tan 60
Small = 0.0000381 in2
IPM
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=
h
0.0000478
2
2
=
0.0041
tan 60 tan 60 = 0.0000097
Conexiones API
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 El hueco es un trapezoidal con un área de 0.0000381 pulg2 y 487 pulg de longitud IPM
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Conexiones API
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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
•
•
Tiene una cantidad muy corta de rosca enganchada. 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
•
•
IPM
Funciona en compresión y en tensión. 16
Conexiones API
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Rosca Redonda API Corta y Larga 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 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
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Detalles de la Rosca Redonda
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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
c
Falla de la Rosca API •
•
•
IPM
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. 19
Conexiones API
c
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Resistencia a la Cedencia en el Cuerpo de la Tubería c
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IPM
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Conexiones API
Falla de la Rosca Redonda de 8
c
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IPM
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Conexiones API
Falla del Acople de Rosca Redonda API
c
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IPM
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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, ¿cuál es la fuerza de las uniones y de las conexiones y cuál es el mecanismo de falla? (L4= 3.125, M=0.704)
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IPM
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Conexiones API
Solución al Ejercicio Falla en el acople
852 kilo libras
Resistencia en la Tubería
745 Kilo libras
Resistencia a la Fractura en el Acople
c
701 Kilo libras
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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
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 Base del triángulo de sello
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
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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. La rosca trapezoidal tiene la capacidad de transmitir cargas axiales mayores que la rosca redonda API 8.
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Conexiones API
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Detalles de la Rosca “Buttress”
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QUÉ VENTAJAS Y DESVENTAJAS TIENE LA ROSCA “BUTTRESS” ?
IPM
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Conexiones API
Detalles de la Rosca “Buttress”
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IPM
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Conexiones API
Dimensiones de la Rosca “Buttress” Buttress Dimensions (API 5b table 9 pp 11)
SIZE
5 7 9.625 13.375
IPM
MAJOR DIA
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
END OF PIPE TO VANISH PLANE
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
c
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Fugas en los Acoples •
•
•
•
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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. 30
Conexiones API
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Resistencia a las Fugas en el Plano “E”
c
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IPM
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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? c
Respuesta:
u m
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
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Conexiones API
e r g e r u c
Resistencia a las Fugas en Tubería de Revestimiento con conexión BTC P =
=
E T N p (W
2
2 E 7 W
2
E 7 )
−
c
2
u m
30,000,000 * 0.625 * 2.5 * 0.2 (14.375 2 *13.329 *14.375
P = 4,932 psi
IPM
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Conexiones API
2
2
−
2
13.329 )
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Resistencia a las Fugas en Conexiones API
c
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Nota: TABLA 1 de la Spec API - 5C2
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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
•
•
Tiene un hombro de Carga Cuadrada y Grande. 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 •
•
IPM
No funciona bien en compresión. 35
Conexiones API
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Conexión de rosca API tipo “Extreme Line”, XL
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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. •
•
Cuenta con Hombro de Carga Cuadrada y Grande. 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.
•
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Conexiones API
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Conexiones Especiales del Fabricante 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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Conexiones API
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