88408045 Programacion Modelado y Manufactura de Conexiones Roscables Para Tuberia de Perforacion

UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO ESTUDIO EN LA DUDA, ACCIÓN EN LA FE

DIVISIÓN ACADÉMICA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

“PROGRAMACIÓN, MODELADO Y MANUFACTURA DE CONEXIONES ROSCABLES BAJO LA NORMA API EN TUBERÍAS DE PERFORACIÓN”

TRABAJO RECEPCIONAL BAJO LA MODALIDAD DE:

TESIS

PRESENTAN:

ALEJANDRO CRUZ MAYA LEIVER MÁRQUEZ ZAPATA

COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

ASESOR:

M.C JULIO CESAR RAMÍREZ HERNÁNDEZ

CO-ASESOR:

DR. RUBÉN VÁSQUEZ LEÓN

“TESIS APOYADA POR PIFI 2011 OP/PIFI-2011-27MSU0018V-12-01”

CUNDUACÁN, TABASCO, MÉXICO. MARZO DE 2012

CARTA DE AUTORIZACIÓN

Los que suscriben, autorizan por medio del presente escrito a la Universidad Juárez

Autónoma de Tabasco para que utilice tanto física como digitalmente la tesis de grado

denominada “PROGRAMACIÓN , MODELADO Y MANUFACTURA DE CONEXIONES

ROSCABLES BAJO LA NORMA API EN TUBERÍAS DE PERFORACIÓN”, de la cual somos

autores y titulares de los Derechos de Autor.

La finalidad del uso por parte de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco de la tesis

antes mencionada, será única y exclusivamente para difusión, educación y sin fines de

lucro; autorización que se hace de manera enunciativa mas no limitativa para subirla a la

Red Abierta de Bibliotecas Digitales (RABID) y a cualquier otra red académica con las que

la universidad tenga relación institucional.

Por lo antes manifestado, liberamos a la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco de

cualquier reclamación legal que pudiera ejercer respecto al uso y manipulación de la tesis

mencionada y para los fines estipulados en este documento.

Se firma la presente autorización en la ciudad de Villahermosa, Tabasco a los 20 días del

mes de marzo del año 2012.

AUTORIZAN

ALEJANDRO CRUZ MAYA LEIVER MÁRQUEZ ZAPATA

i

DEDICATORIAS

Este trabajo está dedicado a nuestras familias, padres, y hermanos quienes nos han apoyado incondicionalmente en el alcance de esta meta profesional.

A mis padres Adán Márquez Díaz y Martha zapata Hernández y mi hermana Giselle Emayde Márquez zapata. Leiver Márquez

A mis padres Erasmo Cruz Pérez y Alejandrina Maya Nájera, así como a mis hermanos Arturo Cruz Maya y César Cruz Maya.

Alejandro Cruz Maya

A nuestros amigos y compañeros con los cuales convivimos a lo largo de nuestra carrera.

Los autores

ii

AGRADECIMIENTOS

Le agradecemos a Dios, por darnos la vida, y las fuerzas necesarias.

A nuestros padres y hermanos que nos brindaron la confianza, gracias por sus consejos y por alentarnos a seguir adelante.

A nuestros profesores, que compartieron su conocimiento y experiencias para lograr nuestra formación profesional.

A nuestros amigos que sin duda fueron parte esencial en todo el desarrollo de nuestra carrera.

A nuestros asesores el M.C Julio Cesar Ramírez Hernández y el Dr. Rubén Vásquez León, por darnos su valioso

Y a todas las personas que contribuyeron a la realización de este trabajo.

iii

RESUMEN

Esta tesis propone una técnica simple para optimizar el proceso de manufactura

de roscas en tuberías de perforación. La optimización en este rubro es importante

porque incrementan la sustentabilidad del proceso al reducirse simultáneamente

los tiempos de maquinado y el consumo de energía. Paralelamente se reducen los

costos de producción.

En el texto se describen, desde el punto de vista de la ingeniería, las

características establecidas por la API en materia de manufactura de conexiones

roscables. Al respecto, el control numérico computarizado (CNC) se ha convertido

en el método de producción que permite mayor apego a la normatividad

establecida. Además, en el desarrollo de la tesis se plantea la utilización de

modelado en CAD que proporcionan mayor ventaja en el uso de equipos CNC. La

aplicación de CAM permite realizar cambios y detectar errores de programación

mediante la simulación digital del proceso.

En la tesis se aplican Solidworks y Mastercam, para el modelado de la conexión

roscable y para generar la programación que se utiliza para maquinar esta pieza

en el torno CNC.

Por otro lado, se enfatizan algunos aspectos eminentemente prácticos derivados

de la implementación del código en el torno ACRA FEL 1760 propiedad de la

División Académica de Ingeniería, cuyo control se basa en el sistema FANUC.

Una de las conclusiones más importantes de este trabajo es dejar claro que

producir una pieza cualquiera por medio de CNC no depende únicamente de

“saber maquinar la pieza” sino de la integración de una serie adecuada de

consideraciones de ingeniería mecánica y eléctrica que permite la optimización del

proceso de manufactura.

iv

ÍNDICE DEDICATORIAS.

i

AGRADECIMIENTOS.

ii

RESUMEN.

iii

INTRODUCCIÓN.

1

CAPÍTULO 1. MARCO DE REFERENCIA. 3 1.1 Antecedentes. 3 1.2 Planteamiento del problema. 4 1.3 Justificación. 5 1.4 Hipótesis. 6 1.5 Objetivos. 6 1.5.1 Objetivo general. 6 1.5.2 Objetivos específicos. 6 1.6 Alcances y limitaciones.

7

CAPÍTULO 2. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA PERFORACIÓN EN TIERRA FIRME.

8

2.1 Sistema de potencia. 11 2.1.1Generación de potencia. 11 2.1.2 Transmisión de potencia. 11 2.2 Sistema de levantamiento. 13 2.2.1 Estructura de soporte. 13 2.2.2Equipo de levantamiento. 13 2.3 Sistema de rotación. 17 2.3.1 Sarta de perforación. 17 2.3.1.1 Barrena. 17 2.3.1.2 Lastrabarrenas. 20 2.3.1.3 Tubería de perforación. 21 2.3.1.4 Cuadrante o junta Kelly. 21 2.3.1.5 Buje del Cuadrante. 21 2.3.1.6 Unión giratoria. 22 2.3.1.7 Mesa giratoria. 23 CAPÍTULO 3. TUBERÍAS PARA PERFORACIÓN (TP).

24

3.1 Proceso de fabricación. 24 3.2 Tipos de tuberías. 26 3.3 Tubería de revestimiento. 27 3.4 Tubería de perforación. 27 3.4.1 Clasificación de la Tubería de Perforación. 29 3.4.2 Código para identificar el peso y grado de la tubería de trabajo. 30 3.4.3 Pesos de la Tubería de Perforación. 31 3.5 Accesorios. 31 3.5.1 Lastrabarrenas. 31

v

3.5.2 Tubería pesada. 32 3.5.3 Estabilizadores. 33 3.5.4 Sustitutos de acople. 34 CAPÍTULO 4. CONEXIONES PARA TUBERÍA DE PERFORACIÓN.

36

4.1 Principio de diseño. 37 4.2 Clasificación. 37 4.2.1 Por su forma de unión. 38 4.2.2 Por el tipo de rosca. 38 4.2.3 Por el maquilado de los extremos de la tubería. 39 4.3 Eficiencia. 40 4.4 Proceso de manufactura. 40 4.5 Fallas en las juntas. 43 4.5.1 Fallas por carga axial. 43 4.5.2 Fallas por carga de presión. 44 4.5.3 Fallas por diseño. 44 4.5.4 Ejemplos de fallas en conexiones. 45 4.6 Normas API utilizadas en la manufactura de conexiones roscables. 46 4.6.1 Especificación de las Normas API. 46 4.6.2 Especificaciones para las conexiones empleadas en la sarta de perforación. 47 4.6.3 Especificaciones de las conexiones para cada elemento de la sarta de perforación.

55

4.6.3.1 Conexiones para Válvula Superior e Inferior “Kelly”. 55 4.6.3.2 Conexiones para Junta Kelly – Cuadrada y Hexagonal. 55 4.6.3.3 Conexiones para Sustitutos. 58 4.6.3.4 Conexiones para Lastrabarrenas. 59 4.6.3.5 Conexiones para Barrenas. 60 4.6.3.6 Conexiones para Tubería pesada. 61 4.6.3.7 Conexiones para Estabilizadores. 62 4.6.3.8 Conexiones de Acoplamientos para Herramienta. 63 CAPÍTULO 5. PROGRAMACIÓN DE MÁQUINAS DE CNC A TRAVÉS DE CICLOS PREGRABADOS.

66 5.1 Comandos. 66 5.2 Funciones. 66 5.2.1 Funciones preparatorias (Códigos G). 67 5.2.2 Funciones misceláneas (Códigos M). 68 5.3 Tipos de programación. 68 5.3.1 Programación punto a punto. 68 5.3.2 Programación con ciclos pregrabados. 69 5.4 Ciclos pregrabados. 69 5.4.1 Ciclos para desbaste. 69 5.4.1.1 Ciclos simples. 69 5.4.1.1.1 Código G90 para desbaste longitudinal. 70 5.4.1.1.2 Código G94 para refrentado. 72 5.4.1.2 Ciclos complejos. 73 5.4.1.2.1 Código G71 para desbaste longitudinal. 74

vi

5.4.1.2.2 Código G72 para refrentado. 76 5.4.1.2.3 Código G73 para seguimiento de contorno. 78 5.4.1.2.4 Código G70 para acabado de contorno. 80 5.4.2 Ciclo para taladrado – Código G74. 81 5.4.3 Ciclo para ranurado – Código G75. 82 5.4.4 Ciclo para roscado. 83 5.4.4.1 Ciclo básico para roscado – Código G92. 83 5.4.4.2 Ciclo para roscado múltiple – Código G76. 86 CAPÍTULO 6. PROGRAMACIÓN Y MODELADO DE CONEXIONES ROSCABLES.

90

6.1 Modelado de conexiones. 90 6.1.1 Modelo de conexiones para Junta Kelly 2 ½. 90 6.1.1.1 Caja de la Junta Kelly. 90 6.1.1.2 Piñón de la Junta Kelly. 92 6.1.2 Modelo de conexiones para Sustituto tipo A de tuberías de perforación. 95 6.1.2.1 Caja del Sustituto. 95 6.1.2.2 Piñón del Sustituto. 97 6.1.3 Modelo de conexiones para Lastrabarrenas. 99 6.1.3.1 Caja del Lastrabarrenas. 99 6.1.3.2 Piñón del Lastrabarrenas. 101 6.1.4 Modelo de conexiones para Barrena. 103 6.1.4.1 Piñón de la Barrena. 103 6.1.5 Modelo de conexiones para Tubería Pesada. 105 6.1.5.1 Caja de la Tubería Pesada. 105 6.1.5.2 Piñón de la Tubería Pesada. 107 6.1.6 Modelo de conexiones para Estabilizador. 109 6.1.6.1 Caja del Estabilizador. 109 6.1.6.2 Piñón del Estabilizador. 111 6.1.7 Modelo de conexiones para Tubería de Perforación. 113 6.1.7.1 Caja de la Tubería de Perforación. 113 6.1.7.2 Piñón de la Tubería de Perforación. 115 6.2 Programación de las conexiones. 117 6.2.1 Programación de conexiones para Lastrabarrenas. 117 6.2.1.1 Programación del piñón NC35. 117 6.2.1.2 Programación de la caja NC35. 121 CAPÍTULO 7. MANUFACTURA DE CONEXIONES ROSCABLES PARA TUBERÍA DE PERFORACIÓN A TRAVÉS DE MÁQUINAS DE CNC.

125

CONCLUSIONES.

138

REFERENCIAS.

139

ANEXOS.

140

vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Elementos de un equipo de perforación. 10 Tabla 4.1 Tipos de recalque. 47 Tabla 4.2 Recalque en tuberías de perforación (Tabla 7 API Spec 5D). 48 Tabla 4.2 Recalque en tuberías de perforación (Continuación) 49 Tabla 4.3 Equivalencia de conexiones 50 Tabla 4.4 Dimensiones de las conexiones recalcadas (Tabla A1 API Spec 7-2) 52 Tabla 4.5 Dimensiones de las roscas (Tabla A2 API Spec 7-2) 53 Tabla 4.6 Dimensiones de Junta Kelly Cuadrada. (Tabla 2 API Spec 7) 56 Tabla 4.7 Dimensiones de Junta Kelly Hexagonal. (Tabla 3 API Spec 7) 57 Tabla 4.8 Sustitutos para sarta de perforación (Tabla 9 API Spec 7) 58 Tabla 4.9 Dimensiones para lastrabarrenas (Tabla 13 API Spec 7) 59 Tabla 4.10 Dimensiones para barrenas giratorias (Tabla 21 API Spec 7) 60 Tabla 4.11 Dimensiones para barrenas rígidas (Tabla 22 API Spec 7) 60 Tabla 4.12 Dimensiones para barrenas de diamante (Tabla 24 API Spec 7) 60 Tabla 4.13 Dimensiones de Tubería Pesada (Tabla 27 API Spec 7-1) 61 Tabla 4.14 Diámetros de cuello y conexiones para estabilizadores(Tabla A-34 API Spec 7-1) 62 Tabla 4.15 Dimensiones de Acoplamientos para Herramienta.(Tabla 7 API Spec 7) 64 Tabla 4.15 Dimensiones de Acoplamientos para Herramienta.(Tabla 7 API Spec 7 – continuación) 65 Tabla 5.1 Funciones preparatorias 67 Tabla 5.2 Funciones misceláneas 68 Tabla 5.3 Ejemplo de programación del código G90 – Corte. 70 Tabla 5.4 Ejemplo de programación del código G90 – Corte cónico. 71 Tabla 5.5 Ejemplo de programación del código G71 75 Tabla 5.6 Ejemplo de programación del código G72 77 Tabla 5.7 Ejemplo de programación del código G73. 79 Tabla 5.8 Ejemplo de programación del código G74. 80 Tabla 5.9 Ejemplo de programación del código G74. 81 Tabla 5.10 Ejemplo de programación del código G75 – una sola ranura. 82 Tabla 5.11 Ejemplo de programación del código G75 - ranuras múltiples. 83 Tabla 5.12 Ejemplo de programación del código G92. 85 Tabla 5.13 Ejemplo de programación del código G76. 88 Tabla 6.1 Dimensiones de Caja para Junta Kelly 90 Tabla 6.2 Dimensiones de rosca V-050 90 Tabla 6.3 Dimensiones del Piñón para Junta Kelly. 92 Tabla 6.4 Dimensiones de rosca V-038 92 Tabla 6.5 Dimensiones de Caja para Sustituto. 95 Tabla 6.6 Dimensiones de rosca V-038 95 Tabla 6.7 Dimensiones del Piñón para Sustituto. 97 Tabla 6.8 Dimensiones de rosca V-038 97 Tabla 6.9 Dimensiones de la Caja para Lastrabarrenas 99 Tabla 6.10 Dimensiones de rosca V-038 99 Tabla 6.11 Dimensiones del Piñón para Lastrabarrenas. 101 Tabla 6.12 Dimensiones de rosca V-038 101 Tabla 6.13 Dimensiones del piñón para Barrena. 103 Tabla 6.14 Dimensiones de rosca V-040. 103

viii

Tabla 6.15 Dimensiones de la Caja para Tubería Pesada. 105 Tabla 6.16 Dimensiones de rosca V-038. 105 Tabla 6.17 Dimensiones de la Caja para Tubería Pesada. 107 Tabla 6.18 Dimensiones de rosca V-038 107 Tabla 6.19 Dimensiones de la Caja para Estabilizador. 109 Tabla 6.20 Dimensiones de rosca V-038. 109 Tabla 6.21 Dimensiones del Piñón para Tubería Pesada. 111 Tabla 6.22 Dimensiones de rosca V-040. 111 Tabla 6.23 Dimensiones de la Caja para Tubería de Perforación. 113 Tabla 6.24 Dimensiones de rosca V-038. 113 Tabla 6.25 Dimensiones del piñón para Tubería de Perforación. 115 Tabla 6.26 Dimensiones de rosca V-038. 115 Tabla 6.27 Programa generado para el piñón NC35. 118 Tabla 6.27 Programa generado para el piñón NC35 (Continuación). 119 Tabla 6.28 Programa corregido del generado para el piñón NC35. 120 Tabla 6.29 Programa generado para la caja NC35. 122 Tabla 6.29 Programa generado para la caja NC35 (Continuación). 123 Tabla 6.30 Programa corregido del generado para la caja NC35. 124 Tabla A.1 Programa generado para el piñón NC26. 141 Tabla A.1 Programa generado para el piñón NC26 (Continuación). 142 Tabla A.2 Programa corregido del generado para el piñón NC26. 143 Tabla A.3 Programa generado para la caja 6 5/8 REG. 144 Tabla A.3 Programa generado para la caja 6 5/8 REG (Continuación). 145 Tabla A.4 Programa corregido del generado para la caja 6 5/8 REG. 146 Tabla A.5 Programa generado para el piñón NC46. 147 Tabla A.5 Programa generado para el piñón NC46 (Continuación). 148 Tabla A.6 Programa corregido del generado para el piñón NC46. 149 Tabla A.7 Programa generado para la caja NC40. 150 Tabla A.7 Programa generado para la caja NC40 (Continuación). 151 Tabla A.8 Programa corregido del generado para la caja NC40. 152 Tabla A.9 Programa generado para el piñón 2 3/8 REG 153 Tabla A.9 Programa generado para el piñón 2 3/8 REG (Continuación). 154 Tabla A.10 Programa corregido del generado para el piñón 2 3/8 REG. 155 Tabla A.11 Programa generado para el piñón 3 1/2 REG. 156 Tabla A.11 Programa generado para el piñón 3 1/2 REG (Continuación). 157 Tabla A.12 Programa corregido del generado para el piñón 3 1/2 REG 158 Tabla A.13 Programa generado para la caja NC38. 159 Tabla A.13 Programa generado para la caja NC38 (Continuación). 160 Tabla A.14 Programa corregido del generado para la caja NC38. 161 Tabla A.15 Programa generado para el piñón NC38. 162 Tabla A.15 Programa generado para el piñón NC38 (Continuación). 163 Tabla A.16 Programa corregido del generado para el piñón NC38. 164 Tabla A.17 Programa generado para la caja NC38. 165 Tabla A.17 Programa generado para la caja NC38 (Continuación). 166 Tabla A.18 Programa corregido del generado para la caja NC38. 167 Tabla A.19 Programa generado para el piñón NC50. 168 Tabla A.19 Programa generado para el piñón NC50 (Continuación). 169

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Tabla A.20 Programa corregido del generado para el piñón NC50. 170 Tabla A.21 Programa generado para la caja NC50. 171 Tabla A.21 Programa generado para la caja NC50 (Continuación). 172 Tabla A.22 Programa corregido del generado para la caja NC50. 173

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Clasificación de los Equipos de perforación rotatoria. 8 Figura 2.2 Elementos de un equipo de perforación. 9 Figura 2.3 Transmisión mecánica de la potencia. 12 Figura 2.4 Transmisión eléctrica de la potencia. 12 Figura 2.5 Malacate. 14 Figura 2.6 Bloque Corona. 14 Figura 2.7 Bloque viajero y gancho. 15 Figura 2.8 Cable 6 x 19 Seale. 16 Figura 2.9 Cuña para tubería de perforación. 16 Figura 2.10 Barrena tricónica. 18 Figura 2.11 Barrenas de diamante natural. 18 Figura 2.12 Barrena de diamante térmicamente estable. 19 Figura 2.13 Barrena PDC. 20 Figura 2.14 Lastrabarrenas liso. 20 Figura 2.15 Lastrabarrenas en espiral. 20 Figura 2.16 Tubería de perforación. 21 Figura 2.17 Buje del cuadrante. 22 Figura 2.18 Unión giratoria. 22 Figura 2.19 Mesa rotatoria. 23 Figura 3.1 Elementos de una tubería de perforación. 28 Figura 3.2 Códigos de tuberías 30 Figura 3.3 Tubería pesada. 32 Figura 3.4 Estabilizadores. 33 Figura 3.5 Componentes de una sarta de perforación 35 Figura 4.1 Conexiones para tubería de perforación. 36 Figura 4.2 Juntas para tubería de revestimiento y perforación de mayor uso en Petróleos Mexicanos.

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Figura 4.3 Conexión recalcada 39 Figura 4.4 Conexión formada. 39 Figura 4.5 Conexión lisa. 39 Figura 4.6 Conexión acoplada. 40 Figura 4.7 Fractura en la caja. 45 Figura 4.8 Falla por corrosión. 45 Figura 4.9 Recalque en tuberías de perforación. 47 Figura 4.10 Conexiones recalcadas para elementos de la sarta de perforación. 51 Figura 4.11 Escalón en la base del piñón. 51 Figura 4.12 Rosca con forma V-0.038R. 53 Figura 4.13 Rosca con forma V-0.040 y V-050. 54 Figura 4.14 Rosca con forma V-055R. 54 Figura 4.15 Junta Kelly Cuadrada. 55 Figura 4.16 Junta Kelly Hexagonal. 55 Figura 4.17 Nomenclatura de lastrabarrenas. 59 Figura 4.18 Nomenclatura de Tubería Pesada. 61 Figura 4.19 Nomenclatura de Estabilizadores. 62 Figura 4.20 Acoplamiento para herramienta, Hombro cónico, Hombro en escuadra. 63

xi

Figura 5.1 Programación punto a punto. 68 Figura 5.2 Código G90 – Corte recto. 70 Figura 5.3 Código G90– Corte cónico 71 Figura 5.4 Código G94 – Corte recto. 73 Figura 5.5 Código G94 – Corte cónico 73 Figura 5.6 Contornos para desbaste. 73 Figura 5.7 Código G71. 75 Figura 5.8 Código G72. 76 Figura 5.9 Dirección de corte en el ciclo G72. 77 Figura 5.10 Código G73. 78 Figura 5.11 Código G74. 81 Figura 5.12 Código G92 – Roscado recto. 84 Figura 5.13 Código G92 – Roscado cónico. 84 Figura 5.14 Cortes de acabado-Código G76. 87 Figura 5.15 Chaflán - Código G76. 87 Figura 5.16 Ángulo de rosca - Código G76. 87 Figura 5.17 Profundidad mínima de corte y sobrematerial - Código G76. 87 Figura 5.18 Parámetros del segundo bloque - Código G76. 88 Figura 6.1 Croquis de la caja para Junta Kelly. 91 Figura 6.2 Croquis de la rosca V-050 para Junta Kelly. 91 Figura 6.3 Modelo de la caja para Junta Kelly. 91 Figura 6.4 Hoja de especificaciones para la caja de Junta Kelly. 92 Figura 6.5 Croquis del piñón para Junta Kelly. 93 Figura 6.6 Croquis de la rosca V-038 para Junta Kelly. 93 Figura 6.7 Modelo del piñón para Junta Kelly. 93 Figura 6.8 Hoja de especificaciones para el piñón de Junta Kelly 94 Figura 6.9 Croquis de la caja para Sustituto. 95 Figura 6.10 Croquis de la rosca V-038 para Sustituto. 96 Figura 6.11 Hoja de especificaciones para la caja del Sustituto. 96 Figura 6.12 Croquis del piñón para Sustituto. 97 Figura 6.13 Croquis de la rosca V-038 para Sustituto. 98 Figura 6.14 Hoja de especificaciones del piñón para Sustituto. 98 Figura 6.15 Croquis de la caja para Lastrabarrenas. 99 Figura 6.16 Croquis de la rosca V-038 para Lastrabarrenas. 100 Figura 6.17 Hoja de especificaciones para caja de Lastrabarrenas. 100 Figura 6.18 Croquis del piñón para Lastrabarrenas. 101 Figura 6.19 Croquis de la rosca V-038 para Lastrabarrenas. 102 Figura 6.20 Hoja de especificaciones para el piñón de Lastrabarrenas. 102 Figura 6.21 Croquis del piñón para Barrena. 103 Figura 6.22 Croquis de la rosca V-040 para Barrena. 104 Figura 6.23 Hoja de especificaciones para piñón de Barrena. 104 Figura 6.24 Croquis de la caja para la Tubería Pesada. 105 Figura 6.25 Croquis de la rosca V-038 para Tubería Pesada. 106 Figura 6.26 Hoja de especificaciones para la caja de Tubería Pesada 106 Figura 6.27 Croquis del piñón para Tubería Pesada. 107 Figura 6.28 Croquis de la rosca V-038 para Tubería Pesada. 108 Figura 6.29 Hoja de especificaciones para piñón de Tubería Pesada. 108

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Figura 6.30 Croquis de la caja para el Estabilizador. 109 Figura 6.31 Croquis de la rosca V-038 para Estabilizador. 110 Figura 6.32 Hoja de especificaciones para caja de Estabilizador. 110 Figura 6.33 Croquis del piñón para Estabilizador. 111 Figura 6.34 Croquis de la rosca V-040 para Estabilizador. 112 Figura 6.35 Hoja de especificaciones para el piñón de Estabilizador. 112 Figura 6.36 Croquis de la caja para el Tubería de Perforación. 113 Figura 6.37 Croquis de la rosca V-038 para Tubería de Perforación 114 Figura 6.38 Hoja de especificaciones para caja de Tubería de Perforación. 114 Figura 6.39 Croquis del piñón para Tubería de Perforación. 115 Figura 6.40 Croquis de la rosca V-038 para Tubería de Perforación. 116 Figura 6.41 Hoja de especificaciones para piñón de Tubería de Perforación. 116 Figura 6.42 Croquis del piñón para Lastrabarrenas: a) En Solidworks b) En Mastercam 117 Figura 6.43 Simulación en Mastercam: a) Operaciones realizadas b) Piñón generado. 118 Figura 6.44 Croquis de la caja para Lastrabarrenas: a) En Solidworks b) En Mastercam 121 Figura 6.45 Simulación en Mastercam: a) Operaciones realizadas b) Caja generada 121 Figura 7.1 Torno ACRA FEL-170 ENC. 125 Figura 7.2 Material de plástico para pruebas de corte. 126 Figura 7.3 Material de acero para pruebas de corte. 126 Figura 7.4 Medición realizada para el centrado de la pieza. 127 Figura 7.5 Implementación de un diámetro menor en la pieza. 127 Figura 7.6 Operación de desbaste interno en las arandelas de unión. 128 Figura 7.7 Operación de desbaste externo en las arandelas de unión. 128 Figura 7.8 Adecuación del tubo. 129 Figura 7.9 Montaje de la muestra de tubería de acero. 129 Figura 7.10 Montaje de la pieza y ubicación del cero pieza. 130 Figura 7.11 Piñón con conexión tipo NC35 maquinado en plástico. 131 Figura 7.12 Operación de refrentado. 132 Figura 7.13 Operación de cilindrado. 132 Figura 7.14 Operación de acabado. 133 Figura 7.15 Operación de roscado. 134 Figura 7.16 Inserto de roscado. 134 Figura 7.17 Piñón con conexión tipo NC35 maquinado en tubería de acero. 135 Figura 7.18 Conocímetro. 135 Figura 7.19 Calibrador de roscas para piñón. 136 Figura 7.20 Pasímetro. 136 Figura 7.21 Perfilómetro. 137

PROGRAMACIÓN, MODELADO Y MANUFACTURA DE CONEXIONES ROSCABLES BAJO LA NORMA API EN TUBERÍAS DE PERFORACIÓN.

1

INTRODUCCIÓN

La demanda actual en cuanto a la competitividad y manejo de nuevas tecnologías para la fabricación y optimización de la manufactura de piezas y equipos utilizados en la industria es uno de los factores que han originado el desarrollo de este trabajo de tesis, el cual tiene como objetivo mostrar al lector el desarrollo de procesos avanzados de manufactura a través del modelado y la manufactura de conexiones roscables de una sarta de perforación, que es la tubería que se emplea para perforar y que se extiende a lo largo de la torre de perforación, es decir; se muestra de manera explícita y detallada el proceso de modelado (proceso CAD), la manufactura asistida por computadora (proceso CAM); así como la determinación de los parámetros utilizados en la manufactura de piezas y equipos y los criterios que ésta debe de seguir para que cumpla con los estándares utilizados por las normas API, las cuales rigen actualmente el diseño y fabricación de las mismas.

Antes de comenzar con el desarrollo de este trabajo es indispensable tener en cuenta los conceptos fundamentales de estas herramientas a las que se hace referencia en la manufactura moderna ya que el desarrollo de los sistemas CAD/CAM ha generado una auténtica revolución en la industria de manufactura.

Se denomina diseño asistido por computadora (CAD) a la tecnología mediante la cual se pueden crear, manipular y representar productos en dos o tres dimensiones; con los programas CAD se consiguen planos de fabricación de calidad muy superiores a los conseguidos por métodos tradicionales. Por otra parte los sistemas de manufactura asistida por computadora (CAM) permiten definir y, a partir del objeto diseñado por computadora y mediante una gran variedad de posibilidades, generar las sentencias tecnológicas y de movimiento necesarias para programar una máquina con control numérico.

El control numérico por computadora (CNC) puede definirse como un método de controlar con precisión la operación de una máquina mediante una serie de instrucciones codificadas, formadas por números, letras del alfabeto, símbolos que se refieren a distancias, posiciones, funciones o movimientos específicos que la máquina-herramienta puede interpretar en operaciones de maquinado.

El gran conocimiento de los sistemas CAD de las superficies los hace idóneos para las áreas de CAM que utilizan el CNC, sistema por el cual la geometría de un modelo diseñado con CAD se pasa a otro programa o módulo capaz de manejar máquinas de mecanizado automatizado encargado de introducir las condiciones de fabricación como: tipo de máquina, velocidades de avance y corte, características y dirección de movimiento de las herramientas.

En el primer capítulo de esta tesis se abordaran todos los parámetros que se utilizaron para la realización de la misma, haciendo del marco de referencia el soporte utilizado para describir de manera los objetivos, los métodos, y los resultados a los que se quieren llegar.


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Ya que el presente trabajo está enfocado a la manufactura de conexiones roscables para tuberías de perforación, es necesario conocer de manera correcta cuales son los equipos y herramientas utilizadas en la industria de la perforación, es por ello que en el capítulo dos se menciona de manera generalizada cuales son estos y qué función desempeñan, lo que ayudará a entender mejor el entorno en el que se encuentran operando las piezas a manufacturar. Una vez comprendido que el sistema de perforación es un proceso complejo en el cual intervienen muchos elementos nos dirigiremos a mencionar uno que sin duda es de vital importancia y que también es el que por lo general representa más fallas, nos referimos a la tubería de perforación. Es en base a esto que en el capítulo tres se mencionarán todas las características que debe de tener la tubería utilizada en este proceso, y que van desde su fabricación hasta su uso. De esta manera en el capítulo cuatro se hará énfasis a las conexiones roscables que se utilizan en la tubería de perforación, se dará a conocer por que éstas se utilizan mejor que otro tipo de conexiones, y por qué su diseño y fabricación debe de estar regulado. Se pondrá en evidencia las características que las conexiones deben de tener antes, durante y después de su manufactura y de igual manera se darán a conocer las normas por las cuales éstas deben de fabricarse. Sabiendo que lo visto en los capítulos anteriores tiene lugar a la manera teórica de como son los equipos de perforación, cuáles son sus características, así como el proceso que debe de seguir en su fabricación y manufactura algunos elementos como lo son la tubería y sin duda las conexiones, en el capítulo cinco se presenta como es la programación de las máquinas CNC. De manera específica se presenta la programación de los tornos de control numérico, enfocada a la programación mediante los llamados ciclos pregrabados que permiten realizar los diferentes tipos de operaciones de maquinado que se deben realizar para manufacturar una conexión roscable. En el capítulo seis se presenta el resultado del modelado, programación y simulación de la manufactura de las conexiones roscables que se utilizan en los distintos componentes de una sarta de perforación. El modelado es realizado en el software CAD: Solidworks; mientras que la programación y simulación de la manufactura se realiza en el software CAM: Mastercam. Cabe señalar que en este capítulo se presenta el proceso de optimización de la programación y la manufactura de conexiones roscables. Por último en el capítulo siete se presenta el resultado de la manufactura de una conexión roscable, tomando en cuenta las normas API, con ayuda de lo obtenido mediante el modelado y programación en los software antes citados para así realizar el maquinado de conexiones roscables en un torno CNC.


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CAPÍTULO 1. MARCO DE REFERENCIA.

El marco de referencia nos proporciona la base principal de esta tesis, en este apartado se encuentran todos los parámetros que se utilizaron para la investigación, desarrollo y resultados de la misma.

1.1 Antecedentes

El proceso de perforación de pozos petroleros es un sistema que no ha cambiado

mucho hasta hoy en día, el manejo y la utilización de la tubería ha sido esencial en

este desarrollo tecnológico, y que por lo tanto requiere un estudio especializado,

en cada uno de los sectores en donde esta ha de utilizarse.

El manejo de la tubería de perforación se remonta al siglo XIX y no solo a los

procesos para obtener petróleo, sin embargo cabe señalar que la perforación

petrolera nació accidentalmente, pues su objetivo principal era la búsqueda de

agua.

El primer pozo perforado para producir petróleo, fue bautizado como Drake, que

se terminó el 27 de agosto de 1859, en Estados Unidos de América, y el cual tenía

una profundidad de 22.4 metros. En México el primero pozo con fines petroleros

se realizó en el cerro del Tepeyac en 1862.

Sin duda alguna los métodos para la perforación siguen siendo los mismos, sin

embargo los nuevos estándares de calidad y protección al personal, al medio

ambiente y la vida útil de los equipos utilizados, ha generado que este proceso sea

más eficiente hoy en día, el nacimiento de las normas API (American Petroleum

Institute) ha provocado que toda industria que se dedique a la perforación en

México tenga que estar sujeta a estas reglas de seguridad, operación y calidad en

un pozo petrolero. Es debido a esto que las conexiones roscables que se utilizan

en esta industria deban de tener una normatividad completamente integra para

que represente no solo un buen resultado en lo que se desea obtener sino que

sigan mejorando, es por ello, que este trabajo propone una manera más eficiente

en la realización de este tipo de conexiones roscables.


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1.2 Planteamiento del problema En el proceso de perforación y producción de un pozo petrolero es de vital importancia el uso de tuberías, ya que constituyen el medio por el cual se garantiza el control del mismo y se aseguran las instalaciones para el mejor aprovechamiento y mantenimiento del pozo. Como parte de los insumos que demanda un pozo, las tuberías representan un alto porcentaje en el costo del mismo. Por lo tanto, es importante considerar el costo de las tuberías. En la práctica de ingeniería de perforación, se deben definir y optimizar los materiales tubulares que deben utilizarse en un pozo, ya que las tuberías juegan un papel fundamental y cumplen diversas funciones. Además de que cada pozo presenta un comportamiento diferente en su operación y construcción. Debido a que las tuberías que se utilizan en los pozos tienen un límite en su longitud es necesario que estas tuberías queden unidas al introducirse en el pozo, con la condición de que la unión entre ellas sea hermética y capaz de soportar cualquier esfuerzo a la que sea sometida. Las malas conexiones entre las tuberías generan riesgos tanto en la salud de las personas como en costos, pues al manufacturar una rosca que no acople correctamente genera fallas que provocan de manera común fracturas en la tubería, esto presenta que se tenga que detener el proceso de perforación para así sustituirla. Esta mala manufactura se debe por lo general al mal diseño y al uso de los todavía llamados equipos de maquinado convencionales, además de no usar las normas correspondientes para la fabricación de las mismas. Es por ello que el presente trabajo de investigación abordará de manera objetiva y desde el punto de vista de la ingeniería la mejor opción en cuanto a la optimización de la manufactura de conexiones roscables utilizadas en el proceso de perforación petrolera.


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1.3 Justificación

En la actualidad una de las áreas que requiere especial atención para los Ingenieros Mecánicos Electricistas es la metal-mecánica que se encuentra directamente ligada con la Manufactura y Automatización de Procesos. La manufactura ha evolucionado con el paso del tiempo pues actualmente es indispensable el uso de software especializado para incrementar, facilitar y mejorar los procesos. Es por eso que este trabajo tiene la finalidad de llevar a cabo un seguimiento del proceso de manufactura con la utilización de los software CAD/CAM y la tecnología CNC acorde con los avances y requerimientos que la industria misma exige para el desarrollo de un producto. Dado que Tabasco es uno de los principales estados en donde la industria petrolera ocupa gran parte del sector industrial no se puede limitar a que este sector productivo se vea amenazado por la falta de material utilizado en equipos que operan tanto en perforación como en producción del petróleo, pues de manera general, una de las causas por las cuales se detiene la perforación es debido a fracturas que se presentan al momento de ir acoplando la tubería, es por esto que se ha elegido para tal motivo una de las piezas más importantes usadas en los pozos petroleros, las conexiones roscables para tuberías de perforación. Mismas que han de manufacturarse en base a las especificaciones de las normas API para cumplir plena y satisfactoriamente con el proceso adecuado de manufactura de dichos elementos.


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1.4 Hipótesis

Cuando el mecanizado de cualquier pieza se reduce a código CNC, el código se convierte en una garantía de que todas las piezas cumplirán con una norma de calidad preestablecida. Las fallas en las uniones roscables se deben a la presencia de concentradores de esfuerzo que, a menudo son consecuencia de errores en el maquinado. Estos hechos sustentan la propuesta de elaborar un código que minimice o elimine la aparición de este tipo de errores y reduzcan de esta manera la posibilidad de fallas por fractura en el momento del acoplamiento.

1.5 Objetivos 1.5.1 Objetivo general

Programar, modelar y maquinar conexiones roscables de tubería de perforación bajo la norma API.

1.5.2 Objetivos específicos.

Describir el funcionamiento y operación de las máquinas de Control Numérico Asistido por computadora.

Analizar las normas API utilizadas en la manufactura de conexiones roscables

Modelar en CAD los diferentes tipos de conexiones roscables para la sarta de perforación.

Programar diferentes piezas y componentes de equipo de perforación.

Simular el maquinado a través del proceso CAD/CAM.

Obtener la programación a través del software Mastercam y optimizar dicha programación.

Maquinar conexiones roscables a través de equipos CNC.


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1.6 Alcances y limitaciones

El desarrollo del presente trabajo tiene como característica la utilización de todos

los conocimientos adquiridos en el área de ingeniería mecánica eléctrica, para

modelar, programar y maquinar una conexión roscable utilizada en la tubería de

perforación, la optimización en la programación es solo un paso que nos permitirá

demostrar que la aplicación correcta de los software CAD/CAM producen

resultados satisfactorios que mejoran y hacen eficiente los procesos de

manufactura.

Dentro de las limitantes podemos considerar la falta herramientas que

complementan la óptima utilización de un equipo CNC, además de ciertos

instrumentos de medición que sin duda son un gran apoyo al momento corroborar

las dimensiones de la pieza a maquinar.


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CAPÍTULO 2. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA PERFORACIÓN EN TIERRA

FIRME

El objetivo de este capítulo es familiarizar al lector con los principales equipos de perforación terrestre, no obstante también existen equipos lacustres y marinos, pero estos no se profundizaran en este apartado, únicamente se ven señalados en el siguiente esquema. [1]

Figura 2.1 Clasificación de los Equipos de perforación rotatoria. [1] Un equipo de perforación está compuesto de muchos equipos individuales que combinados forman una unidad capaz de construir pozos. Sin esta unidad no se podrían perforar o revestir los pozos. Los equipos terrestres se clasifican en equipos convencionales y auto transportables. La diferencia es que los primeros tienen mayor capacidad en la profundidad y los segundos disponen de un conjunto malacates-motores de combustión interna montados sobre un remolque que se auto transporta, lo que le da mayor facilidad de transporte pero con menor capacidad de perforación. Un equipo de perforación terrestre se compone básicamente de los siguientes sistemas: sistema de potencia, sistema de levantamiento, sistema de rotación, sistema de circulación de fluidos y sistema de seguridad contra reventones.

EQUIPOS DE PERFORACION ROTATORIA

TERRESTRES

CONVENCIONALES

AUTOTRANSPORTABLES

LACUSTRES MARINOS

PLATAFORMAS FIJAS

OCTAPODOS

TETRAPODOS

TRIPODES

ESTRUCTURAS

ALIGERADAS

PLATAFORMAS AUTOELEVABLES

PIERNAS INDEPENDIENTES

MATT

FLOTANTES

BARCO PERFORADOR

SEMISUMERGIBLE

TLP


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En la siguiente ilustración se puede apreciar de forma general la disposición e interrelación de los componentes mencionados, mismos que serán descritos en los apartados siguientes. [2]

Figura 2.2 Elementos de un equipo de perforación. [2]


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Tabla 2.1 Elementos de un equipo de perforación.

Lista de elementos

1. Cilindros para aire 28. Múltiple de la tubería

2. Impide reventones 29. Tolva

3. Base para la pata 30. Canal de descarga

4. Brida del cabezal 31. Tubería de descarga

5. Engranajes de transmisión 32. Conexiones entre tanques

6. Cruceta de acoplamiento 33. Piso de la subestructura de motores

7. Cornisa 34. Hoyo de descanso (Kelly)

8. Cabría o torre 35. Gancho polea viajera

9. Refuerzo diagonal 36. Manguera del fluido de perforación

10. Piso de la torre 37. Cadena de seguridad de la manguera

11. Pata de la cabria 38. Colisa

12. Malacate 39. Encuelladero

13. Motores 40. Tanque de asentamiento

14. Caballete 41. Cernidor vibratorio

15. Travesaño 42. Bombas del fluido de perforación

16. Conexión acodada 43. Subiente

17. Guardacadena 44. Escalera

18. Guarda transmisión 45. Subestructura de la cabria

19. Guarda transmisión 46. Subestructura del malacate

20. Freno hidráulico 47. Subestructura de la rampa

21. Junta Kelly 48. Tubería de succión

22. Tubería de colmado 49. Tanque para succionar

23. Tuberías de descarga 50. Cámara de amortiguación

24. Cable de perforación 51. Junta giratoria

25. Hoyo de encaje 52. Asa de la junta giratoria

26. Batidores fijos 53. Bloque viajero

27. Batidor giratorio 54. Tubería para suministro de agua

En los siguientes apartados se describen los sistemas de potencia más relevantes al tema: el sistema de potencia, el sistema de levantamiento y el sistema de rotación; cuya relación con los elementos de estudio para el presente trabajo, es decir, las conexiones roscables para tuberías de perforación, es mayor que los dos sistemas restantes.


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2.1 Sistema de potencia

El sistema de potencia genera la fuerza primaria requerida para operar la mayoría de todos los componentes en un taladro de perforación. Este sistema soporta todas las operaciones de los sistemas de perforación rotatoria, generando la energía requerida en el sitio para la cual utiliza grandes motores de combustión interna y luego dependiendo del tipo de motor usado, transmite o distribuye la energía en forma mecánica o eléctrica a todos los sistemas y componentes del taladro que necesiten energía para realizar sus respectivas funciones. Este sistema se subdivide en dos partes:

1. Generación de potencia. 2. Transmisión de potencia.

2.1.1 Generación de potencia Es la fuente de energía para el equipo de perforación rotatoria; la forma más común es el uso de motores de combustión interna. Estos motores son normalmente alimentados por combustible Diesel. Su número depende del tamaño del equipo al que van a suministrar la potencia; muchos equipos modernos tienen 8 motores de combustión interna o más. [3]

2.1.2 Transmisión de potencia

Es el proceso en el que se transmite la potencia a los principales sistemas como: levantamiento, rotación y circulación. Esta transmisión de potencia se realiza a través de dos métodos:

Transmisión de potencia mecánica: Es un proceso en el cual se obtiene la potencia del motor primario, al mismo tiempo debe conectarse con otros motores para liberar la cantidad de energía adecuada y así llegar al acoplamiento hidráulico. [4]


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Figura 2.3 Transmisión mecánica de la potencia. [4]

Transmisión de potencia eléctrica: Es un proceso en el cual se obtiene la potencia del generador eléctrico colocándolo al frente del bloque, desde allí transmite la potencia a través de cables adicionales a motores eléctricos directamente conectados al sistema.

Figura 2.4 Transmisión eléctrica de la potencia.


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2.2 Sistema de levantamiento

La función del sistema de levantamiento es la de soportar a todo el sistema de rotación mediante la utilización de equipos apropiados capaces de levantar, bajar y suspender los pesos requeridos por él. Este sistema se compone de los siguientes equipos:

Estructura de soporte

Equipo de levantamiento

2.2.1 Estructura de soporte

Es la armadura de acero que se levanta sobre el sitio de perforación del pozo y soporta los grandes pesos de los equipos del sistema de rotación. Esta tiene los siguientes componentes: Torre: También llamada mástil, es una estructura de acero con capacidad para soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la capacidad del cable, y el empuje máximo de la velocidad del viento. Descansa sobre una subestructura. Ésta sirve para dos propósitos principales: a) soportar el piso de perforación, así como facilitar espacio para el equipo y personal y b) proveer espacio debajo del piso para alojar los preventores de reventones. El mástil debe soportar el peso de la sarta en todo momento, mientras la sarta está suspendida del bloque de la corona y cuando descansa en la mesa rotaria. [1] Corona: Es el componente por el cual se transmite el peso de la sarta de perforación a la torre. En la corona o parte superior de la torre se encuentran una serie de poleas que forman el bloque corona o fijo, el cual sostiene y da movilidad al bloque viajero.

Encuelladero: Es una plataforma de trabajo ubicada a un lado de la torre o mástil donde el encuellador coloca las parejas de tubería y barras durante las actividades de sacada y metida de tuberías del hoyo (viaje). Consola del perforador: Está situada en el piso del taladro cerca del malacate. Provee al perforador de una visión general de todo lo que está pasando en cada uno de los principales componentes del sistema. [3]

2.2.2 Equipo de levantamiento

Son equipos especializados que se utilizan para levantar, bajar y suspender la sarta de perforación.


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Malacate: Es la unidad de potencia más importante en el sistema de levantamiento. Cuenta con un tambor rotatorio, provisto de ejes, cadenas y engranajes para cambio de velocidades o giro en reversa. También tiene un freno principal que detiene al cable de perforación. El cable de perforación se enrolla varias veces en el tambor y pasa a través de las poleas de los bloques corona y viajero.

Figura 2.5 Malacate

El malacate está instalado en una estructura de acero rígida. Esto permite que pueda transportarse con facilidad de una localización a otra. Bloque Corona: El bloque de corona es un arreglo de poleas montadas en vigas, en el tope de las torres de perforación y de él pende a través del cable, el bloque viajero que permite levantar o bajar la sarta de perforación.

Figura 2.6 Bloque Corona


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Bloque viajero: Es un bloque con forma de diamante que contiene un número de poleas menor al que hay en el bloque corona, girando sobre un eje común. Este mecanismo permite que el bloque suba y baje suspendido del bloque corona.

Figura 2.7 Bloque viajero y gancho.

Gancho: Es una herramienta localizada debajo del bloque viajero al cual va unido y de la cual va suspendida la unión giratoria o cuadrante y la sarta de perforación. Además, sostiene el elevador durante el ascenso y descenso de la tubería o sarta de perforación.

Cable de perforación: El cable es un elemento de transmisión entre el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo. Este cable se enrolla y desenrolla sobre el carrete del malacate. El cable es doblado y desdoblado cuando corre sobre las poleas y se enrolla y desenrolla en el carrete sometiéndose a: rozamiento, escoriado vibrado, torcido, compresión y estirado en su ambiente abrasivo y de pobre lubricación. El cable que normalmente se usa tiene una construcción clasificada como 6 X 19 Seale con centro de cable independiente. El número 6, se refiere al número de madejas que rodean el núcleo de cable de acero independiente. El número 19, indica que cada madeja tiene 19 alambres: un alambre central rodeado por nueve alambres delgados y éstos a su vez por nueve alambres más gruesos.


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Figura 2.8 Cable 6 x 19 Seale

Cuñas: Es un conjunto de piezas flexibles cuyas superficies interiores son curvas y dentadas. Durante el viaje de tubería, la sarta de perforación se sostiene alternativamente por el bloque viajero y las cuñas, las cuales se introducen en la abertura cónica en el centro de la mesa rotaria, colocados de esta forma, rodean la tubería de perforación sujetándola por acción combinada de fricción y mordedura.

Figura 2.9 Cuña para tubería de perforación.


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2.3 Sistema de rotación

El sistema de rotación es aquel que hace girar la sarta de perforación y permite que la barrena perfore un hoyo desde la superficie hasta la profundidad programada. Está localizada en el área central del sistema de perforación y es uno de los componentes más importantes del taladro.

2.3.1 Sarta de perforación Se define como el eje principal del proceso de perforación al final del cual se coloca la barrena de perforación. Está compuesto por los siguientes elementos:

Barrena

Lastrabarrenas

Tubería de perforación

El cuadrante o Kelly

Buje del cuadrante

La unión giratoria

Mesa giratoria

2.3.1.1 Barrena Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación, utilizada para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotaria. Su función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresión y de la rotación de la barrena. Los tipos de barrenas más utilizados para la perforación de pozos petroleros, así como el empleo de barrenas para operaciones especiales, se clasifican genéricamente de la siguiente manera: Barrenas tricónicas: Las barrenas tricónicas cuentan con tres conos cortadores que giran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con su estructura de corte, y pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de carburo de tungsteno. También cambian en función de su sistema de rodamiento que puede tener balero estándar, balero sellado, chumacera, etc. Las barrenas tricónicas constan de tres importantes componentes: la estructura cortadora, los cojinetes y el cuerpo de la barrena. La estructura de corte, o cortadores, está montada sobre los cojinetes, los cuales corren sobre pernos y constituyen una parte integral del cuerpo de la barrena.


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Figura 2.10 Barrena tricónica

Barrena de cortadores fijos:

Estos se dividen en los siguientes tipos.

Barrenas de diamante natural:

Las barrenas de diamante natural, al igual que las de otros tipos de diamante, tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero. El tipo de flujo es radial o de contra matriz, y el tipo de cortadores es de diamante natural incrustado en el cuerpo de la barrenas, con diferentes densidades y diseños.

Figura 2.11 Barrenas de diamante natural


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Figura 2.12 Barrena de diamante térmicamente estable [1]

Barrenas de diamante térmicamente estable:

El diseño de las barrenas de diamante térmicamente estable (TSP), al igual que las de diamante natural, es de un solo cuerpo sin partes móviles. Son usadas para perforación de rocas duras como caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras. Este tipo de barrenas usa como estructura de corte, diamante sintético en forma de triángulos pequeños no redondos, como es el caso de las barrenas de diamante natural. [1]

Barrenas de compacto de diamante poli cristalino: Las barrenas de compacto de diamante poli cristalino (PDC) pertenecen al conjunto de barrenas de diamante con cuerpo sólido y cortadores fijos y, al igual que las barrenas TSP utilizan diamante sintético. Su diseño de cortadores está hecho con diamante sintético en forma de pastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las TSP su diseño hidráulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricónicas. [3]


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Figura 2.13 Barrena PDC [3]

2.3.1.2 Lastrabarrenas Son barras de acero huecas utilizadas para auxiliar a la tubería de perforación y dar peso a la barrena durante las operaciones de perforación. También son conocidas como DrillCollars. Actualmente se tienen en uso dos tipos de lastrabarrenas:

Acabado de fábrica (liso).

Este acabado se denomina convencional, ya que trae la forma tal y como sale de la fábrica, satisface todos los requisitos nominales.

Figura 2.14 Lastrabarrenas liso

Diseño de espiral. Reduce el área de contacto entre las lastrabarrenas y la pared del pozo, evitando con esto pegaduras por presión diferencial en agujero abierto.

Figura 2.15 Lastrabarrenas en espiral


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2.3.1.3 Tubería de perforación

Figura 2.16 Tubería de perforación

Constituye la mayor parte de la sarta de perforación. Esta soportada en su extremo superior por el Cuadrante o Kelly el cual la hace girar por el efecto de la mesa rotatoria. La tubería de perforación es una barra de acero hueca utilizadas para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque está expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones.

2.3.1.4 Cuadrante o junta Kelly

Se define como un tubo de acero pesado que tiene generalmente forma hexagonal, está suspendido en su extremo superior de la unión giratoria. Pasa a través del hueco de la mesa rotatoria y está conectado a la sarta de perforación. Entre el cuadrante y la unión superior de la tubería de perforación se usa una sección de reemplazo que protege al cuadrante, ya que elimina la necesidad de desenroscar el extremo inferior del cuadrante durante las operaciones de perforación, evitando así el desgaste de la rosca en su unión.

2.3.1.5 Buje del Cuadrante

Es un accesorio rotatorio que engancha el buje maestro y transmite torque del cuadrante a la sarta de perforación. [5]


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Figura 2.17 Buje del cuadrante [5]

2.3.1.6 Unión giratoria La unión giratoria o cabeza de inyección, va conectada al bloque de aparejo por una enorme asa. La unión giratoria tiene tres funciones básicas: soportar el peso de la barra maestra permitir que la barra maestra gire y proveer un sello hermético y un pasadizo para que el lodo de perforación se bombee por la parte interior de la barra maestra. [1]

Figura 2.18 Unión giratoria [1]


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Figura 2.19 Mesa rotatoria

2.3.1.7 Mesa giratoria

Se define como una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el cuadrante, y a través de este a la sarta de perforación y la barrena. Se distingue primordialmente por su capacidad de aguantar trabajos fuertes y rendir largos servicios. Generalmente es fundida de aleación de acero y ajustada por debajo de un anillo de engranaje, que se contrae contra la mesa propiamente dicha. Puede soportar el peso muerto de la tubería de perforación o de revestimiento.


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CAPÍTULO 3.TUBERIAS PARA PERFORACIÓN (TP).

Este capítulo tiene la finalidad de dar a conocer cuáles son los diferentes tipos de tubería para perforación, se mostrarán los métodos utilizados desde su proceso de fabricación hasta las características necesarias que deben de tener antes y durante de su operación. . Una tubería es un elemento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero, con una geometría definida por el diámetro y el espesor del cuerpo que lo conforma. Para fines prácticos, se define mediante una geometría homogénea e idealizada.

La fabricación de tuberías se ha diversificado y extendido para satisfacer la demanda de las diferentes industrias que las utilizan como insumo. Es por ello que en la actualidad obtenemos tuberías con diferentes calidades en los materiales que la componen. Tal es el caso de: tuberías de aluminio, tuberías de fibra de vidrio, tuberías de plástico, etc. Cada una de ellas tiene aplicaciones específicas y limitadas por las condiciones del material y de su respuesta en su manejo. [1]

3.1 Proceso de fabricación Existen tres procesos de fabricación de tuberías: el proceso sin costura, el proceso con soldadura eléctrica-resistencia y el proceso de soldadura eléctrica instantánea (flash). El proceso más utilizado para suministrar la demanda de tuberías dentro del ámbito de perforación es la fabricación de tubería sin costura. A continuación se detallan los pasos del proceso de la fabricación de tubería sin costura. Materia prima: La materia prima usada en la fabricación de tubería es, básicamente, un 30% de fierro esponja (fierro natural) y un 70% chatarra. Acería: Es un proceso que consta de 3 etapas.

Fusión: La materia y ferroaleaciones se calientan hasta alcanzar una temperatura cercana a los 1620°C. En ese punto, el acero se encuentra en estado líquido.

Afinación: Después de realizar el vaciado de la olla de fusión a la olla de afinación, con precisión, se realiza la afinación del acero mediante la adición de aleaciones. Así se obtiene el grado de acero requerido.

Vaciado: Posteriormente, el acero de la olla de afinación es llevado y vaciado al distribuidor para obtener la colada continua.

Colada continua: El distribuidor de la colada continua ha sido diseñado con deflectores especiales que evitan la turbulencia, con el propósito de obtener barras de sección redonda, que finalmente son cortadas en secciones de longitud conocida, dependiendo del diámetro de la tubería que se fabricará. Esta sección de acero es comúnmente llamada “tocho”.


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Laminado: El tocho entra al horno giratorio, que contiene nueve zonas de calentamiento, donde se alcanzan temperaturas de 1200°C en forma gradual. Al salir del horno, se envía al desescamador para eliminar la oxidación que sufre al contacto con la atmósfera y se procede al perforado. Se obtiene un esbozo cilíndrico. Tratamiento térmico: Existen tres tipos de tratamientos.

Temple: El tubo es llevado a un horno. Ahí se aumenta gradualmente la temperatura hasta 860°C, esto modifica la estructura molecular del acero a una austenita. Posteriormente, el tubo se sumerge súbitamente en agua a temperatura de 40°C, alterando la estructura molecular a una martensita, la cual es dura y poco dúctil.

Revenido: La tubería es introducida a un horno que aumenta gradualmente su temperatura hasta 550°C. El calor convierte la estructura molecular en una martensita revenida, que es dura y dúctil. Posteriormente es recalibrado y enderezado en caliente. Se obtiene un producto con bajos esfuerzos residuales.

Normalizado: En este tratamiento el tubo es calentado sin llegar a la austenización de la estructura molecular del acero.

Prueba de Inspección electromagnética: Con esta prueba se detectan defectos longitudinales y transversales, internos y externos. Inspección electromagnética método de vía húmeda: Debido a que en los extremos la tubería llevará la mayor carga, ambos extremos del tubo son inspeccionados por el método de partículas magnéticas para determinar posibles defectos longitudinales y transversales. Roscado: Se realiza de acuerdo con las normas del API, las cuales son verificadas con calibres estrictos. Prueba hidrostática: El tubo se sumerge en una tina que contiene fluido y se colocan elastómeros en ambos extremos del tubo, donde se aplica una presión interna del 80% de su capacidad durante cinco segundos, de acuerdo con la norma del API 5CT1. Control final y embarque: Finalmente, el tubo se pesa y se mide. Así se tiene toda la información completa de rastreabilidad del tubo, para ser pintado, estampado, barnizado y embarcado. 1. API Specification 5CT: Specification for Casing and Tubing, Seventh Edition October 1, 2001. [6]


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3.2 Tipos de tuberías

El uso de tuberías en un pozo es de vital importancia. Constituyen el medio por el cual garantizan el control del mismo y se aseguran las instalaciones para el mejor aprovechamiento y mantenimiento del pozo. Con el fin de entrar en materia, es importante mencionar que dentro de la ingeniería de perforación las tuberías juegan un papel fundamental y cumplen diversas funciones.

De acuerdo a la función de operación que debe cumplir las tuberías se clasifican como:

Tuberías de revestimiento: Son tuberías que constituyen el medio con el cual se reviste el agujero que se va perforando. Con ello se asegura el éxito de las operaciones llevadas a cabo durante las etapas de perforación y terminación del pozo.

El objetivo de las tuberías de revestimiento es proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemáticas que se presentan durante la perforación. Tal es el caso de revestir el agujero para mantener la estabilidad del mismo, prevenir contaminaciones, aislar los fluidos de las formaciones productoras, controlar las presiones durante la perforación y en la vida productiva del pozo.

Tuberías de perforación: Las tuberías de perforación son los elementos tubulares utilizados para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se les conoce como tuberías de trabajo, porque están expuestas a múltiples esfuerzos durante las operaciones de perforación del pozo.

Tuberías de producción: Las tuberías de producción son el elemento tubular a través del cual se conducen hasta la superficie los fluidos producidos de un pozo, o bien, los fluidos inyectados de la superficie hasta el yacimiento.

Tubería de línea: Se le conoce como tubería de línea al elemento tubular utilizado para conducir los fluidos producidos del pozo hacia los centros de recolección, separadores, compresores o tanques de almacenamiento. [1]

De los tipos de tubería mencionados anteriormente, los utilizados durante el proceso de perforación en un pozo son: la tubería de revestimiento y la tubería de perforación.

Además de accesorios tubulares que van en conjunto con la tubería de perforación propiamente dicha, los cuales son: los collares o lastrabarrenas, la tubería de perforación pesada, los estabilizadores y los sustitutos de acople A continuación se detallan estos tipos de tubería usados en el proceso de perforación.


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3.3 Tubería de revestimiento

Uno de los aspectos de primer orden dentro de las operaciones que se efectúan para perforar un pozo, es el que se refiere a la protección de las paredes del agujero para evitar derrumbes y aislar manifestaciones de líquidos o gas. Dicha protección se lleva a cabo mediante tuberías de revestimiento. Durante la perforación de los pozos se atraviesan formaciones con situaciones y problemáticas diferentes, entre las que se tienen: zonas de bajos gradientes de fractura, intervalos con presiones anormalmente altas, formaciones inestables, yacimientos depresionados, etc. Esto origina que a medida que se va profundizando se tengan que ir aislando intervalos con característica diferentes mediante la introducción y cementación de tuberías de revestimiento. [5] Las funciones de las tuberías de revestimiento son:

Evitar derrumbes y concavidades.

Confinar la producción del intervalo seleccionado.

Dar un soporte para la instalación del equipo de control superficial.

Facilitar la instalación del equipo de terminación.

En general, las tuberías de revestimiento se pueden clasificar en:

Tubería conductora

Tubería superficial

Tubería intermedia

Tubería corta

Tubería de uso especial

3.4 Tubería de perforación La tubería de perforación es una barra de acero hueca utilizada para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque está expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones. La tubería de perforación va conectada al lastrabarrenas superior y su último tubo se enrosca a la junta Kelly, la cual le imparte a la barrena y a toda la sarta el movimiento rotatorio producido por la mesa rotaria. Esta sección de la sarta de perforación va aumentando en longitud a medida que se va ahondando el hoyo.


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Además de las funciones de hacer girar e imponer peso a la barrena, la tubería de perforación es parte esencial del conducto que lleva el fluido de perforación desde las bombas al fondo del hoyo, a través de la barrena. Por tanto, la tubería de perforación está expuesta a fuertes fuerzas de rotación, de tensión, de compresión, de flexión y pandeo, de torsión, de aprisionamiento por derrumbe del hoyo, de roce, de fatiga, de rebote y desgaste general. De allí que la fabricación se haga utilizando aleaciones especiales de acero, cuyas características soporten los esfuerzos a que están sujetos en el hoyo tanto cada tubo como las conexiones que los unen. La tubería de perforación se fabrica en una variada selección de diámetros externos nominales desde 1 hasta 12.5 pulgadas. Los diámetros por debajo de 3 pulgadas y los mayores de 5.5 pulgadas se emplean para casos especiales. [3] La tubería de perforación también puede definirse como una envolvente cilíndrica que tiene una longitud determinada, con diámetro exterior, diámetro interior, recalques, conexión caja-piñón, diámetro exterior de junta, espesor de pared y marca de identificación.

A continuación describiremos brevemente éstos componentes:

Figura 3.1 Elementos de una tubería de perforación.


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Longitud: Es la medida que tiene el tubo de la caja del piñón. La tubería de perforación se suministra en el siguiente rango API de longitud:

· Rango 1 de (25 a 28 pies). · Rango 2 de (28 a 31 pies). · Rango 3 de (31 a 34 pies). ·

Diámetro exterior: Es la medida del cuerpo del tubo en su parte externa.

Diámetro interior: Es la medida interna de un tubo de perforación.

Recalque: Es la parte más gruesa del tubo y prevé una superficie de contacto satisfactoria para la soldadura de las juntas. Este recalcado permite un factor de seguridad adecuado en el área soldada para proveer resistencia mecánica y otras consideraciones metalúrgicas.

Conexión caja-piñón: Es el punto donde se realiza el enlace de la caja o piñón de un tubo con el piñón o caja de otro tubo.

Diámetro exterior de la junta: Es la medida que resulta de la unión de la caja con el piñón de un tubo de perforación.

Espesor de pared: Es el grosor de la pared de un tubo de perforación.

Marca de identificación: La información referente al grado y el peso de la tubería de perforación se graba en una ranura colocada en la base del piñón; excepto en la tubería grado E 75, ya que en esta la marca de identificación se encuentra en el piñón. [5]

3.4.1 Clasificación de la Tubería de Perforación La clasificación que da el API en las tuberías de trabajo en función a su desgaste es la siguiente:

Clase nueva: Es la tubería que conserva sus propiedades o que ha sufrido como máximo un desgaste exterior uniforme del 12 % en el cuerpo del tubo.

Clase Premium: Las tuberías que se clasifican en esta categoría son aquellas que han sufrido como máximo un desgaste exterior uniforme del 12 al 20 %.

Clase 2: En esta clasificación se ubican las tuberías que han perdido entre el 12.5 y el 20 % del área de acero del cuerpo del tubo en forma excéntrica; y además en algún punto el espesor de pared es del 65 % del espesor original como máximo; esta condición se toma como base para evaluar la capacidad de resistencia de la tubería de esta clase a la presión interna, colapso y torsión.

Clase 3: Cuando una tubería se desgasta del 20 al 37.5 % del área del acero original en forma excéntrica cae en esta clasificación.


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3.4.2 Código para identificar el peso y grado de la tubería de trabajo.

.

Figura 3.2 Códigos de tuberías

Cuando el piñón no tiene ninguna marca, es indicativo de que se trata de una tubería estándar en peso y grado. Cuando la ranura se localiza en el centro del piñón, o sea en la sección de la llave, como se aprecia en la figura, la tubería será de grado estándar y alto peso. Si la ranura se localiza en la base y además tiene una acanaladura en la parte central del piñón, o sea en la parte central donde se sujeta la llave, será una tubería de peso estándar y alta resistencia. Si el piñón tiene la acanaladura en la base y la ranura en el centro, se tratara de una tubería de alto peso y alta resistencia.


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3.4.3 Pesos de la Tubería de Perforación

Al referirse a los pesos de la tubería de perforación, hay tres que son importantes:

Peso del tubular con extremos planos: Se refiere al peso por pie del cuerpo del tubo, sin acoples.

Peso Nominal: Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de un tubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa para referirse a una clase de tubo de perforación.

Peso Aproximado: El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el número que se debe usar en los cálculos de la carga del gancho. [4]

3.5 Accesorios

3.5.1 Lastrabarrenas

Son barras de acero huecas utilizadas para auxiliar a la tubería de perforación y dar peso a la barrena durante las operaciones de perforación. También son conocidas como collares de perforación. Los extremos tienen roscas maquinadas en el torno (caja y piñón). [1] Los Collares o Lastrabarrenas tienen las siguientes funciones en la sarta de perforación:

Protegen la sarta de perforación de doblamiento y la torsión

Controlan la dirección y la inclinación de los pozos.

Para perforar pozos rectos y pozos verticales.

Aseguran que la sarta de revestimiento sea bajada exitosamente

Mejoran el desempeño de la barrena.

Reducen la perforación irregular, tubería pegada y brincos.

Proveer el peso para colocar sobre la barrena.

Mantener la tubería de perforación en tensión.

Prevenir el pandeo de la sarta de perforación.

Proveer el efecto de péndulo para la perforación de agujeros rectos.


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Figura 3.3 Tubería pesada [5]

3.5.2 Tubería pesada

Esta tubería se fabrica con un mayor espesor de pared y uniones especiales extra largas con relación a la tubería de perforación normal. Es un componente de peso intermedio, para la sarta de perforación, entre los lastrabarrenas y la tubería de perforación. Proporcionando un cambio gradual de rigidez de la herramienta rígida a frágil tubería de perforación, reduciendo la fatiga de ésta, al colocar tubería pesada en el punto de transición. Por su peso y forma, la tubería “pesada” se puede usar en compresión, al igual que los lastra barrenas. [5] Diseño:

Con mayor espesor de pared y acoples más largos que la tubería de perforación regular.

Con refuerzo metálico externo en el centro del cuerpo del tubo.

También disponible con diseño exterior espiral. Funciones:

Como elemento de transición entre los lastrabarrenas y la tubería de perforación.

Esto previene el pandeo de la tubería de perforación.

Puede trabajarse en compresión sin sufrir daño en los acoples.

Empleada extensamente en perforación direccional.

En ocasiones se utiliza en reemplazo de los lastrabarrenas.

Mantiene la tubería de perforación rotando en tensión.

No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales.


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Figura 3.4 Estabilizadores.

3.5.3 Estabilizadores

Su función principal es la de mantener la dirección programada del pozo y estabilización del mismo evitando el pandeo de la sarta de perforación, ya sea si se va a perforar un pozo vertical o direccional. [4] Razones para usar estabilizadores:

Se usan como el método fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayoría de las herramientas de fondo.

Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena.

Reducen al mínimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y dañan los componentes de la herramienta de fondo.

Reducen el torque de perforación al evitar que haya contacto del collar con las paredes del pozo y los mantiene concéntricos dentro del hoyo.

Ayudan a evitar el que la tubería se pegue por presión diferencial y también la formación de asientos de llave.

Tipos de estabilizadores:

Camisa Reemplazable: Valioso en donde la logística es un problema.

Cuchilla Soldada: Para pozos de diámetro grande y formaciones blandas.

Cuchilla Integral: Durabilidad máxima para aplicaciones rudas.

Camisa no rotaria: Para formaciones muy duras o abrasivas.

Escariador de rodillos: Para formaciones duras.


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3.5.4 Sustitutos de acople

Van en la sarta de perforación entre la tubería de perforación y los lastrabarrenas, y en otros puntos. El sustituto tiene roscas especiales en la caja y en el piñón. Los fabricantes los diseñan para unir partes de la sarta de perforación que tienen roscas de diferente diseño. Por ejemplo, el piñón de una tubería puede no enroscar directamente en la caja de un lastrabarrenas, por ello la cuadrilla coloca un sustituto en la última junta de la tubería de perforación, donde se une con la primera junta del lastrabarrenas. [2] La siguiente imagen muestra los componentes de una sarta de perforación para ejemplificar como está colocada la tubería de perforación en conjunto con los accesorios antes mencionados. En ella se muestran también algunas herramientas no mencionadas ya que son de menor relevancia para el tema.


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Figura 3.5 Componentes de una sarta de perforación


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CAPÍTULO 4. CONEXIONES PARA TUBERÍA DE PERFORACIÓN.

Este capítulo tiene como finalidad dar a conocer las conexiones roscables utilizadas en la tubería de perforación, mostrando por qué estas conexiones deben de tener características específicas en su diseño según su uso.

Figura 4.1 Conexiones para tubería de perforación

Debido a que las tuberías que se utilizan en los pozos tienen un límite en longitud, básicamente entre 9 y 13 metros, es necesario que estas queden unidas al introducirse en el pozo, con la condición de que la unión entre ellas sea hermética y capaz de soportar cualquier esfuerzo al que se someterá la tubería. A esta unión efectuada entre dos tuberías se le conoce como junta o conexión de tuberías. Estas conexiones pueden ser manufacturadas en la misma tubería o unidas a ésta por soldadura.

Actualmente, en la industria petrolera, y en especial en el ámbito de perforación, se utilizan diferentes tipos de conexiones, por lo que hay que estudiar y comprender los conceptos básicos sobre estos dispositivos mecánicos, y seleccionar de acuerdo a su uso, la conexión más apropiada.

La conexión ideal es aquella que es idéntica al cuerpo del tubo. Es decir, que geométricamente y en términos de su desempeño mecánico sea igual al cuerpo del tubo. Esto significa que la junta ideal debería tener tanto su diámetro exterior e interior exactamente iguales al de la tubería, y su capacidad de resistencia igual o superior a la resistencia de la tubería.

Para lograr lo anterior, se han realizado diversos esfuerzos por parte de las compañías fabricantes de juntas, pero con la particularidad de no lograr el diseño ideal de la misma.


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Básicamente una junta o conexión está constituida por dos o tres elementos principales. Estos son: un piñón, una caja y la rosca. Se dice que una junta también cuenta con un elemento de sello y un elemento hombro de paro, elementos que representan o simbolizan parte de los esfuerzos realizados por alcanzar lo ideal en una conexión. [1] El miembro roscado externamente es llamado piñón. El miembro roscado internamente es llamado caja. Los piñones pueden ser del mismo espesor del cuerpo del tubo (Non Upset) o de mayor espesor (Upset). Un cople funciona uniendo dos piñones, este elemento tiene un pequeño tramo de diámetro ligeramente mayor, pero roscado internamente desde cada extremo.

4.1 Principio de diseño.

Las conexiones funcionan con un ajuste por fricción.

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

La interferencia proporciona integridad a la presión.

Al agregar roscas se agrega protección al desacople por tensión. 4.2 Clasificación

La clasificación de las conexiones para tubería de perforación puede ser según:

Por su forma de unión.

Por el tipo de rosca.

Por el maquilado de los extremos de la tubería. [4]

Figura 4.2 Juntas para tubería de revestimiento y perforación de mayor uso en Petróleos

Mexicanos [4]

CONEXIONES

INTEGRALES

RECALCADAS

API EXTREME LINE API TUBING VAM-ACE-XS

VAM FIT HD-533

FORMADAS (SEMILISAS)

HD-521 HD-SLX MAC II

LISAS (FLUSH)

VAM-FJL HD-511 HD-513

ACOPLADAS

API

8 HILOS

10 HILOS

BUTTRESS

PREMIUM

MULTI VAM

VAM ACE

VAM SL

VAM TOP

HD-563


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4.2.1 Por su forma de unión.

Acopladas: Son las que integran un tercer elemento denominado cople, pequeño tramo de tubería de diámetro ligeramente mayor y roscado internamente, el cual, une dos tramos de tubería roscados exteriormente en sus extremos, como lo muestra la figura.

Integrales: Son las que unen un extremo de la tubería roscado exteriormente como piñón y conectándolo en el otro extremo de la tubería roscado internamente como caja.

4.2.2 Por el tipo de rosca.

Roscas API: De acuerdo con las especificaciones API de elementos tubulares, existen únicamente cuatro tipos de roscas:

Tubería de línea o rosca en V.

Redondas.

Butress.

Extreme line.

Roscas Premium: Son juntas mejoradas a las API y maquinadas por fabricantes que patentan el diseño en cuanto a cambios en la rosca y a la integración de elementos adicionales como sellos y hombros que le proporcionan a la junta características y dimensiones especiales para cubrir requerimientos específicos para la actividad petrolera, tales como:

Evitar el “brinco de roscas” (jump-out) en pozos con alto ángulo de desviación.

Mejorar la resistencia a presión interna y externa.

Disminuir esfuerzos tangenciales en coples.

Evitar la turbulencia del flujo por cambio de diámetro interior.

Múltiples conexiones y desconexiones en pozos de prueba.

Sellos mejorados. La diferencia más significativa entre las roscas API y las roscas Premium es el tipo de sello: En las roscas API el sello puede ser:

Sello Resilente: Mediante un anillo u “O Ring” de teflón o materiales similares (utilizadas para presiones excesivamente bajas), a veces sólo funcionan como barreras contra la corrosión.


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Sello de interferencia: Es el sello entre roscas originado por la interferencia entre los hilos de la rosca al momento de conectarse mediante la conicidad del cuerpo de la junta y la aplicación de torsión. El sellado propiamente dicho es causado por la grasa aplicada, la cual rellena los micro huecos entre los hilos de la rosca.

En las roscas Premium el sello es:

Metal-Metal: Se origina por la presión de contacto entre planos deslizantes adyacentes. Es decir, existe un contacto metal-metal entre el piñón y la caja de la junta.

4.2.3 Por el maquilado de los extremos de la tubería. Recalcadas: Se incrementa el espesor y diámetro exterior de la tubería en uno o en ambos extremos en un proceso de forja en caliente, a los que posteriormente se les aplica un relevado de esfuerzos. Esta conexión tiene una resistencia a la tensión al 100 %.

Figura 4.3 Conexión recalcada

Formadas (Semiflush): El extremo piñón es cerrado y el extremo caja es expandido en frío sin rebasar el 5% en diámetro y el 2% en espesor, aplicando un relevado de esfuerzos posterior. Esta conexión tiene una resistencia a la tensión de 70 a 85 %.

Figura 4.4 Conexión formada.

Lisas (Flush): Se maquilan las roscas directamente sobre los extremos del tubo sin aumentar el diámetro exterior del mismo. Esta conexión tiene una resistencia a la tensión de 55 a 65 %.

Figura 4.5 Conexión lisa.


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Figura 4.6 Conexión acoplada.

Acopladas: Se maquila un piñón en cada extremo del tubo y se le enrosca un cople o doble caja, quedando el tubo con piñón de un extremo y caja el otro extremo. Esta conexión tiene una resistencia a la tensión de 85 a 94 %.

4.3 Eficiencia.

Una forma directa de dimensionar la capacidad de resistencia de una junta se ha establecido mediante el concepto de eficiencia de la junta. Se define como un número expresado en porcentaje de resistencia, generalmente a la tensión, respecto a la resistencia a la tensión del cuerpo del tubo. Esto quiere decir que una junta con 100% de eficiencia tiene una resistencia similar o mayor a la tubería. La resistencia a la tensión debe ser expresada a la mínima cedencia en ambos casos.

4.4 Proceso de manufactura.

A continuación se presenta el procedimiento “usual” de manufactura de una conexión. Maquinado de la rosca: El maquinado de piñón se realiza empleando tornos petroleros de CNC o convencionales con las cuatro operaciones básicas de maquinado.

Desbaste interior.

Desbaste exterior.

Acabado de sello.

Roscado. Inspección visual del maquinado:

Limpieza de la pieza con aire comprimido.

Verificar la presencia de filos vivos, cortes, fisuras e interrupciones. Fosfatizado de piñones: Es un recubrimiento de fosfato (Zn o Mn) que tiene por objetivo lo siguiente. Este recubrimiento se realiza por inmersión del extremo roscado que no va acoplado en una solución de fosfato de zinc.


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Se identifica la pieza que se va a fosfatizar.

Se desengrasa la rosca con una solución alcalina.

Se enjuaga con agua a temperatura ambiente.

Se realiza el fosfatizado por inmersión a temperatura durante 10 minutos.

Se realiza otro enjuague con agua.

Se sopletea la rosca (secado).

Se aceita la rosca y se le coloca el protector. Inspección de las tinas de fosfatizado: La inspección se realiza al inicio de cada turno, se verifica lo siguiente:

Tipo de acero

El pH del desengrasante

Nivel de la tina

La temperatura de la solución

Porcentaje del contenido de fierro en la solución

La acidez total de la solución

La acidez libre de la solución Inspección del fosfatizado: Sirve para verificar la uniformidad del fosfatizado. La inspección se realiza un mínimo de tres veces por turno. El registro se realiza en el reporte de inspección en tinas de fosfatizado. Colocación y apriete de coples: Este proceso consiste en la unión de la rosca macho (piñón) con la rosca hembra (caja). Para esta unión se requiere un par de apriete, según el diámetro exterior, el libraje, el espesor y el grado de acero. Las piezas a unir se identifican y se limpian (que exista correspondencia entre el cople y el piñón). Se introducen los parámetros de apriete a la computadora del sistema torque-vuelta y se verifica la celda de carga. Se engrasan adecuadamente tanto el piñón como el cople a ensamblar. Luego se coloca el cople en el piñón para después aplicar el par de apriete necesario y se obtiene la gráfica de apriete. La gráfica debe mostrar:

El torque de hombro

El torque final

Los torques recomendados

La curva de apriete (número de vueltas vs torque)


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Inspección de la junta:

Inspección de la unión cople - tubo (sellado) utilizando la laina, la cual es una hoja metálica con máximo de espesor de 0.003”.

Inspección con conejo, que es un dispositivo cilíndrico metálico para verificar la concentricidad de la junta con respecto al tubo.

Inspección con cobra, que es un dispositivo cilíndrico metálico que recorre toda la tubería para verificar que él diámetro interior del tubo sea uniforme.

Inspección del ovalamiento que pudiese existir debido a la presión ejercido por las mordazas al momento de aplicar el par de apriete.

Inspección de marcaduras producidas por las mordazas.

Medición del escalón entre D1 y D2 (diámetro interior de cople y piñón). Prueba hidrostática (opcional):

Para realizar esta prueba es necesario colocar a los extremos del tubo, los dispositivos tapones que consisten en un capuchón y un cabezal.

El capuchón tiene por un extremo una rosca hembra y por el otro extremo una válvula de alta presión. Se coloca en el piñón del tubo a probar y tiene por finalidad permitir el purgado del aire en el tubo; así como también, servir de tapón durante la prueba.

Colocación de los dispositivos tapones. El cabezal consta de una rosca macho por un extremo y de una válvula de alta presión por el otro. Se coloca en el extremo libre del cople ensamblado. La finalidad de este dispositivo es permitir el llenado de agua del tubo a probar; así como para servir de tapón durante la ejecución de la prueba.

Purgado. El purgado es un proceso que consiste en la eliminación del aire del interior del tubo.

Condiciones de operación:

La presión a la que se prueba el tubo, es acorde al grado de acero, diámetro y libraje. Se aplica la norma API5CT.

El tiempo mínimo de duración de la prueba es de 5 segundos.

Estencilado de la tubería e inspección final de extremos: La tubería deberá tener los siguientes datos.

Diámetro exterior nominal en mm.

Espesor nominal.

Metraje.

Tipo de rosca.


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Prueba no destructiva (opcional):

Esta prueba consiste en una inspección por partículas magnéticas en los extremos de la tubería para verificar la ausencia de defectos. Antes de ser inspeccionada la pieza, se verifica su identificación y se le quitan los protectores de los extremos.

Limpieza. Los extremos se limpian con aserrín y estopa (en caso de tubería almacenada se emplea solvente ecológico para aflojar la grasa) en roscas, sellos y parte interna del piñón abarcando una longitud de 18".

Verificación. Inspección visual y al tacto en rosca y sello por posibles golpes, desgarramientos, escalones, hilos negros, rebabas y otros defectos que se puedan presentar desde el proceso de roscado hasta la inspección.

Inspección con el polvo ferromagnético para detectar sobre el área de 18" en los extremos, defectos tales como fisuras, grietas, escamas, falta de material, marcaduras de mordazas.

Finalización del proceso. Se engrasan perfectamente la rosca y el sello en ambos extremos y se colocan los protectores, primero manualmente y posteriormente, se aprieta con la llave.

4.5 Fallas en las juntas Las conexiones roscables o juntas de tuberías son elementos mecánicos con dimensiones geométricas variables que hacen difícil, a diferencia de las tuberías, establecer una condición de falla en las mismas. Sin embargo, se han detectado diferentes modos de falla en las juntas por efecto de la carga impuesta.

4.5.1 Fallas por carga axial Las cargas axiales pueden dividirse en cargas de tensión y cargas compresivas. Las cargas de tensión generalmente son soportadas por la forma de la rosca de la conexión. Mientras que las cargas compresivas, se soportan por la forma de la rosca y por los hombros de paro o por ambos.

Salto de Roscas (Jump-out). Es una situación de falla originada por una carga de tensión en la que se presenta una separación de la rosca del piñón o de la caja con poco o sin ningún daño sobre los elementos de la rosca. En caso de una carga compresiva, el piñón se incrusta dentro de la caja.

Fractura. La carga de tensión genera la separación del piñón de la del cuerpo del tubo, que generalmente ocurre en la última rosca enganchada.

Corte de la rosca: Las roscas son desprendidas del piñón o de la caja.

Pandeo: Las cargas compresivas generan una falla que se presenta como una combinación de corte de la rosca y trasroscado con el piñón incrustándose en la caja.


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4.5.2 Fallas por carga de presión

Las cargas de presión en una junta pueden aplicarse interna o externamente. Generalmente, el mismo mecanismo de sello en la conexión puede usarse para el sellado en cualquier dirección. Algunas juntas usan un sello en cada dirección.

Fuga: Se presenta cuando existe comunicación de fluidos hacia el interior o exterior de la junta. Es una de las principales condiciones que debe observar una junta para soportar las cargas por presión. La fuga en una junta es causada generalmente por: falla en el diseño de la junta, por las condiciones de fondo, o por algún daño ocurrido en los elementos de la junta durante el manejo o corrida de la tubería.

Galling (Desprendimiento de material): Esta es una condición de falla ocasionada por el desgaste de los metales en contacto (interferencia de las roscas piñón-caja) durante las operaciones de manejo y apriete de las conexiones. Un apriete excesivo genera una alta interferencia de contacto entre las superficies de sello. Esto propicia el desprendimiento de metal. Este problema también se presenta por el uso continuo de apriete y desapriete de las conexiones.

Cedencia en el piñón: Es una condición de falla en el piñón que se presenta cuando se alcanzan esfuerzos (tangenciales) superiores a la cedencia del material por efecto simultáneo de la alta interferencia en el apriete y el efecto actuante de la presión. Esta situación incrementa el riesgo de una falla por agrietamiento del piñón, al trabajar en ambientes amargos. Además, al tener un piñón con problemas de cedencia existe la posibilidad de que en las operaciones de apriete y desapriete de las conexiones, no se alcance el sello adecuado en la misma.

4.5.3 Fallas por diseño

Todos los problemas de fallas en las juntas están asociados principalmente a las características de diseño de la junta, tal es el caso de las siguientes observaciones:

Una rosca con alta conicidad favorece la rapidez de apriete (bajo número de vueltas), a expensas de propiciar el riesgo de una falla por salto de la rosca.

Conforme la altura de una rosca se incrementa, la posibilidad de salto se decrementa. Sin embargo, ante esta situación, el área de la sección crítica de la junta y su eficiencia a la tensión-compresión, también se decrementa.

La condición de diseño más contradictoria en una junta es la situación de contar con un diseño que mantenga un alto sello a la presión con la necesidad de mantener un bajo nivel de esfuerzos para evitar el problema de agrietamiento por H2S o para evitar la cedencia del piñón.


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4.5.4 Ejemplos de fallas en conexiones.

Figura 4.7 Fractura en la caja

La ocurrencia de fallas en las tuberías y conexiones durante las operaciones de perforación, terminación y reparación de pozos son variadas. La figura 4.7 muestra un ejemplo común de falla por fractura que por lo general se debe al mal acople que tienen las tuberías, muchas veces por el mal maquinado. La figura 4.8 muestra una falla por corrosión que ocurre cuando el elemento opera en ambientes corrosivos y no cuenta con el recubrimiento necesario, esto también incrementa la falla en las conexiones roscables.

Figura 4.8 Falla por corrosión


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4.6 Normas API utilizadas en la manufactura de conexiones roscables.

A nivel mundial existen varias organizaciones e instituciones que estudian e investigan, todo lo concerniente al tema de tuberías utilizadas para la industria petrolera. Dichas instituciones se enfocan principalmente al establecimiento de estándares para la fabricación, uso y prueba de materiales, como un medio de coadyuvar a los ingenieros en la mejor toma de decisiones y a establecer condiciones y recomendaciones para el adecuado aprovechamiento de las tuberías. Una de las instituciones más serias y de mayor prestigio a nivel internacional y que ha trabajado para la industria petrolera desde 1919, es el Instituto Americano del Petróleo, API por sus siglas en inglés (American Petroleum Institute). En el seno de dicha institución se han forjado una serie de estudios e investigaciones que dieron lugar a lo que actualmente se conoce como boletines o recomendaciones API. Los estudios sobre tuberías y conexiones que el API ha realizado, ha generado una gran cantidad de referencias, que en muchos de los casos, aplicamos en cada una de las etapas en las que se utilizan las tuberías. Es decir, primeramente los fabricantes producen las tuberías requeridas acorde a las especificaciones de fabricación y pruebas recomendadas por el API. Además, desde un punto de vista de diseño, se utilizan las condiciones de desempeño estipuladas en los boletines y finalmente, se aplican también las recomendaciones para el uso adecuado de las tuberías. Las normas API referentes a las conexiones para tubería de perforación son las que se mencionan a continuación, mismas a las que se hará referencia en los siguientes apartados.

4.6.1 Especificación de las Normas API. API Specification 5D.Specification for Drill Pipe: Esta especificación cubre los requerimientos en las tuberías de perforación. Los requisitos de esta especificación se aplican a todos los grados de tubería de perforación a menos que se indique lo contrario. [7] API Specification 7. Specification for Rotary Drill Stem Elements: Esta especificación cubre los requerimientos en los componentes de la sarta de perforación, excepto la tubería de perforación, incluyendo las conexiones roscables y prácticas de medición. [8]


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API Specification 7-1. Specification for Rotary Drill Stem Elements: Esta especificación es la adopción de la norma ISO 10424-1. Esta especifica los requerimientos de los siguientes elementos de la sarta de perforación: válvulas Kelly, juntas Kelly, sustitutos, lastrabarrenas y barrenas. [9]

En el Addendum 1 de esta norma, se agregan las especificaciones referentes a las tuberías pesadas de perforación HWDP por sus siglas en inglés (Heavy Weight Drill Pipe).

En el Addendum 3 de esta norma, se agregan las especificaciones referentes a los estabilizadores.

API Specification 7-2. Specification for Threading and Gauging of Rotary Shouldered Thread Connections:

Esta especificación es la adopción de la norma ISO 10424-2. Esta especifica los requerimientos de las conexiones con hombro de los elementos de la sarta de perforación, indicando las dimensiones de las roscas, especificaciones de medición y métodos de inspección. [10]

4.6.2 Especificaciones para las conexiones empleadas en la sarta de perforación.

Todas las tuberías de perforación tienen un refuerzo en sus terminales llamados recalques o “upset” en la zona de unión con las conexiones, en el caso de conexiones soldadas o simplemente un recalque anterior a la conexión para el caso de tuberías sin costura. Estos recalques tienen la siguiente nomenclatura y corresponden a los cambios de diámetros que se muestran en la siguiente imagen.

Tabla 4.1 Tipos de recalque.

Tipo de recalque Traducción Abreviatura

Internal Upset Recalque Interno IU

External Upset Recalque Externo EU

Internal-External Upset Recalque Interno-Externo IEU

Figura 4.9 Recalque en tuberías de perforación.

Tabla 4.2 Recalque en tuberías de perforación (Tabla 7 API Spec 5D).

z

Designaciones Diámetro de salida

Espesor de la

pared en plg.

Diámetro interior en

plg.

Peso calculado Dimensiones de recalque, pulgadas.

Extremo liso en

lb/ft

Recalque Lb

Diámetro de salida

2

+1/8,-

1/32

Diámetro interior en el extremo del tubo,

+- 1/16

Longitud de

recalque interno + 1

1/2

h

-1/2

Longitud de

conicidad interna.

Longitud de

recalque externo.

Longitud de conicidad externa.

Longitud de salida

de conicidad.

Min Min Min Max Max

Tamaño Peso D t d wpe Ew Dou dou Liu miu Leu meu Leu + meu

Recalque interno, tubería de perforación

27/8 10.40 2.875 0.362 2.151 9.72 3.20 2.875 1

5/16 1

3/4 1

1/2 - - - -

31/2 9.50 3.500 0.254 2.992 8.81 4.40 3.500 2

1/4 1

3/4 - - - - -

31/2 13.30 3.500 0.368 2.764 12.32 4.40 3.500 1

15/16 1

3/4 1

1/2 - - - -

31/2 15.50 3.500 0.449 2.602 14.64 3.40 3.500 1

15/16 1

3/4 1

1/2 - - - -

*4 11.85 4.000 0.262 3.476 10.47 4.20 4.000 215

/16 13/4 - - - - -

4 14.00 4.000 0.330 3.340 12.95 4.60 4.250 23/4 1

3/4 2 - - - -

*41/2 13.75 4.500 0.271 3.958 12.25 5.21 4.750 3

3/8 1

3/4 - - - - -

*5 16.25 5.000 0.296 4.408 14.88 6.61 5.000 33/4 1

3/4 - - - - -

Recalque externo, tubería de perforación

23/8 6.65 2.375 0.280 1.815 6.27 1.80 2.656 1.815 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

27/8 10.40 2.875 0.362 2.151 9.72 2.40 3.219 2.151 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

31/2 9.50 3.500 0.254 2.992 8.81 2.60 3.938 2.992 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

31/2 13.30 3.500 0.368 2.764 12.32 4.00 3.938 2.602 2

1/4 2 1

1/2 1

1/2 - 4

31/2 15.50 3.500 0.449 2.602 14.64 2.80 3.938 2.602 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

*4 11.85 4.000 0.262 3.476 10.47 5.01 4.500 3.476 - - 11/2 1

1/2 - 4

4 14.00 4.000 0.330 3.340 12.95 5.01 4.563 3.340 - - 11/2 1

1/2 - 4

41/2 13.75 4.500 0.271 3.958 12.25 5.61 5.063 3.958 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

41/2 16.60 4.500 0.337 3.826 15.00 5.61 5.063 3.826 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

41/2 20.00 4.500 0.430 3.640 18.71 5.61 5.063 3.640 - - 1

1/2 1

1/2 - 4

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

48

Tabla 4.2 Recalque en tuberías de perforación (Continuación).

Designaciones Diámetro de salida

Espesor de la

pared en plg.

Diámetro interior en

plg.

Peso calculado Dimensiones de recalque, pulgadas.

Extremo liso en

lb/ft

Recalque Lb

Diámetro de salida +

1/8,-

1/32

Diámetro interior en el extremo del tubo,

+- 1/16

Longitud de

recalque interno

+ 11/2

h -

1/2

Longitud de

conicidad interna.

Longitud de

recalque externo.

Longitud de conicidad externa.

Longitud de salida

de conicidad.

Min Min Min Max Max

Tamaño Peso D t d wpe Ew Dou dou Liu miu Leu meu Leu + meu

Recalque interno externo, tubería de perforación

41/2 16.60 4.500 0.337 3.826 15.00 8.11 4.750 3

5/32 2

1/2 2 1

1/2 1 1

1/2 -

41/2 20.00 4.500 0.430 3.640 18.71 8.61 4.781 3 2

1/4 2 1

1/2 1 1

1/2 -

5 19.50 5.000 0.362 4.276 17.95 8.61 5.188 311

/16 21/4 2 1

1/2 1 1

1/2 -

5 25.60 5.000 0.500 4.000 24.05 7.81 5.188 37/16 2

1/4 2 1

1/2 1 1

1/2 -

51/2 21.90 5.500 0.361 4.778 19.83 10.61 5.750 4 2

1/4 2 1

1/2 1 1

1/2 -

51/2 24.70 5.500 0.415 4.670 22.56 9.01 5.750 4 2

1/4 2 1

1/2 1 1

1/2 -

65/8 25.20 6.625 0.330 5.965 22.21 25.90 7.000 5.315 4

1/2 2 3 - - 5

1/2

65/8 27.70 6.625 0.362 5.901 24.24 24.03 7.000 5.315 4

1/2 2 3 - - 5

1/2

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

49


50

Las conexiones en tuberías de perforación generalmente son del tipo recalcado, debido a que son sometidas a grandes esfuerzos durante las operaciones de perforación. Por esto deben tener una mayor resistencia ante las cargas impuestas. A continuación se mencionan las juntas para tuberías de perforación más comunes: Las conexiones en los elementos de la sarta de perforación se clasifican según las normas API en:

Unión de tipo “Regular” (REG): Solo se usa para determinadas herramientas.

Diámetro interno del tubo> Diámetro interno de la conexión

Unión de tipo “Full Hole” (FH): Tubos con recalque interno Diámetro interno de la conexión = Diámetro interno del recalque en el tubo Diámetro interno del recalque en el tubo <Diámetro interno de la tubería

Unión de tipo “Internal Flush” (IF): Tubos con recalque externo y diámetro interior sin recalque. Diámetro interno de la conexión = Diámetro interno de la tubería

Unión de tipo “Number Connection” (NC): Actualmente se consideran en las normas API obsoletas la gran mayoría de conexiones Internal Flush y Full Hole. Estas fueron sustituidas por conexiones tipo Number Connection NC. De estas conexiones tipo NC, cinco corresponden en mismas dimensiones a conexiones tipo IF y una corresponde con una tipo FH, según se indica en la sección 10.3 de la API Spec 7. En estas conexiones NC el número indica el diámetro de paso en pulgadas en el punto de ensamble.

Tabla 4.3 Equivalencia de conexiones.

Numero de conexión Conexión equivalente

NC26 23/8 IF

NC31 27/8 IF

NC38 31/2 IF

NC40 4 FH

NC46 4 IF

NC50 41/2 IF

Todas las conexiones para los elementos de la sarta de perforación son de tipo recalcadas (con hombro) y son de acuerdo a lo especificado en la norma API Spec 7 -2. Las dimensiones de estas conexiones deben ser conforme a la tabla A1 de la API Spec 7- 2.


51

La imagen que se presenta a continuación muestra la nomenclatura empleada en las conexiones, para el entendimiento de la tabla siguiente.

Figura 4.10 Conexiones recalcadas para elementos de la sarta de perforación.

La dimensión DLF y el radio base del piñón son valores opcionales para todos los elementos de la sarta de perforación, excepto en los lastrabarrenas, en los cuales el valor del radio en la base del piñón debe ser de 0.06 pulgadas y debe tener una región cilíndrica (escalón) con un diámetro DLF según lo estipulado en la tabla antes citada. La figura siguiente ilustra esa zona del piñón.

a) b)

Figura 4.11 Escalón en la base del piñón: a) Elementos sin escalón b) Escalón en lastrabarrenas.

≥ R 0.03” ≥ R 0.06” ±0.015

LPC

DL DLF C

DS

Inicio del primer hilo con profundidad completa

Max

Salida de la rosca

La distancia entre el hombro del piñón y la intersección del diámetro de base del piñón con el inicio del primer hilo con profundidad completa no debe exceder de ½ de pulgada. El bisel en el piñón y la caja al

inicio de la rosca es opcional para el fabricante.

QC LBT

LBC

Tabla 4.4 Dimensiones de las conexiones recalcadas (Tabla A1 API Spec 7-2)

Estilo de conexión y

tamaño

Forma de

rosca

Conicidada

Hilos por pulgada

n

Diámetro de paso

Diámetro largo del

piñón

Diámetro del piñón

con hombro

Diámetro menor del

piñón

Longitud del piñón

Profundidad de los hilos de la caja

Profundidad total de la

caja

Diámetro c/bore

Profundidad de caja c/bore

T

N C DL DLF Ds LPC LBT LBC QC LQC LFT

In/ft Referencia +- 0.015 Referencia 0 -0.12

min +0.030 -0.015

+0.06-0.03

max

NC23 V-038R 2.0 4.0 2.35500 2.463 2.437 2.063 3.000 3.125 3.625 2.625 0.625 0.50

NC26 V-038R 2.0 4.0 2.66800 2.876 2.750 2.376 3.000 3.125 3.625 2.938 0.625 0.50

NC31 V-038R 2.0 4.0 3.18300 3.391 3.266 2.808 3.500 3.625 4.125 3.453 0.625 0.50

NC35 V-038R 2.0 4.0 3.53100 3.739 3.625 3.114 3.750 3.875 4.375 3.812 0.625 0.50

NC38 V-038R 2.0 4.0 3.80800 4.016 3.891 3.349 4.000 4.125 4.625 4.078 0.625 0.50

NC40 V-038R 2.0 4.0 4.07200 4.280 4.156 3.530 4.500 4.625 5.125 4.344 0.625 0.50

NC44 V-038R 2.0 4.0 4.41700 4.625 4.499 3.875 4.500 4.625 5.125 4.688 0.625 0.50

NC46 V-038R 2.0 4.0 4.62600 4.834 4.709 4.084 4.500 4.625 5.125 4.906 0.625 0.50

NC50 V-038R 2.0 4.0 5.04170 5.250 5.135 4.500 4.500 4.625 5.125 5.312 0.625 0.50

NC56 V-038R 3.0 4.0 5.61600 5.876 5.703 4.626 5.000 5.125 5.625 5.938 0.625 0.50

NC61 V-038R 3.0 4.0 6.17800 6.438 6.266 5.063 5.500 5.625 6.125 6.500 0.625 0.50

NC70 V-038R 3.0 4.0 7.05300 7.313 7.141 5.813 6.000 6.125 6.625 7.375 0.625 0.50

1 REG V-055 1.5 6.0 1.15400 1.281 1.233 1.094 1.500 2.000 2.125 1.301 0.438 0.40

1-1/2 REG V-055 1.5 6.0 1.54100 1.668 1.621 1.418 2.000 2.125 2.625 1.688 0.438 0.40

2-3/8 REG V-040 3.0 5.0 2.36537 2.625 2.515 1.875 3.000 3.125 3.625 2.688 0.625 0.50

2-7/8 REG V-040 3.0 5.0 2.74037 3.000 2.890 2.125 3.500 3.625 4.125 3.062 0.625 0.50

3-1/2 REG V-040 3.0 5.0 3.23987 3.500 3.390 2.562 3.750 3.875 4.375 3.562 0.625 0.50

4-1/2 REG V-040 3.0 5.0 4.36487 4.625 4.515 3.562 4.250 4.375 4.875 4.062 0.625 0.50

5-1/2 REG V-050 3.0 4.0 5.23402 4.519 5.410 4.332 4.750 4.875 5.375 5.578 0.625 0.50

6-5/8 REG V-050 2.0 4.0 5.75780 5.992 5.882 5.158 5.000 5.125 5.625 6.062 0.625 0.50

7-5/8 REG V-050 3.0 4.0 6.71453 7.000 6.890 5.688 5.250 5.375 5.875 7.094 0.625 0.50

8-5/8 REG V-050 3.0 4.0 7.66658 7.952 7.840 6.608 5.375 5.500 6.000 8.047 0.625 0.50

5-1/2 FH V-050 2.0 4.0 5.59100 5.825 5.715 4.991 5.000 5.125 5.625 5.906 0.625 0.50

6-5/8 FH V-050 2.0 4.0 6.51960 6.753 6.643 6.643 5.920 5.000 5.125 5.625 0.625 0.50 a Conicidad, T 2 in/ft correspondientes a un ángulo medio de ф=4.764º. 3 in/ft correspondientes a un ángulo medio de ф=7.125º 1.5 in/ft correspondientes a un ángulo medio de ф=3.576º b Únicamente para barrenas, la longitud del piñón puede variar en -0.19 in

52

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

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ES RO

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OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.


53

Las tolerancias de la conicidad en estas conexiones son:

Piñón: + 0.030, -0.000 pulgadas por pie para la conicidad media desde el primero hasta el último hilo de rosca con altura completa.

Caja: + 0.000, -0.030 pulgadas por pie para la conicidad media desde el primero hasta el último hilo de rosca con altura completa.

Las dimensiones para las distintas formas de rosca empleadas en las conexiones de la sarta de perforación deben ser según lo indicado en la tabla A2 API Spec 7-2, misma que se muestra a continuación.

Tabla 4.5 Dimensiones de las roscas (Tabla A2 API Spec 7-2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Forma de rosca “ V-038R V-038R V-040 V-050 V-050 V-055

Hilos por pulgada “ 4 4 5 4 4 6

Referencia del paso 0.25 0.25 0.2 0.25 0.25 0.166667

Angulo medio de rosca Θ, deg ±0.75 30 30 30 30 30 30

Conicidad T, in/ft 2 3 3 3 2 1.5

Cresta Fc, Ref 0.065 0.065 0.04 0.05 0.05 0.055

Radio de raíz R 0.038 0.038 0.02 0.025 0.025 N/A

Ancho de raíz Fr ref N/A N/A N/A N/A N/A 0.047

Radio de esquina de raíz rr±0.008 N/A N/A N/A N/A N/A 0.015

Altura total H, ref 0.216005 0.215379 0.172303 0.215379 0.216005 0.144150

Rosca truncada fc 0.056161 0.055998 0.034461 0.043076 0.043201 0.047569

Raíz truncada Fr 0.038000 0.038000 0.020000 0.025000 0.025000 0.040650

Altura de rosca truncada

+0.001 h-0.003

0.121844 0.121381 0.020000 0.025000 0.025000 0.055930

Radio de la esquina de la cresta rc ±0.008 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

Como se observa en las tablas anteriores la forma de las roscas es en V para todas las conexiones de los elementos de la sarta de perforación y dichas formas son según se muestran en las siguientes imágenes.

Figura 4.12 Rosca con forma V-0.038R


54

Figura 4.13 Rosca con forma V-0.040 y V-050

Figura 4.14 Rosca con forma V-055R


55

4.6.3 Especificaciones de las conexiones para cada elemento de la sarta

de perforación.

A continuación se presentan las especificaciones de las conexiones para cada elemento en base a las normas API ya mencionadas.

4.6.3.1 Conexiones para Válvula Superior e Inferior “Kelly”.

El acabado de las conexiones debe ser el indicado en la orden de compra y deben ser usados los diámetros de bisel correspondiente especificado para tales conexiones. Los diámetros y tipos de conexiones deben ser de acuerdo al tipo de Junta Kelly empleada y en base a las tablas 2 y 3 de la API Spec 7.

4.6.3.2 Conexiones para Junta Kelly – Cuadrada y Hexagonal.

Los diámetros y tamaños de estas conexiones deben ser según lo estipulado en las tablas 2 y 3 de la API Spec 7. Estas tablas se presentan a continuación junto a la imagen que ilustra la nomenclatura empleada.

Figura 4.15 Junta Kelly Cuadrada.

Figura 4.16 Junta Kelly Hexagonal.

Tabla 4.6 Dimensiones de Junta Kelly Cuadrada. (Tabla 2 API Spec 7)

Longitud

de sección

sin recalque en pies

Longitud total en

pies

Sección sin recalque

Conexión de caja superior Conexión del piñón inferior

Tamaño y estilo derecho

e izquierdo

Diámetro de salida

Diámetro de bisel

Ta

ma

ño K

elly

Está

ndar

Opcio

nal

Está

ndar

Opcio

nal

Lon

gitu

d d

e

cara

a c

ara

Lon

gitu

d d

e

esq

uin

a a

esq

uin

a

Lon

gitu

d d

e

esq

uin

a a

esq

uin

a

Radio

Radio

Espesor

mín

imo

está

nd

ar

opcio

nal

está

nd

ar

opcio

nal

Lon

gitu

de d

e

caja

está

nd

ar

opcio

nal

Ta

ma

ño y

estilo

Diá

metr

o

exte

rio

r

longitud

Diá

metr

o d

e

bis

el

Diá

metr

o

inte

rior

(a) (b) (b) (c) (c) (d) (e) (f) (g) (i) (h) (h) (i) (j) (j) (h) (i) (j) (k)

LD LD L L DFL DC DC

C RC RCC t DU DU LU DF DF DLR LL DF d

21/2 37 - 40 - 2

1/2 3

9/32 3.2

50

5/16 1

5/8 0.450 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/

64 NC26 (2

3/8IF)

33/8 20 3

17/64 1

1/4

3 37 - 40 - 3 315

/16 3.875

3/8 1

15/16 0.450 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/

64 NC31 (2

7/8IF)

42/8 20 3

61/64 1

3/4

31/2 37 - 40 - 3

1/2 4

17/32 4.4

37

1/2 2

7/32 0.450 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/

64 NC38 (3

1/2IF)

43/4 20 4

37/64 2

1/4

41/4 37 51 40 54 4

1/4 5

9/16 5.5

00

1/2 2

3/4 0.475 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/

64 NC46 (4IF)

m

NC50 (4

1/2IF)

m

61/4

63/8

20

20

523

/32

6

1/16

213

/16

213

/16

51/4 37 51 40 54 5

1/4 6

29/32 6.7

50

5/8 3

3/8 0.625 6

5/8

REG - 7

3/4 - 16 7

21/64 5

1/2FH

m

NC56m

7 7

20

20

623

/32

647

/64

31/4

31/4

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

56

Tabla 4.7 Dimensiones de Junta Kelly Hexagonal. (Tabla 3 API Spec 7)

Longitud

de sección

sin recalque en pies

Longitud total en

pies

Manejo de sección

Caja de conexión superior Conexión del piñón inferior

Tamaño y estilo LH

Diámetro de salida

Diámetro de bisel

Ta

ma

ño K

elly

Está

ndar

Opcio

nal

Está

ndar

Opcio

nal

Lon

gitu

d d

e

cara

a c

ara

Lon

gitu

d d

e

esq

uin

a a

esq

uin

a

Lon

gitu

d d

e

esq

uin

a a

esq

uin

a

Radio

Radio

Espesor

mín

imo

Está

ndar

Opcio

nal

Está

ndar

opcio

nal

longitud

está

nd

ar

opcio

nal

Ta

ma

ño y

estilo

Diá

metr

o

exte

rio

r

longitud

Diá

metr

o d

e

bis

el

Diá

metr

o

inte

rior

(a) (b) (b) (c) (c) (d) (e) (f) (g) (i) (h) (h) (i) (j) (j) (h) (i) (j) (k)

LD LD L L DFL DC DC

C RC RCC t DU DU LU DF DF DLR LL DF d

3 37 - 40 - 3 33/8 3.3

75

1/4 1

11/16 0.475 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/64 NC26

(23/8IF)

33/8 20 3

17/64 1

1/4

31/2 37 - 40 - 3

1/2 3

31/32 3.9

37

1/4 1

31/32 0.525 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/64 NC31

(27/8IF)

42/8 20 3

61/64 1

3/4

41/4 37 - 40 - 4

1/4 4

13/16 4.7

81

5/16 2

25/64 0.625 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/64 NC38

(31/2IF)

43/4 20 4

37/64 2

1/4

51/4 37 51 40 54 5

1/4 5

31/32 5.9

00

3/8 2

61/64 0.625 6

5/8

REG 4

1/2

REG 7

3/4 5

3/4 16 7

21/64 5

19/64 NC46

(4IF)k

NC50 (4

1/2IF)

k

61/4

63/8

20

20

523

/32

6

1/16

3k

31/4

k

6 37 51 40 54 6 613

/16 6.812

3/8 3

13/32 0.625 6

5/8

REG - 7

3/4 - 16 7

21/64 5

1/2FH

k

NC56k

7 7

20

20

623

/32

647

/64

31/4

31/4

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

57


58

4.6.3.3 Conexiones para Sustitutos.

Los sustitutos deben ser de acuerdo a las clases y tipos de la tabla 9 y figuras 12 y 13 de la API Spec 7. Las conexiones para estos deben ser conforme a los tamaños, estilos, dimensiones y tolerancias especificadas en las tablas de la API Spec 7 según el elemento que conecten: Tabla 2 y 3 - Juntas Kelly. Tabla 7 - Acoplamientos para herramienta. Tabla 11- Tuberías de perforación. Tabla 13 - Lastrabarrenas. Tabla 21, 22 y 24 – Barrenas.

Tabla 4.8 Sustitutos para sarta de perforación (Tabla 9 API Spec 7)

Tipo Clase Alta conexión para ensamble con

Baja conexión para ensamble con

A o B Junta Kelly Junta Kelly Acoplamiento para herramienta

„‟ Sustituto de acoplamiento para

herramienta

Acoplamiento para herramienta


„‟ Sustituto de estabilizador


Lastrabarrenas

„‟ Lastrabarrenas Lastrabarrenas Lastrabarrenas

„‟ Sustituto de barrena Lastrabarrenas Barrena

C Sustituto de unión giratoria

Sustituto de unión giratoria

Junta Kelly

D Sustituto de elevador Elevador Lastrabarrenas


59

4.6.3.4 Conexiones para Lastrabarrenas.

Las conexiones para lastrabarrenas deben ser de acuerdo a los tamaños y tipos de la tabla 13 de la API Spec 7 y conforme a los requerimientos de la sección 10 de la misma norma. Esta tabla se presenta a continuación junto a la imagen que ilustra la nomenclatura empleada.

Figura 4.17 Nomenclatura de lastrabarrenas.

Tabla 4.9 Dimensiones para lastrabarrenas (Tabla 13 API Spec 7) Numero de

lastrabarrenas Diámetro exterior

Diámetro menor, +

1/16-0

Longitud ft, ± 6 in.

Diámetro de bisel,

±1/64

Referencia de

resistencia a la flexión

Db d L

d DF Radio

NC23-31 31/8 1

1/4 30 3 2.57:1

NC26-35(23/8 IF) 3

1/2 1

1/2 30 3

17/64 2.42:1

NC31-41 (2

7/8 IF)

41/8 2 30 o 31 3

61/64 2.43:1

NC35-47 43/4 2 30 o 31 4

33/64 2.58:1

NC38-50 (3

1/2 IF)

5 21/4 30 o 31 4

49/64 2.38:1

NC44-60 6 21/4 30 o 31 5

11/16 2.49:1

NC44-60 6 213

/16 30 o 31 511

/16 2.48:1

NC44-62 61/4 2

1/4 30 o 31 5

7/8 2.91:1

NC46-62(4IF) 61/4 2

13/16 30 o 31 5

29/32 2.63:1

NC46-65(4IF) 61/2 2

1/4 30 o 31 6

3/32 2.76:1

NC46-65(4IF) 61/2 2

13/16 30 o 31 6

3/32 3.05:1

NC46-67(4IF) 63/4 2

1/4 30 o 31 6

9/32 3.18:1

NC50-70(41/2 IF) 7 2

1/4 30 o 31 6

31/64 2.54:1

NC50-70(41/2 IF) 7 2

13/16 30 o 31 6

31/64 2.73:1

NC50-70(41/2 IF) 7

1/4 2

13/16 30 o 31 6

43/64 3.12:1

NC56-77 73/4 2

13/16 30 o 31 7

19/64 2.70:1

NC56-80 8 213

/16 30 o 31 731

/64 3.02:1

65/8 REG 8

1/4 2

13/16 30 o 31 7

45/64 2.93:1

NC61-90 9 213

/16 30 o 31 83/8 3.17:1

75/8 REG 9

1/2 3 30 o 31 8

13/16 2.81:1

NC70-97 93/4 3 30 o 31 9

5/32 2.57:1

NC70-100 10 3 30 o 31 911

/32 2.81:1

85/8 REG

C 11 3 30 o 31 10

1/2 2.84:1


60

4.6.3.5 Conexiones para Barrenas

Las dimensiones para las barrenas deben ser especificadas en la orden de compra. Para referencia de las dimensiones más comunes de barrenas ver la API 7G. Las conexiones para barrenas deben ser conforme a los tamaños y estilos de piñón de las tablas 21 y 22 de la API Spec 7. Estas tablas se presentan a continuación.

Tabla 4.10 Dimensiones para barrenas giratorias (Tabla 21 API Spec 7)

Tamaño de la barrena en pulgadas

Tamaño y estilo de la conexión rotatoria del piñón

Diámetro de sustituto para barrena

Diámetro del bisel de la barrena

Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

33/4 a 4

1/2 2

3/8 REG 3

3/64 77.39 3

5/64 78.18

45/8 a 5 2

7/8 REG 3

39/64 91.68 3

41/64 93.66

51/8 a 7

3/8 3

1/2 REG 4

7/64 104.38 4

9/64 105.17

71/2 a 9

3/8 4

1/2 REG 5

21/64 135.33 5

23/64 136.13

91/2 a 14

3/8 6

5/8 REG 7

23/64 186.93 7

25/64 187.72

141/2 a 18

1/2 6

5/8 REG o 7

5/8 REG

7 23

/64o 8 15

/32 186.93 o 215.11

7 25

/64o 8 1/2

187.72 o 215.90

185/8 a 26 7

5/8 REG o 8

5/8 REG

8 15

/32o 9 35

/64 215.11 o 242.49

8 1/2o 9

37/64

215.90 o 243.28

27 y más grande 85/8 REG 9

35/64 242.49 9

37/64 243.28

Tabla 4.11 Dimensiones para barrenas rígidas (Tabla 22 API Spec 7)





Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

33/4 a 4

1/2 2

3/8 REG, piñón o caja 3

3/64 77.39 3

5/64 78.18

45/8 a 5 2


39/64 91.68 3

41/64 93.66

51/8 a 7

3/8 3


7/64 104.38 4

9/64 105.17

71/2 a 8

1/2 4


21/64 135.33 5

23/64 136.13

85/8 a 9

7/8 5


½ 165.10 6

17/32 165.89

Más grande que 97/8 6


23/64 186.93 7

25/64 187.72

Tabla 4.12 Dimensiones para barrenas de diamante (Tabla 24 API Spec 7)





Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

Pulgadas ±

1/64

Milímetros ±0.40

311

/16 a 41/2 inclusive 2

3/8 REG 3

3/64 77.39 3

5/64 78.18

417

/32 a 5 inclusive 27/8 REG 3

39/64 91.68 3

41/64 93.66

51/32 a 7

3/8 inclusive 3

1/2 REG 4

7/64 104.38 4

9/64 105.17

713


1/2 REG 5

21/64 135.33 5

23/64 136.13

913


5/8 REG 7

23/64 186.93 7

25/64 187.72

149/16 a 18

1/2 inclusive 6

5/8 REG o 7

5/8 REG 7

23/64o 8

15/32

186.93 o 215.11

7 25

/64o 8 1/2

187.72 o 215.90

189/16y mas grande 7

5/8 REG o 8

5/8 REG 8

15/32o 9

35/64

215.11 o 242.49

8 1/2o 9

37/64

218.90 o 243.28


61

Para referencia de todas las tablas antes mencionadas (Tabla 4.4 a 4.12) referentes a conexiones para elementos de sarta de perforación en unidades métricas ver el apéndice M de la API Spec 7.

4.6.3.6 Conexiones para Tubería pesada.

Estos elementos y las conexiones para estos elementos deben ser con los piñones y cajas de acuerdo a lo especificado en la tabla 27 de la API SPEC 7-1 según el Addendum 1. Cualquier conexión alternativa que no se encuentre listada en la tabla, no está cubierta por la norma. En caso de que una conexión alternativa sea especificada por el comprador debe ser conforme a las propiedades mecánicas, dimensiones, marcaje y requerimientos de calibración especificados por el fabricante.

Tabla 4.13 Dimensiones de Tubería Pesada (Tabla 27 API Spec 7-1)

Tamaño

Tubo OD

(+1/16,-1/32)

Tubo ID

1

Acoplamiento para

herramienta OD

(+1/16,-1/32)2

Acoplamiento para

herramienta ID (+1/8,-0)

Conexión

Diámetro máximo del

recalque elevador

Diámetro de centro

del recalque (+1/12,-

1/32)

Diámetro mínimo del calibrador interno

2

Deu Dcu

3 1/2 3 1/2

2 1/4 4 3/4

(4 7/8, 5)

2 1/4

NC38 3 7/8 4

2

2 1/16

2 1/16 1 13/16

4 4 2 1/2

5 1/4 2 1/2

NC 40 4 3/16 4 1/2 2 1/4

2 9/16

2 9/16 2 5/16

4 1/2 4 1/2

2 11/16

6 1/4

2 11/16

NC 46 4 11/16 5

2 7/16

2 3/4 2 3/4 2 1/2

2 13/16

2 13/16 2 9/16

5 5 3 6 5/8 3 NC 50 5 1/8 5 1/2 2 3/4

5 1/2 5 1/2

3 1/4

7 (7 1/4, 7 1/2)

3 1/4

5 1/2 FH 5 11/16 6

3

3 3/8 3 3/8 3 1/8

3 7/8 3 7/8 3 5/8 3/4

4 4 3 3/4

6 5/8 6 5/8

4 8

(8 1/4, 8 1/2)

4

6 5/8 FH 6 15/16 7 1/8

3 3/4

4 1/2 4 1/2 4 1/4

5 5 4 3/4

1 ID máximo del tubo es 1/8 más largo que el nominal. El ID mínimo del tubo es controlado por el requerimiento calibrador interno. 2 El tipo de herramienta opcional OD es mostrado en el paréntesis, para ser agregado entre el comprador y fabricante. 3 El diámetro del calibrador interno es basado en las tolerancias ID y del mayor grosor del tubo usado en el centro de la sección.

Figura 4.18 Nomenclatura de Tubería Pesada.


62

4.6.3.7 Conexiones para Estabilizadores

Las conexiones de estos elementos deben ser conforme a lo descrito en la tabla A-34 de la API SPEC 7-1 según el Addendum 3 de la misma. Los diámetros de bisel para los estabilizadores deben ser conforme a la tabla A-14 de esta norma. Los diámetros de bisel para los estabilizadores de fondo, cercanos a la barrena deben ser conforme a la tabla A-19 de la misma norma. A continuación se presenta la tabla de las conexiones para estabilizadores y una imagen que ilustra la nomenclatura utilizada.

Tabla 4.14 Diámetros de cuello y conexiones para estabilizadores (Tabla A-34 API Spec 7-1)

Diámetro del cuello

Conexión, Caja y piñón

Conexión, NBS bajo

Diámetro interno

Diámetro externo

4 3/4 NC38 3 -1/2 REG 2 5 1/8 a 7 3/8

6 1/2 NC46 4 –1/2REG 2 13/16 7 1/2 a 7 7/8

6 3/4 NC50 4 –1/2REG 2 13/16 8 a 9 5/8

8 6 –5/8REG 6 –5/8 REG 2 13/16 9 1/2 a 15 1/2

8 6 –5/8 REG 7 –5/8 REG 2 13/16 15 5/8 a 20

9 1/2 7 –5/8 REG 7 –5/8 REG 3 12 1/4 a 20

9 1/2 7 –5/8 REG 7 –5/8 REG 3 15 5/8 a 26

9 1/2 a 11 7 –5/8 REG 8 –5/8 REG 3 20 a 26

11 8 –5/8 REG 8 –5/8 REG 3 > 26

Figura 4.19 Nomenclatura de Estabilizadores.


63

4.6.3.8 Conexiones de Acoplamientos para herramienta

Las conexiones en las tuberías de perforación se realizan mediante los “acoplamientos para herramienta” o “Tool Joints”, como ya fue descrito anteriormente. Estos acoplamientos deben ser de acuerdo a los tamaños y estilos de la Tabla 7 API Spec 7. Las conexiones de estos deben ser conforme a los requerimientos de la sección 10 de la API Spec 7 y en base también a la norma API Spec 7-2.

Figura 4.20 Acoplamiento para herramienta, Hombro cónico, Hombro en escuadra.

Tabla 4.15 Dimensiones de Acoplamientos para Herramienta. (Tabla 7 API Spec 7)

Tuberia de Perforacion Acoplamiento para herramienta

Designacion del

acoplamiento de

herramienta

Tamaño y estilo

Nom. wT

b

lb/ft Grado

Diametro exterior del piñón y la

caja ±

1/32

Diámetro interior del

piñón +

1/64 -

1/32

Diámetro de bisel del

piñón y del hombro de

la caja ±

1/64

Longitud total del acomplamiento de

herramienta del piñón

+1/4 -

3/8

Longitud de

recalque del piñón

±1/4

Longitud de

recalque de la caja

± 1/4

Longitud combinada del piñón y

caja ±

1/2

Diametro maxiomo

del piñón al inicio del recalque

Diámetro máximo de la caja al inicio del recalque

Relación de torsion del

piñón para la tuberia de

perforación

D d DF LP LPB LB L DPE DTE

NC26(23/8 IF) 2

3/8EU 6.65 E75 3

3/8 1

3/4 3

17/64 10 7 8 15 2

9/16 2

9/16 1.10

X95 33/8 1

3/4 3

17/64 10 7 8 15 2

9/16 2

9/16 0.87

G105 33/8 1

3/4 3

17/64 10 7 8 15 2

9/16 2

9/16 0.79

NC31(27/8 IF) 2

7/8EU 10.40 E75 4

1/8 2

1/8 3

61/64 10

1/2 7 9 16 3

3/16 3

3/16 1.03

X95 41/8 2 3

61/64 10

1/2 7 9 16 3

3/16 3

3/16 0.90

G105 41/8 2 3

61/64 10

1/2 7 9 16 3

3/16 3

3/16 0.82

S135 43/8 1

5/8 3

61/64 10

1/2 7 9 16 3

3/16 3

3/16 0.82

NC384 3

1/2EU 9.50 E75 4

3/4 3 4

37/64 11

1/4 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.91

NC38(31/2 IF) 3

1/2EU 13.30 E75 4

3/4 2

11/16 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.98

X95 29/16 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.87

G105 5 27/16 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.86

S135 5 21/8 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.80

15.50 E75 5 29/16 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.97

X95 5 27/16 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.83

G105 5 21/8 4

37/64 12 8 10

1/2 18

1/2 3

7/8 3

7/8 0.90

NC40(4FH) 31/2EU 15.50 S135 5

1/2 2

1/4 5

1/64 11

1/2 7 10 17 3

7/8 3

7/8 0.87

4IU 14.00 E75 51/4 2

13/16 5

1/64 11

1/2 7 10 17 4

3/16 4

3/16 1.01

X95 51/4 2

11/16 5

1/64 11

1/2 7 10 17 4

3/16 4

3/16 0.86

G105 51/2 2

7/16 5

1/64 11

1/2 7 10 17 4

3/16 4

3/16 0.93

S135 51/2 2 5

1/64 11

1/2 7 10 17 4

3/16 4

3/16 0.87

NC46(4IF) 4EU 14.00 E75 6 31/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

1/2 4

1/2 1.43

X95 6 31/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

1/2 4

1/2 1.13

G105 6 31/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

1/2 4

1/2 1.02

S135 6 3 523

/32 111/2 7 10 17 4

1/2 4

1/2 0.94

41/2IU 13.75 E75 6 3

3/8 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 1.20

41/2IEU 16.60 E75 6

1/4 3

1/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 1.09

X95 61/4 3 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 1.01

G105 61/4 3 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 0.91

S135 61/4 2

3/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 0.81

41/2IEU 20.00 E75 6

1/4 3 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 1.07

X95 61/4 2

3/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 0.96

G105 61/4 2

1/2 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 0.96

S135 61/4 2

1/4 5

23/32 11

1/2 7 10 17 4

11/16 4

11/16 0.81

NC50(41/2IF) 4

1/2EU 13.75 E75 6

5/8 3

7/8 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 1.32

41/2EU 16.60 E75 6

5/8 3

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 1.23

X95 65/8 3

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.97

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

64

Tabla 4.15 Dimensiones de Acoplamientos para Herramienta. (Tabla 7 API Spec 7 – Continuación)

Tuberia de Perforación Acoplamiento para herramienta

Designacion del

acoplamiento de herramienta

Tamaño y estilo

Nom. wT

b

lb/ft Grado

Diámetro exterior del piñón y la

caja ±

1/32

Diámetro interior del

piñón +

1/64 -

1/32

Diámetro del bisel del

piñón y del hombro de

la caja ± 1/64

Longitud total del acomplamiento de

herramienta del piñón

+1/4 -

3/8

Longitud de

recalque del piñón

±1/4

Longitud de

recalque de la caja

± 1/4

Longitud combinada del piñón y

caja ±

1/2

Diámetro máxiomo

del piñón al inicio del recalque

Diámetro máximo de la caja al inicio del recalque

Relación de torsión del

piñón para la tuberia de perforacion

D d DF LP LPB LB L DPE DTE

G105 65/8 3

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.88

S135 65/8 3

1/2 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.81

41/2EU 20.00 E75 6

5/8 3

5/8 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 1.02

X95 65/8 3

1/2 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.96

G105 65/8 3

1/2 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.86

S135 65/8 3 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5 5 0.87

5IEU 19.50 E75 65/8 3

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.92

X95 65/8 3

1/2 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.86

G105 65/8 3

1/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.89

S135 65/8 2

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.86

5IEU 25.60 E75 65/8 3

1/2 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.86

X95 65/8 3 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.86

G105 65/8 2

3/4 6

1/16 11

1/2 7 10 17 5

1/8 5

1/8 0.87

51/2FH 5IEU 19.50 E75 7 3

3/4 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 1.53

X95 7 33/4 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 1.21

G105 7 33/4 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 1.09

S135 71/4 3

1/2 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 0.98

5IEU 25.60 E75 7 31/2 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 1.21

X95 7 31/2 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 0.95

G105 71/4 3

1/2 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 0.99

S135 71/4 3

1/4 6

23/32 13 8 10 18 5

1/8 5

1/8 0.83

51/2IEU 21.90 E75 7 4 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 1.11

X95 7 33/4 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 0.98

G105 71/4 3

1/2 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 1.02

S135 71/2 3 7

3/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 0.96

51/2IEU 24.70 E75 7 4 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 0.99

X95 71/4 3

1/2 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 1.01

G105 71/4 3

1/2 6

23/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 0.92

S135 71/2 3 7

3/32 13 8 10 18 5

11/16 5

11/16 0.86

65/8FH 6

5/8IEU 22.20 E75 8 5 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 1.04

X95 8 5 745

/64 13 8 11 19 615

/16 615

/16 0.82

G105 81/4 4

3/4 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.87

S135 81/2 4

1/4 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.86

65/8IEU 27.70 E75 8 5 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.96

X95 81/4 4

3/4 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.89

G105 81/4 4

3/4 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.81

S135 81/2 4

1/4 7

45/64 13 8 11 19 6

15/16 6

15/16 0.80

PR

OG

RA

MA

CIÓ

N, M

OD

ELAD

O Y

MA

NU

FAC

TUR

A D

E CO

NEX

ION

ES RO

SCA

BLES B

AJO

LA N

OR

MA

AP

I EN TU

BER

ÍAS D

E PER

FOR

AC

IÓN

.

65


66

CAPÍTULO 5. PROGRAMACIÓN DE MÁQUINAS DE CNC A TRAVÉS DE CICLOS PREGRABADOS.

Este capítulo señala como es la programación en los equipos CNC, de manera particular se muestran los códigos y la estructura que se debe de seguir para operar un torno de control numérico mediante los ciclos pregrabados. Un programa de control numérico se compone de una secuencia de bloques de programa que se guardan en la unidad de control de la máquina. Al mecanizar piezas de trabajo, el ordenador lee y comprueba estos bloques según la secuencia programada. Cada bloque o línea de programación está compuesto por una serie de comandos y funciones. En este capítulo se hará referencia a la programación de un torno CNC, ya que en este se ha de realizar la manufactura de las conexiones roscables para tubería.

5.1 Comandos

Los comandos de mayor uso en la programación de esta máquina son:

5.2 Funciones

Las principales funciones se dividen en dos grupos: las funciones preparatorias, conocidas como códigos G y las funciones misceláneas, conocidas como códigos M. [11]

O Número de programa principal N Número de bloque G Función de recorrido X, Z Datos de posición en valores absolutos U, W Datos de posición en valores incrementales R Radio, medida cónica, parámetros de ciclos C Chaflán I, K Parámetros de arco F Avance, paso de rosca S Velocidad de husillo, velocidad de corte T Llamada a herramienta M Función lógica, función adicional P Temporización, llamada a subrutina, parámetros de ciclos Q Parámetros de ciclos ; Fin de ciclo


67

5.2.1 Funciones preparatorias (Códigos G)

Son utilizadas para establecer el control de los movimientos de la máquina como puede ser el movimiento lineal (G01) y el movimiento rápido (G00). Estos códigos pueden ser de los tipos: modales o no modales. Los códigos G no modales son aquellos que solamente están activos en el bloque en el cual son especificados. Los códigos G modales son aquellos que se mantienen activos hasta que otro código G del mismo grupo lo reemplaza. La siguiente tabla muestra una lista de los códigos G más utilizados en un torno CNC.

Tabla 5.1 Funciones preparatorias

Grupo Código Función

0

G28 Aproximación al punto de referencia

G70 Ciclo de acabado

G71 Ciclo de desbaste longitudinal (cilindrado)

G72 Ciclo de desbaste transversal (refrentado)

G73 Ciclo de seguir contorno

G74 Taladrado de agujeros profundos

G75 Ciclo de ranurado en X

G76 Ciclo de roscado múltiple

1

G00 Avance rápido

G01 Movimiento lineal

G02 Movimiento circular en sentido horario

G03 Movimiento circular en sentido anti horario

G90 Ciclo de cilindrado

G92 Ciclo de tallado de roscas

G94 Ciclo de refrentado

G32 Tallado de roscas

2 G96 Velocidad de corte constante

G97 Numero de RPM

3 G90 Programación absoluta

G91 Programación incremental

4 G98 Avance en mm/min

G99 Avance en mm/rev

5 G20 Programación en pulgadas

G21 Programación en milímetros

6

G40 Cancelar compensación de radio de corte

G41 Compensación del radio de corte a la izquierda

G42 Compensación del radio de corte a la derecha


68

1

14

5

5 9 2 3 8

10

13

11 15

4

6 7 12

16

5.2.2 Funciones misceláneas (Códigos M)

Realizan funciones auxiliares de la máquina, tales como cambios de la herramienta, el control de refrigerante, y las operaciones del husillo. Los códigos M pueden ser modales o no modales.

Tabla 5.2 Funciones misceláneas

Grupo Función Tipo

M00 Parada programada No modal

M01 Parada programada, condicional No modal

M02 Fin de programa No modal

M03 Husillo activado a la derecha Modal

M04 Husillo activado a la izquierda Modal

M05 Husillo desconectado Modal

M08 Refrigerante, conectado Modal

M09 Refrigerante, desconectado No modal

M30 Fin de programa No modal

5.3 Tipos de programación

La programación de las maquinas CNC puede ser de dos tipos:

- Programación punto a punto. - Programación con ciclos pregrabados.

5.3.1 Programación punto a punto.

En este tipo de programación la geometría de la pieza ha de describirse como su nombre lo indica, punto a punto, describiendo cada movimiento que la herramienta ha de realizar para lograr obtener la geometría deseada. La siguiente figura ilustra los movimientos que han de describirse en la programación punto a punto para una operación de desbaste longitudinal.

Figura 5.1 Programación punto a punto.


69

5.3.2 Programación con ciclos pregrabados. Los ciclos pregrabados son usados para simplificar la programación de las operaciones repetitivas en el torno, tales como desbaste, roscado y ranurado. Estos ciclos son un conjunto de instrucciones programadas, que eliminan la necesidad de utilizar muchas líneas de programación. [12]

5.4 Ciclos pregrabados A continuación se describen los distintos tipos de ciclos pregrabados, agrupados según el tipo de operación para el cual son utilizados.

5.4.1 Ciclos para desbaste. Una de las tareas que más tiempo lleva en la programación manual de un torno CNC es la eliminación del material excesivo en la pieza, por lo general de una pieza cilíndrica. Esta operación es conocida como torneado de desbaste o simplemente desbaste. Es en el área de remoción de material de la pieza en bruto donde el moderno control de los tornos CNC es muy útil y conveniente. Los tornos CNC tienen una característica que le permite a la trayectoria de la herramienta de desbaste ser procesada de forma automática, mediante los ciclos pregrabados. Los ciclos para la operación de desbaste pueden ser de dos tipos: ciclos simples y ciclos complejos.

5.4.1.1 Ciclos simples. Controles como el Fanuc y similares soportan una serie de ciclos especiales en el torno. Hay tres ciclos simples que han sido parte de este tipo de controles durante un tiempo. Estos aparecieron por primera vez con los primeros equipos de CNC y se vieron limitados por el avance tecnológico de la época; dos de estos ciclos serán mencionados a continuación, ya que uno de ellos pertenece al grupo de ciclos para roscado, al cual se hará mención más adelante. Estos ciclos están diseñados exclusivamente para realizar un corte recto, sin chaflanes, conos o radios. Los ciclos simples pueden ser de corte vertical, horizontal o en ángulo.


70

5.4.1.1.1 Código G90 para desbaste longitudinal.

Figura 5.2 Código G90 – Corte recto.

El ciclo identificado por la función preparatoria G90 es llamado también “ciclo de corte recto”. Su propósito es remover el material excesivo en la pieza en bruto entre la posición inicial de la herramienta de corte y las coordenadas especificadas en los ejes X y Z. El resultado es un corte recto en el que el eje Z es el eje principal. El ciclo G90 es utilizado principalmente para remover material en forma rectangular, pero también puede ser utilizado para cortes cónicos. [13]

El formato es el siguiente:

G90 X(U)... Z(W)... F

X = Diámetro de corte Z = Fin del corte en el eje Z F = Velocidad de avance (plg/rev o mm/min)

Tabla 5.3 Ejemplo de programación del código G90 – Corte.

EJEMPLO

Programa Referencia

O3502 Ciclo de corte recto G90

N1 G20 Unidades en pulgadas

N2 T0100 Selección de herramienta

N3 G96 S450 M03 Velocidad de corte y giro.

N4 G00 X4.325 Z0.1 T0101 M08 Punto de inicio del ciclo

N5 G90 X3.8175 Z-2.555 F0.01 Primer corte

N6 X3.51 Segundo corte

N7 X2.025 Tercer corte

N8 X2.895 Cuarto corte

N9 X2.5875 Quinto corte

N10 X2.28 Sexto corte

N11 G00 X10.0 Z2.0 T0100 M09 Movimiento a un punto libre

N12 M01 Fin de la operación de desbaste

X

W

U/2 Z


71

En el ejemplo se observa lo sencillo que resulta programar este ciclo, lo único que se requiere es calcular el nuevo diámetro para cada corte del desbaste. El ciclo inicia en el bloque N4 que se encuentra antes de la definición de los parámetros del código G90 en el bloque N5, en este bloque de definición también se especifica el primer corte. Los bloques subsecuentes indican las posiciones diametrales para cada corte siguiente. Para el caso de cortes cónicos el formato es: G90 X(U..) Z(W).. +/-R.. F X = Diámetro de corte Z = Fin del corte en el eje Z R = Distancia y dirección del cono F = Velocidad de avance (plg/rev o mm/min)

Tabla 5.4 Ejemplo de programación del código G90 – Corte cónico.

EJEMPLO

Programa Referencia

O3503 Ciclo de corte cónico G90



N3 G96 S450 M03 Velocidad de corte

N4 G00 X4.2 Z0.1 T0101 M08 Punto de inicio

N5 G90 X3.752 Z-2.6 R-0.945 F0.01 Primer corte





N10 G00 X10.0 Z2.0 T0100 M09 Movimiento a un punto libre

N11 M01 Fin de la operación de desbaste

Figura 5.3 Código G90 – Corte cónico

X

U/2

W

Z


72

La diferencia en este formato es la adición del parámetro R que se conoce como el valor de asignación de radio. Este valor corresponde a la distancia radial que recorre la herramienta desde el punto de inicio hasta la posición donde comienza el primer corte; a este movimiento podemos llamarle primer movimiento en el ciclo. La consideración para el signo de este parámetro es:

Si la dirección del primer movimiento en X es negativo, el valor es negativo.

Si la dirección del primer movimiento en X es positivo, el valor es positivo.

Para cancelar estos ciclos solo es necesario usar cualquier código de movimiento, tales como G00, G01, G02 o G03.

5.4.1.1.2 Código G94 para refrentado. El ciclo identificado por la función preparatoria G94 es llamado también “ciclo de careado”. Su propósito es remover el material excesivo en la pieza en bruto entre la posición inicial de la herramienta de corte y las coordenadas especificadas en los ejes X y Z. El resultado es un corte recto en el que el eje X es el eje principal. El ciclo G94 de forma similar al G90 es utilizado principalmente para remover material en forma rectangular, pero también puede ser utilizado para cortes cónicos. [13] El formato es el siguiente: G90 X(U..) Z(W).. F X = Diámetro de corte Z = Fin del corte en el eje Z F = Velocidad de avance (plg/rev o mm/min) Para el caso de cortes cónicos el formato es: G90 X(U..) Z(W)..+/-K.. F X = Diámetro de corte Z = Fin del corte en el eje Z K = Distancia y dirección del cono F = Velocidad de avance (plg/rev o mm/min) El valor del cono se define ahora por el parámetro K. Para la programación de este código, se debe seguir el mismo procedimiento que para el código G90, solo considerar que los cortes se harán en el eje X, el cual es el eje principal para este ciclo.


73

Figura 5.4 Código G94 – Corte recto. Figura 5.5 Código G94 – Corte cónico.

5.4.1.2 Ciclos complejos. Son llamados también ciclos de repetición múltiple. Permiten no tan solo programar cortes rectos o cónicos, sino también radios, chaflanes, ranuras, etc. En total existen siete ciclos de este tipo, tres de ellos son para la operación de desbaste, uno para el acabado, el resto son para operaciones de taladrado, ranurado y roscado. Los ciclos de repetición múltiple para desbaste están basados en la definición de dos contornos, comúnmente llamados: contorno del material, el cual es el perfil de la pieza en bruto, y el contorno de la pieza según se desea. Los dos contornos definidos crean un área completamente cerrada que define el exceso de material. De esta área aislada, el material es removido en forma ordenada, siguiendo los parámetros para el maquinado especificados en los bloques que definen al ciclo. C A C A B B

Figura 5.6 Contornos para desbaste.

1

2 4

3

1

4

3

K

2

Contorno del material

Área de desbaste

definida por tres puntos Contorno de la pieza


74

En la imagen anterior cada punto representa una posición de la herramienta y los puntos A, B y C representan las esquinas de la zona de mecanizado seleccionada. El punto A es el punto de inicio de cualquier ciclo de corte de contornos. El punto de inicio es definido como la última coordenada de la herramienta, antes de que el ciclo sea llamado. Los puntos B y C aparecen como puntos P y Q en el programa, respectivamente:

El punto P representa el número de bloque de la primera coordenada del contorno terminado.

El punto Q representa el número de bloque de la última coordenada del contorno terminado.

5.4.1.2.1 Código G71 para desbaste longitudinal. Es el ciclo para desbaste más común para desbaste. El propósito de este ciclo es remover material mediante cortes horizontales, a lo largo del eje Z, normalmente de derecha a izquierda. El formato es el siguiente: G71 U...R... G71 P...Q...U...W...F...S... En el primer bloque U = Profundidad de corte R = Cantidad de retracción de cada corte En el segundo bloque P = Primer número de bloque del perfil de acabado Q = Último número de bloque del perfil de acabado U = Cantidad de material para el acabado en el eje X W = Cantidad de material para el acabado en el eje Z F = Velocidad de avance S = Velocidad de Corte


75

Figura 5.7 Código G71.

A continuación se presenta un ejemplo de la programación de este ciclo.

Tabla 5.5 Ejemplo de programación del código G71.

EJEMPLO

Programa Referencia

O3504 Ciclo de desbaste G71




N4 G00 G41 X3.2 Z0.1 T0101 M08 Inicio para el careado

N5 G01 X0.36 Fin del careado

N6 G00 Z0.1 Claro respecto a la cara

N7 G00 X3.1 Punto de inicio para el ciclo

N8 G71 U 0.12 R0.05 Primer bloque del ciclo

N9 G71 P10 Q18 U0.06 W0.004 F0.014 Segundo bloque del ciclo

N10 G00 X1.71 Punto P: Inicio del contorno

N11 G01 X2.0 Z-0.05 F0.0005 Definición del contorno

N12 Z-0.4 F0.01 Definición del contorno

N13 X2.25 Definición del contorno

N14 X2.5 Z-0.6 Definición del contorno

N15 Z-0.875 R0.125 Definición del contorno



N18 U0.2 F0.02 Punto Q: Fin del contorno

N19 G00 X5.0 Z6.0 T0200 Cambio de herramienta

N20 M01 Fin del programa

Z

U

X

W

R

U2


76

En todos los casos en que se incluya un cambio de herramienta de una herramienta corta, como una utilizada para desbaste externo, y una herramienta más larga, como una utilizada para mandrilado, es necesario realizar un movimiento para retirar la herramienta de tal forma que permita realizar el cambio a la siguiente herramienta. En el ejemplo esta distancia es de 6.0 pulgadas en el bloque N19.

5.4.1.2.2 Código G72 para refrentado.

El ciclo es idéntico al ciclo G71, excepto que el material es removido mediante cortes verticales, desde diámetros mayores hasta la línea de centro en X = 0. El formato es el siguiente: G72 W...R... G72 P...Q...U...W...F...S... En el primer bloque W = Profundidad de corte R = Cantidad de retracción de cada corte En el segundo bloque P = Primer número de bloque del perfil de acabado Q = Último número de bloque del perfil de acabado U = Cantidad de material para el acabado en el eje X W = Cantidad de material para el acabado en el eje Z F = Velocidad de avance S =Velocidad de Corte


Z

W

X W2

R

U


77

Se debe asegurar no confundir el parámetro W en el primer bloque, la profundidad de corte, con el parámetro W en el segundo bloque, la cantidad de material para el acabado en el eje X. A continuación se presenta un ejemplo de la programación de este ciclo.


EJEMPLO

Programa Referencia

O3505 Ciclo de refrentado G72




N3 G00 G41 X6.25 Z0.3 T0101 M08 Punto de inicio para el ciclo

N4 G72 W 0.12 R0.05 Primer bloque del ciclo


N6 G00 Z-0.875 Punto P: Inicio del contorno

N7 G01 X6.05 F0.02 Fin de la operación de desbaste

N8 X5.9 Z-0.8 F0.008 Definición del contorno


N10 X1.5 Z0.0 Definición del contorno


N12 W0.1 F0.02 Punto Q: Fin del contorno

N13 G00 G40 X8.0 Z3.0 T0100 Movimiento a un punto libre


El concepto del ciclo G72 se ilustra en la siguiente figura. Se observa que el punto P de inicio del contorno se localiza en el diámetro mayor mientras que el punto Q para finalizar el contorno se encuentra a un diámetro inferior. La definición del contorno es entonces en sentido opuesto a como se realiza en el ciclo G71. P A Dirección de corte Q

Figura 5.9 Dirección de corte en el ciclo G72.


78

5.4.1.2.3 Código G73 para seguimiento de contorno.

Este ciclo es también llamado ciclo de lazo cerrado o para copiado de perfil. Su propósito es minimizar el tiempo de desbaste de materiales con formas irregulares, como pueden ser aquellos resultados de forja y fundición. El formato es el siguiente: G72U...W...R... G72 P...Q...U...W...F...S... En el primer bloque U = Distancia y dirección del eje X para el perfil (distancia radial) W = Distancia y dirección del eje Z para el perfil R = Numero de cortes En el segundo bloque P = Primer número de bloque del perfil de acabado Q = Último número de bloque del perfil de acabado U = Cantidad de material para el acabado en el eje X W = Cantidad de material para el acabado en el eje Z F = Velocidad de avance S = Velocidad de Corte

Figura 5.10 Código G73

W

Z

W X

U

U2


79

Se debe asegurar no confundir los parámetros U y W en el primer bloque con los parámetros U y W en el segundo bloque, ya que tienen distinto significado. También se debe tener cuidado al utilizar este ciclo. Su uso asume que la misma cantidad de material será removida en cada corte para cada eje, X y Z. Esto puede significar que habrán de realizarse algunos cortes al aire. A continuación se presenta un ejemplo de la programación de este ciclo.


EJEMPLO

Programa Referencia

O3506 Ciclo de seguimiento de contorno G73




N3 G00 G42 X3.0 Z1.0 T0101 M08 Punto de inicio para el ciclo

N4 G73 U0.2 W 0.3 R3 Primer bloque del ciclo


N6 G00 X0.35 Punto P: Inicio del contorno

N7 G01 X1.05 Z-0.25 Fin de la operación de desbaste

N8 Z-0.625 Definición del contorno


N10 Z-1.625 R0.25 Definición del contorno



N13 U2 F0.02 Punto Q: Fin del contorno

N14 M01 Paro del programa

N15 G00 G40 X5.0 Z2.0 T0100 Movimiento a un punto libre


El ciclo es adecuado para operaciones de desbaste de perfiles donde el contorno deseado se asemeja al contorno de la fundición o de forja. Este ciclo incluso con algunos cortes al aire es más eficiente en estos casos que los ciclos G71 o G72.


80

5.4.1.2.4 Código G70 para acabado de contorno.

Este ciclo es utilizado después de cualquiera de los ciclos G71, G72 o G73. Como su nombre lo indica es usado para realizar el corte de acabado para un contorno previamente definido en alguno de estos ciclos. El formato es el siguiente: G70 P...Q...U...F...S... Dónde: P = Primer número de bloque del perfil de acabado Q = Último número de bloque del perfil de acabado F = Velocidad de avance S = Velocidad de Corte El contorno para acabado está definido por los puntos P y Q de los respectivos ciclos y comúnmente es repetido en el ciclo G70, aunque puede cambiarse. Por seguridad debe utilizarse el mismo punto de inicio tanto para los ciclos de desbaste como para el ciclo G70. A continuación se presenta un ejemplo de la programación de este ciclo.


EJEMPLO

Programa Referencia

O3504 Ciclo de desbaste con acabado G70

N21 T0500 Selección de herramienta de acabado



N23 G70 P9 Q17 Ciclo de acabado

N24 M30 Fin de programa

Se observa en el ejemplo que no hay velocidades de avance programadas para el ciclo G70. Los bloques definidos de P a Q incluyen las velocidades de avance. Estas velocidades programadas son ignoradas durante el desbaste y se activan únicamente para el ciclo G70, durante el acabado. Si el contorno de acabado no incluye velocidades de avance, entonces se puede programar una velocidad común para todo el contorno durante el proceso del ciclo G70, por ejemplo: G70 P9 Q17 F0.007


81

5.4.2 Ciclo para taladrado – Código G74.


Este ciclo es usado para el maquinado de cortes interrumpidos, así como para el rompimiento de viruta durante un movimiento de corte largo. Es utilizado a lo largo del eje Z.

El formato es el siguiente: G74 R… G74 X (U)... Z (W)...P...Q... R...F... S..

En el primer bloque R = Cantidad de retracción de cada corte

En el segundo bloque: X = Diámetro final del corte Z = Profundidad del agujero P = Profundidad de cada corte (en el eje X) Q = Distancia de cada paso (en el eje Z) R = Cantidad de alivio al final del corte F = Velocidad de avance S = Velocidad de Corte En una operación de taladrado común, solo se requiere programar los valores de Z, Q y F en el segundo bloque del ciclo.


EJEMPLO

Programa Referencia

O3507 Ciclo de taladrado



N3 G97 S1200 M03 Velocidad en RPM


N4 G74 Z-3.0 Q0.5 F0.12 Ciclo de taladrado

N5 G00 X6.0 Z2.0 T0200 Punto de final fuera de la pieza


Q Q

Z


82

Para utilizar correctamente este ciclo, la broca debe colocarse a una distancia fuera de la pieza según se considere conveniente y en una posición X0.0 para agujeros en la línea de centro. El husillo debe ser programado a una velocidad en revoluciones por minuto.

5.4.3 Ciclo para ranurado – Código G75. Este ciclo es usado para el maquinado de cortes interrumpidos, así como para el rompimiento de viruta durante un movimiento de corte largo. Es utilizado a lo largo del eje X. Es un ciclo muy simple, diseñado para el rompimiento de viruta durante un corte de desbaste a lo largo del eje X, usado principalmente para operaciones de ranurado. El ciclo es idéntico al G74, con la excepción del cambio en el eje principal para el corte. El formato es el siguiente: G75 R... G75 X (U)... Z (W)...P...Q... R...F... S... En el primer bloque. R = Cantidad de retracción de cada corte En el segundo bloque. X = Diámetro final del corte Z = Profundidad del agujero P = Profundidad de cada corte (en el eje X) Q = Distancia de cada paso (en el eje Z) R = Cantidad de alivio al final del corte F = Velocidad de avance S = Velocidad de Corte

Si se omiten los valores de Z y Q en el segundo bloque del ciclo el maquinado es únicamente a lo largo del eje X. Este procedimiento se utiliza para cortes de una sola ranura. La posición en Z es dada por el punto de inicio.

Tabla 5.10 Ejemplo de programación del código G75 – una sola ranura.

EJEMPLO

Programa Referencia

O3508 Ciclo para una sola ranura

N43 G50 S1250 T0300 M42 Selección de herramienta

N44 G96 S350 M03 Velocidad de corte constante

N45 G00 X1.05 Z-0.175 T0303 M08 Punto de inicio

N46 G75 X0.5 P0.055 F0.004 Ciclo de ranurado

N47 G00 X6.0 Z2.0 T0300 M09 Punto de final fuera de la pieza



83

En caso de ranuras múltiples se deben utilizar los valores de Z y Q en la programación. La programación de este ciclo en esta forma puede usarse también en caso de ranuras con longitud mayor al ancho de la herramienta de corte, solo debe usarse un valor de Q menor para evitar ranuras múltiples.

Tabla 5.11 Ejemplo de programación del código G75 - ranuras múltiples.

EJEMPLO

Programa Referencia

O3509 Ciclo para una sola ranura

N43 G50 S1250 T0300 M42 Selección de herramienta



N46 G75 X0.5 Z-0.675 P0.055 Q0.125 F0.004 Ciclo de ranurado.



5.4.4 Ciclo para roscado.

Existen dos ciclos para roscado: el ciclo básico para roscado o código G92, y el ciclo para roscado múltiple o código G76. A continuación se describen ambos ciclos.

5.4.4.1 Ciclo básico para roscado – Código G92. Los sistemas de control de los tornos CNC pueden desarrollar muchos cálculos internos y almacenar sus resultados en la memoria de control para su uso posterior. Esta característica es especialmente útil para el roscado, ya que permite evitarse la programación punto a punto para esta operación y reducir así el programa significativamente. El formato es el siguiente: G92 X (U)... Z (W)...F... X = Diámetro a roscar. Z = Longitud de la rosca. F = Paso de rosca.


84

Figura 5.12 Código G92 – Roscado recto.

Para el caso de cortes cónicos el formato es: G92 X(U)... Z(W)...R...F... X = Diámetro final o mayor del cono a roscar. Z = Longitud de la rosca. R= Diferencia radial del cono a roscar. (Positivo para rosca interna - negativo para rosca externa) F = Paso de rosca.

Figura 5.13 Código G92 – Roscado cónico.

X

R

W

U/2 Z

X

W

U/2 Z


85



EJEMPLO

Programa Referencia

O3510 Ciclo para roscado

N43 T0500 M42 Selección de herramienta



N46 G92 X2.972 Z-1.6 R-0.5 F0.004 Ciclo básico de roscado, primer corte





N51 X2.9040 Sexto corte

N52 X2.8978 Séptimo corte



En el ejemplo se observa que al inicio del ciclo la herramienta debe posicionarse a una ubicación fuera de las cotas que definen el contorno de la pieza, de igual forma que en los demás ciclos descritos. Es necesario realizar una correcta ubicación de la herramienta en el eje Z, ya que esta es la ubicación a partir de la cual comienza la operación de roscado. El primer diámetro (X) para el corte de la rosca se define en el mismo bloque que define los parámetros del ciclo G92. El valor de la longitud de la rosca, el valor en Z definido en ese mismo bloque no será repetido en los bloques subsecuentes, tampoco el valor del paso de rosca. Los bloques siguientes describen las ubicaciones diametrales para cada corte de la rosca. Para terminar el ciclo solo debe hacerse llamado a cualquier código de movimiento, dado que el código G92 es modal, y se desactivará al recurrirse a otro código modal, en este caso el código G00.


86

5.4.4.2 Ciclo para roscado múltiple – Código G76.

Este ciclo es considerado parte de los ciclos complejos, siendo considerado así no por la dificultad para su uso sino por sus potentes funciones internas. A diferencia del código G92 el código G76 realizará la operación completa de roscado a partir de la programación en dos bloques que definen al ciclo, y no son necesarios más bloques, por lo que la edición del programa para el maquinado se hace más rápido. El formato es el siguiente: G76P...Q...R... G76X (U)... Z (W)...R...P...Q...F... En el primer bloque P = Definición de la rosca. Q = Profundidad mínima de corte (micras o milésimas de pulgada). R = Sobrematerial para el acabado (micras o milésimas de pulgada). En el segundo bloque X = Diámetro menor del cono a roscar. Z = Longitud de la rosca. R = Diferencia radial del cono a roscar (Positivo para rosca interna - negativo para rosca externa). P = Profundidad de la rosca (micras o milésimas de plg). Q = Profundidad de corte en la primera pasada. F = Paso de rosca. El parámetro P en el primer bloque está compuesto por tres pares de dígitos, de la siguiente forma: P XXxxxx es el número de cortes de acabado P xxXXxx es el valor del chaflán. P xxxxXX es el ángulo de rosca.


87

Las siguientes imágenes ilustran el concepto de cada parámetro en el primer bloque del ciclo.

Figura 5.14 Cortes de acabado - Código G76.

Figura 5.15 Chaflán - Código G76.

Figura 5.16 Ángulo de rosca - Código G76.

Figura 5.17 Profundidad mínima de corte y sobrematerial - Código G76.

P XXxxxx P XX (00-99)

1 2 .. n

a

45º

F P xxXXxx a = F * PXX 10

P XX (00-99)

α P xxxxXX

P XX = 0 P XX = α (80º, 60º, 55º, 30º, 29º)

R

Q


88

Figura 5.18 Parámetros del segundo bloque - Código G76.



EJEMPLO

Programa Referencia

O3511 Ciclo para roscado

N43 T0500 M42 Selección de herramienta



N46 G76 P011060 Q005 R0010 Primer bloque del ciclo

N47 G76 X2.8978 Z-1.6 R-0.5 P0511 Q0140 F0.083

Segundo bloque del ciclo



Como se observa en el ejemplo para este ciclo no es requerido indicar cada posición de cada corte de la rosca, solo se necesario indicar la profundidad del primer corte y la profundidad mínima de corte. El control de la máquina le permite calcular las posiciones a partir de la información que se describe en el ciclo. El valor de cada profundidad de corte se reducirá hasta llegar al límite de la profundidad mínima de corte, la cual mantendrá hasta el diámetro calculado para el acabado de la rosca, en donde los cortes serán definidos en base a la cantidad de cortes indicados en el parámetro P del primer bloque de definición del ciclo.[14]

R

F

P

Z

X


89

Para tener un control acerca de las profundidades en cada corte se debe tomar en consideración lo siguiente:

Considerar el valor de la profundidad o altura de la rosca, el cual se indica por el parámetro P del segundo bloque. Dónde:

P = (Diámetro mayor – diámetro menor) / 2

El número de cortes o pasadas para el roscado estará definido por: N = ((P- R)/Q)2

N es el número de cortes. P es la altura de rosca. R es la cantidad de sobrematerial para el acabado, indicada en el primer

bloque. Q es la profundidad del primer corte, indicada en el segundo bloque.

Para calcular el valor de la profundidad de cada corte utilizar:

p = Q * p es la profundidad en cada corte Q es la profundidad del primer corte n es el número de pasada o de corte

Es necesario considerar que la última fórmula mencionada nos entrega la profundidad de corte total en cada pasada, es decir con referencia al diámetro donde se inicia el primer corte, la profundidad de corte real será la que se obtenga por la formula menos el valor de la profundidad anterior. Pn = fórmula - pn-1


90

CAPÍTULO 6. PROGRAMACIÓN Y MODELADO DE CONEXIONES ROSCABLES. En este apartado se presenta el modelado, programación y simulación de la manufactura de las conexiones roscables utilizadas en la sarta de perforación. Para la programación de las conexiones se ha trabajado en el Software CAM llamado Mastercam, para esto primeramente se han realizado los modelos de dichas conexiones en un Software CAD llamado Solidworks. Se realizaron modelos de conexiones para cada elemento de la sarta de perforación, los cuales se presentan a continuación.

6.1 Modelado de conexiones.

6.1.1 Modelo de conexiones para Junta Kelly 2 ½.

Este elemento cuenta conexiones de Caja y Piñón.

6.1.1.1 Caja de la Junta Kelly.

La conexión superior es una Caja con rosca izquierda tipo 6 REG. Las

dimensiones de esta conexión se presentan en el siguiente extracto de la tabla 4.4

Tabla 6.1 Dimensiones de Caja para Junta Kelly. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón

Long. mínima roscada

Prof. Diam.

Prof. de

caja

T

N C DL DLF Ds LPC LBT LBC QC LQC

6-5/8 REG

V-050 2.0 4.0 5.757 5.992 5.882 5.158 5.000 5.125 5.625 6.062 0.625

Se observa que tiene una forma de rosca V-050 la cual tiene las siguientes dimensiones.

Tabla 6.2 Dimensiones de rosca V-050 Forma de

rosca Conicidad

in/ft Altura de rosca sin truncado

Altura de rosca

truncada

Referencia de truncamiento

en la raíz

Referencia de truncamiento en la cresta

Cresta Radio de raíz

Radio en las

esquinas de la rosca

V-050 2 0.216005 0.147804 0.025000 0.043021 0.050 0.025 0.015

A partir de estos valores se crean los croquis para el modelo.


91

Figura 6.1 Croquis de la caja para Junta Kelly.

Figura 6.2 Croquis de la rosca V-050 para Junta Kelly.

Es a partir de estos croquis que se genera el modelo en 3D de la conexión utilizando operaciones en el Software como: revolución de saliente, corte de revolución y corte barrido.

Figura 6.3 Modelo de la caja para Junta Kelly.


92

A partir de este modelo en 3D es posible crear en el mismo software una hoja con vistas de sección y detalles de la pieza modelada.

Figura 6.4 Hoja de especificaciones para la caja de Junta Kelly.

6.1.1.2 Piñón de la Junta Kelly.

Este mismo elemento cuenta con un piñón con rosca derecha tipo NC26, cuyas dimensiones se presentan a continuación.

Tabla 6.3 Dimensiones del Piñón para Junta Kelly.


tamaño

Forma de rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor del

piñón

Long. del

piñón


Prof. Diam. Prof. de

caja

T N C DL DLF Ds LPC LBT LBC QC LQC

NC26 V-038 2.0 4.0 2.668 2.876 2.750 2.376 3.000 3.125 3.625 2.938 0.625


Tabla 6.4 Dimensiones de rosca V-038

Forma de rosca

Conicidad in/ft

Altura de rosca sin truncado

Altura de rosca

truncada

Referencia de truncamiento en

la raíz

Referencia de truncamiento en

la cresta Cresta

Radio de raíz

Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015



93

Figura 6.5 Croquis del piñón para Junta Kelly.

Figura 6.6 Croquis de la rosca V-038 para Junta Kelly.

Con ayuda de estos croquis se genera el modelo en 3D del piñón.

Figura 6.7 Modelo del piñón para Junta Kelly.


94

A partir de este modelo en 3D se crea la hoja con vistas de sección y detalles de la pieza modelada.

Figura 6.8 Hoja de especificaciones para el Piñón de Junta Kelly


95

6.1.2 Modelo de conexiones para Sustituto tipo A de tuberías de perforación. El sustituto a considerar tiene conexiones para unir dos tuberías. Una tubería 3 ½ EU cuyo piñón es tipo NC40 y una tubería 4 EU con caja tipo NC46. Al conectar directamente con tuberías de perforación se debe tomar la referencia a las conexiones de los acoplamientos para herramienta (Tool Joints) en la Tabla 4.15 para tubería grado X95.

6.1.2.1 Caja del Sustituto.

La caja del sustituto será para el piñón NC40 de la tubería, será entonces una caja con conexión NC40 con las siguientes dimensiones:

Tabla 6.5 Dimensiones de Caja para Sustituto. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón

Long. mínima roscad

a

Prof.

Diam. Prof. de

caja

T


NC40 V-038 2.0 4.0 4.072 4.280 4.156 3.530 4.500 4.625 5.12 4.344 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.9 Croquis de la caja para Sustituto.


96

Figura 6.10 Croquis de la rosca V-038 para Sustituto.

Con ayuda de estos croquis se genera el modelo en 3D de la caja, mismo que puede incluirse en la hoja de detalles como se presenta a continuación.

Figura 6.11 Hoja de especificaciones de la caja para Sustituto.


97

6.1.2.2 Piñón del Sustituto.

El piñón del sustituto será para la caja NC46 de la tubería, será entonces un piñón con conexión NC46 cuyas dimensiones que aparecen en la siguiente tabla.

Tabla 6.7 Dimensiones del Piñón para Sustituto. Estilo de

conexión y tamaño

Forma de rosca

Con.

Hilos por

pulgada

Diam. de paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón

Long. mínima roscad

a

Prof. Diam. Prof.de caja


NC46 V-038 2.0 4.0 4.626 4.834 4.709 4.084 4.500 4.625 5.125 4.906 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.12 Croquis del piñón para Sustituto.


98

Figura 6.13 Croquis de la rosca V-038 para Sustituto.

Con ayuda de estos croquis se genera el modelo en 3D del piñón junto con la hoja con vistas de sección y detalles de la pieza modelada.

Figura 6.14 Hoja de especificaciones del piñón para Sustituto.


99

6.1.3 Modelo de conexiones para Lastrabarrenas.

El lastrabarrenas a modelar es tipo NC35-47, tiene entonces una conexión en caja y piñón de tipo NC35, con un diámetro exterior de 4 ¾” y un diámetro interior de 2”.

6.1.3.1 Caja del Lastrabarrenas.

Las dimensiones para una caja tipo NC35 se presentan a continuación.

Tabla 6.9 Dimensiones de la Caja para Lastrabarrenas. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja


NC35 V-038 2.0 4.0 3.531 3.739 3.625 3.114 3.750 3.875 4.375 3.812 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.15 Croquis de la caja para Lastrabarrenas.


100

Figura 6.16 Croquis de la rosca V-038 para Lastrabarrenas.

Con ayuda de estos croquis se genera el modelo en 3D de la caja junto con la hoja con vistas de sección y detalles de la pieza modelada.

Figura 6.17 Hoja de especificaciones para caja de Lastrabarrenas.


101

6.1.3.2 Piñón del Lastrabarrenas.

El piñón del lastrabarrenas es de tipo NC35. Este piñón debe ser con hombro en la base del piñón según lo especifica la norma, cuyo diámetro es de acuerdo al diámetro “Dlf” indicado en la misma tabla que muestra las dimensiones de las conexiones. Debe tener también en la base del piñón un redondeo de 0.06 pulgadas según se observa. El piñón modelado muestra una zona de alivio para esfuerzo, aunque ésta es opcional según la norma y recomendado solo para casos especiales de problemas por fatiga1 cuyas dimensiones son según lo especificado en la tabla 16 y figura 16 de la API Spec 7.

Las dimensiones del piñón tipo NC35 son las siguientes.

Tabla 6.11 Dimensiones del Piñón para Lastrabarrenas. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja


NC35 V-038 2.0 4.0 3.531 3.739 3.625 3.114 3.750 3.875 4.375 3.812 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.18 Croquis del piñón para Lastrabarrenas.

1: Nota 1, sección 8.1.5 de la API Spec 7.


102

Figura 6.19 Croquis de la rosca V-038 para Lastrabarrenas.

Con ayuda de estos croquis se genera el modelo en 3D del piñón junto con la hoja con vistas de sección y detalles de la pieza modelada. La hoja que se muestra a continuación es creada a partir de un modelo para piñón NC35, pero sin el alivio para esfuerzo. Este modelo será utilizado más adelante en la programación.

Figura 6.20 Hoja de especificaciones para el piñón de Lastrabarrenas.


103

6.1.4 Modelo de conexiones para Barrena.

El modelo de la conexión para barrena es para una barrena de tamaño 3 ¾, la cual tiene un piñón tipo 2 REG y un diámetro de bisel de 3 .

6.1.4.1 Piñón de la Barrena

Las dimensiones para una caja tipo 2 REG se presentan a continuación.

Tabla 6.13 Dimensiones del piñón para Barrena.


tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón

Long. mínima

roscada


caja


2-3/8 REG V-040 3.0 5.0 2.365 2.625 2.515 1.875 3.000 3.125 3.625 2.688 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-040 3 0.172303 0.117842 0.020 0.034461 0.040 0.020 0.015


Figura 6.21 Croquis del piñón para Barrena.


104

Figura 6.22 Croquis de la rosca V-040 para Barrena.


Figura 6.23 Hoja de especificaciones para piñón de Barrena.


105

6.1.5 Modelo de conexiones para Tubería Pesada.

La tubería a modelar es de 5” que cuenta con Caja y Piñón con conexión NC50, anteriormente conocida como 4 ½ IF. Esta conexión tiene un diámetro externo de 6 ” y un diámetro interno de 3”.

6.1.5.1 Caja de la Tubería Pesada.


Tabla 6.15 Dimensiones de la Caja para Tubería Pesada. Estilo de

conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por

pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón

Long. mínima

roscada


caja


NC50 V-038 2.0 4.0 5.041 5.250 5.135 4.500 4.500 4.625 5.125 5.312 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.24 Croquis de la caja para la Tubería Pesada.


106

Figura 6.25 Croquis de la rosca V-038 para Tubería Pesada.


Figura 6.26 Hoja de especificaciones para la caja de Tubería Pesada


107

6.1.5.2 Piñón de la Tubería Pesada.

Las dimensiones para un piñón tipo NC50 se presentan a continuación.

Tabla 6.17 Dimensiones del Piñón para Tubería Pesada. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por

pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja


NC50 V-038 2.0 4.0 5.041 5.250 5.135 4.500 4.500 4.625 5.125 5.312 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.27 Croquis del piñón para Tubería Pesada.


108

Figura 6.28 Croquis de la rosca V-038 para Tubería Pesada.


Figura 6.29 Hoja de especificaciones para piñón de Tubería Pesada.


109

6.1.6 Modelo de conexiones para Estabilizador.

El estabilizador a modelar es de 4 ¾” que cuenta con una caja con conexión tipo NC38 y piñón con conexión tipo 3 ½ REG y un diámetro interno de 2”.

6.1.6.1 Caja del Estabilizador.


Tabla 6.19 Dimensiones de la Caja para Estabilizador. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón


Prof. Diam. Prof. de caja


NC38 V-038 2.0 4.0 3.808 4.016 3.891 3.349 4.000 4.125 4.625 4.078 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.30 Croquis de la caja para el Estabilizador.


110

Figura 6.31 Croquis de la rosca V-038 para Estabilizador.


Figura 6.32 Hoja de especificaciones para caja de Estabilizador.


111

6.1.6.2 Piñón del Estabilizador.

Las dimensiones para un piñón tipo 3 ½ REG se presentan a continuación.

Tabla 6.21 Dimensiones del Piñón para Estabilizador. Estilo de

conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por

pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja

T


3-1/2 REG V-040 3.0 5.0 3.239 3.500 3.390 2.562 3.750 3.875 4.375 3.562 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-040 3 0.172303 0.117842 0.020 0.034461 0.040 0.020 0.015


Figura 6.33 Croquis del piñón para Estabilizador.


112

Figura 6.34 Croquis de la rosca V-040 para Estabilizador.


Figura 6.35 Hoja de especificaciones para el piñón de Estabilizador.


113

6.1.7 Modelo de conexiones para Tubería de Perforación.

La tubería a modelar es Tubería 4 ½ EU grado E75 con conexión en caja y piñón tipo NC38, anteriormente conocida como 3 ½ IF, la cual tiene un diámetro exterior de 4 ¾”, un diámetro interior de 2 y un diámetro de bisel de 4 .

6.1.7.1 Caja de la Tubería de Perforación.


Tabla 6.23 Dimensiones de la Caja para Tubería de Perforación. Estilo de conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por

pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja

T


NC38 V-038 2.0 4.0 3.808 4.016 3.891 3.349 4.000 4.125 4.625 4.078 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.36 Croquis de la caja para el Tubería de Perforación.


114

Figura 6.37 Croquis de la rosca V-038 para Tubería de Perforación.


Figura 6.38 Hoja de especificaciones para caja de Tubería de Perforación.


115

6.1.7.2 Piñón de la Tubería de Perforación.

Las dimensiones para un piñón tipo NC38 se presentan a continuación.

Tabla 6.25 Dimensiones del piñón para Tubería de Perforación. Estilo de

conexión y tamaño

Forma de

rosca

Con.

Hilos por pulgada

Diam. de

paso

Diam. del

piñón

Diam. del

piñón con

hombro

Diam. menor

del piñón

Long. del

piñón



caja

T


NC38 V-038 2.0 4.0 3.808 4.016 3.891 3.349 4.000 4.125 4.625 4.078 0.625



rosca Conicidad


Altura de rosca

truncada


en la raíz



Radio en las


V-038 2 0.216005 0.121844 0.038 0.056161 0.065 0.038 0.015


Figura 6.39 Croquis del piñón para Tubería de Perforación.


116

Figura 6.40 Croquis de la rosca V-038 para Tubería de Perforación.


Figura 6.41 Hoja de especificaciones para piñón de Tubería de Perforación.


117

6.2 Programación de las conexiones. A continuación se presenta la programación realizada para las conexiones de piñón y caja en Lastrabarrenas. Esta programación fue generada mediante el software Mastercam.

6.2.1 Programación de conexiones para Lastrabarrenas. Se realizó la programación de caja y piñón para el Lastrabarrenas. El lastrabarrenas es tipo NC35-47, tiene entonces una conexión en caja y piñón de tipo NC35 y un diámetro exterior de 4 ¾”. El modelo a utilizar difiere del presentado en la sección 6.1.3 ya que este elemento será manufacturado y al no contar con herramienta de ranurado se realizó la programación de un modelo sin la ranura para evitar la fatiga, pero esto no afecta al tipo de conexión ya que como se mencionó antes esta ranura es opcional según sea conveniente.

6.2.1.1 Programación del piñón NC35. Para generar el programa para el piñón se utilizó el croquis realizado

anteriormente en el software CAD. Con ayuda de este croquis es posible entonces realizar en el software las operaciones para el maquinado del piñón, tales como: refrentado, desbaste longitudinal, acabado y roscada. De esta manera con la configuración adecuada para la pieza en bruto y las operaciones citadas, se realiza la simulación de la manufactura del piñón misma que tiene como resultado el modelo generado que se presenta en la figura 6.43

a) b)

Figura 6.42 Croquis del piñón para Lastrabarrenas: a) En Solidworks b) En Mastercam


118

a) b)

Figura 6.43 Simulación en Mastercam: a) Operaciones realizadas b) Piñón generado.

Una vez realizada la simulación, el software nos generó el programa requerido para el maquinado del piñón, mismo que se presenta a continuación en la siguiente tabla. Tabla 6.27 Programa generado para el piñón NC35.

Programacion Descripción

O0000 Programa 0

(PROGRAM NAME - PIÑÓN ROSCA NC35 SIN RELIEVE)

(DATE=DD-MM-YY - 15-01-12 TIME=HH:MM - 11:19)

(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\SOLIDOWRKS\LASTRABARRENAS\PIÑÓN ROSCA NC35 SIN RELIEVE.MCX)

(NC FILE -C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\LASTRABARRENAS\PIÑÓN\PIÑ

ÓN ROSCA NC35 SIN RELIEVE.NC)

(MATERIAL - STEEL INCH - 1030 - 200 BHN)

G21 Unidades en milímetros

(TOOL - 1 OFFSET - 1) (OD ROUGH RIGHT - 80 DEG. INSERT - CNMG 12 04 08)

G0 T0101 Selección de herramienta 1.

G18 Selección del plano XZ.

G97 S285 M03 Velocidad en rpm (285). Giro a derecha.

G0 G54 X120.65 Z5. Llamado al cero pieza.

G50 S285 Limitacion de velocidad.

G96 S90 Velocidad de corte constante.

G72 W.5 R.2 Ciclo de refrentado, primer linea.

G72 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de refrentado, segunda linea.

N100 G0 Z0. S90 Definición del contorno para refrentado.

G1 X48.8 Definición del contorno para refrentado.

N102 Z5. Definición del contorno para refrentado.

G0 X120.65 Movimiento rápido a punto libre

G0 X121.53 Movimiento rápido a punto libre.

Z1.887 Punto de referencia para el siguiente ciclo.

G71 U.5 R.2 Ciclo de cilindrado (externo), primer linea.

G71 P100 Q102 U.4 W.2 F.35 Ciclo de cilindrado (externo), segunda linea.

N100 G0 X68.311 S90 Definición del contorno para cilindrado.

G1 X79.298 Z-3.606 F.3 Definición del contorno para cilindrado.

G3 X79.761 Z-4.106 R.8 Definición del contorno para cilindrado.

G1 X94.844 Z-95.25 Definición del contorno para cilindrado.

X113.097 Definición del contorno para cilindrado.



119

Tabla 6.27 Programa generado para el piñón NC35 (Continuación).


N102 G1 X121.53 Z-100.339 Definición del contorno para cilindrado.

G0 Z1.887 Movimiento rápido a punto libre.

G28 U0. V0. W0. M05 Retorno de la herramienta al cero máquina.

T0100 Cancelación de la herramienta actual.

M01 Paro en la ejecución del programa.

(TOOL - 3 OFFSET - 3)

(OD FINISH RIGHT - 35 DEG. INSERT - VNMG 16 04 08)

G0 T0303 Selección de herramenta 3.

G18 Selección de plano XZ.


G0 G54 X68.311 Z1.887 M8 Llamado al cero pieza. Refrigerante activado.



G70 P100 Q102 Ciclo de acabado.

M9 Refrigerante desactivado.





(ID ROUGH MIN. 16. DIA. - 80 DEG. INSERT - CCMT 09 T3 04)

G0 T1313 Selección de herramenta 13

G18 Selección de plano XZ

G97 S285 M03 Velocidad en rpm (285). Giro a derecha




G71 U.5 R.2 Ciclo de cilindrado (interno), primer linea.

G71 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea.









(OD THREAD RIGHT - SMALL INSERT - R166.0G-16MM01-100)




G0 G54 X96.344 Z16.677 Llamado al cero pieza.

G76 P010029 Q0. R0. Ciclo de roscado , primer linea.

G76 X72.096 Z-79.375 P30929 Q11819 R-7.858 E6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.



M30 Fin del programa.

El programa anterior debe ser depurado y optimizado para la correcta ejecución en el torno CNC, eliminando parámetros y líneas de programación innecesarios y corrigiéndolos según sea el caso. Esta corrección es necesaria ya que el software nos genera el programa con una programación en lenguaje con base a los códigos de la norma ISO pero cada control para las maquinas CNC tiene variaciones en los códigos.


120

El programa que se presenta a continuación es el programa optimizado del que nos genera el software Mastercam, haciendo el programa más compacto y modificando algunas líneas de programación para su correcta ejecución, además de optimizar el programa para un menor tiempo de ejecución del mismo.

Tabla 6.28 Programa corregido del generado para el piñón NC35. Programacion Descripción

N010 O0000 Programa 0.

N020 G21 Unidades en milímetros.

N030 T0101 Selección de herramienta 1.

N040 G50 S200 Limitacion de velocidad.

N050 G96 S60 Velocidad de corte constante. Giro a derecha

N060 M8 Refrigerante activo.

N070 G0 X120.65 Z5. Punto de referencia para el siguiente ciclo.

N080 G99 F0.38 Velocidad de avance en mm/rev.

N090 G72 W1.0 R.5 Ciclo de refrentado, primer linea.

N100 G72 P110 Q130 U0. W0. F.38 Ciclo de refrentado, segunda linea.

N110 G0 Z0. Definición del contorno para refrentado.

N120 G1 X48.8 Definición del contorno para refrentado.


N140 G0 X121.53Z1.887 Punto de referencia para el siguiente ciclo.

N150 G71 U.5 R.2 Ciclo de cilindrado (externo), primer linea.

N160 G71 P170 Q230 U.4 W.2 F.35 Ciclo de cilindrado (externo), segunda linea.

N170 G0 X68.311 Definición del contorno para cilindrado.

N180 G1 X79.298 Z-3.606 F.3 Definición del contorno para cilindrado.

N190 G3 X79.761 Z-4.106 R.8 Definición del contorno para cilindrado.


N210 X113.097 Definición del contorno para cilindrado.



N240 G0 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre.

N250 M01 Paro en la ejecución del programa.

N260 T0303 Selección de herramenta 3.

N270 M03 Giro a derecha.

N280 G0 X121.53 Z1.887 Punto de referencia para el siguiente ciclo.

N290 G70 P170 Q230 Ciclo de acabado.

N300 G0Z100.0 Movimiento rápido a punto libre.


N320 G0 T0202 Selección de herramenta 2.



N350 G71 U1.0 R.5 Ciclo de cilindrado (interno), primer linea.

N360 G71 P390 Q380 U0. W0. F.38 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea.





N410 G0 T0505 Selección de herramienta 5.

N420 G97 S180 M03 Velocidad en rpm (180). Giro a derecha.


N440 G76 P010029 Q0. R0. Ciclo de roscado , primer linea.

N450 G76 X72.096 Z-79.375 P30929 Q11819 R-7.858 F6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.

N460 G28 U0. W0.M9 Retorno de la herramienta al cero máquina.

N470 M30 Fin del programa.


121

6.2.1.2 Programación de la caja NC35.

Para generar el programa para la caja se utilizó el croquis realizado anteriormente en el software CAD.

a) b)

Figura 6.44 Croquis de la caja para Lastrabarrenas: a) En Solidworks b) En Mastercam

Con la ayuda del croquis, se configura la pieza para la caja y las operaciones a realizar. Con esto se realiza la simulación que da por resultado el modelo de la caja que se presenta en la siguiente figura.

a) b)

Figura 6.45 Simulación en Mastercam: a) Operaciones realizadas b) Caja generada

Una vez realizada la simulación, el software nos generó el programa requerido para el maquinado de la caja, mismo que se presenta a continuación en la siguiente tabla.


122

Tabla 6.29 Programa generado para la caja NC35.


O0001 Programa 1.

(PROGRAM NAME - CAJA ROSCA NC35)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\SOLIDOWRKS\LASTRABARRENAS\CAJA ROSCA NC35.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\LASTRABARRENAS\CAJA\CAJA

ROSCA NC35.NC)


G21 Unidades en milímetros.










N100 G0 Z-5.333 S90 Definición del contorno para refrentado.

G1 X114.228 Z-.234 Definición del contorno para refrentado.

G2 X113.096 Z0. R.8 Definición del contorno para refrentado.


N102 Z5. Definición del contorno para refrentado














G71 P100 Q102 U-.4 W.2 F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea.



X87.824 Z-18.789 Definición del contorno para cilindrado.



N102 X49.907 Z-130.763 Definición del contorno para cilindrado.






123

Tabla 6.29 Programa generado para la caja NC35 (Continuación).



(ID FINISH 16. DIA. - 55 DEG. INSERT - DCMT 11 T3 04)








G0 Z.04 Movimiento rápido a punto libre.

M9 Desactivar refrigerante.










Z-4.862 Punto de referencia para el siguiente ciclo.

G76 P010029 Q0. R0.. Ciclo de roscado , primer linea.

G76 X94.198 Z-98.425 P30950 Q10559 R7.658 E6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.

Z2.818 Movimiento rápido a punto libre.




De igual forma este programa necesita ser depurado, el programa optimizado es mostrado en la siguiente tabla.


124

Tabla 6.30 Programa corregido del generado para la caja NC35.


N010 O0001 Programa 1

N020 G21 Unidades en milímetros

N030 T0101 Selección de herramienta 1


N050 G96 S60 M03 Velocidad de corte constante.Giro a derecha


N070 M8 Refrigerante activado.

N080 G99 F.38 Velocidad de avance en mm/rev

N090 G72 W.7 R.2 Ciclo de refrentado, primer linea

N100 G72 P110 Q150 U0. W0. F.38 Ciclo de refrentado, segunda linea

N110 G0 Z-5.333 Definición del contorno para refrentado

N120 G1 X114.228 Z-.234 Definición del contorno para refrentado

N130 G2 X113.096 Z0. R.8 Definición del contorno para refrentado

N140 G1 X49.052 Definición del contorno para refrentado


N160 G0 X124.424 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre

N170 M01 Paro en la ejecución del programa

N180 T0202 Selección de herramenta 2

N190 M03 Giro a derecha



N220 G71 P230 Q280 U-.4 W.2 F.38 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea.














N360M01 Paro en la ejecución del programa.



N390 G0 X70.347 Z-4.862 Punto de referencia para el siguiente ciclo.


N410 G76 X80.537 Z-98.425 P30950 Q10559 R7.658 F6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.

N420 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre.

N430 G28 U0. W0. Retorno de la herramienta al cero máquina.



125

CAPÍTULO 7. MANUFACTURA DE CONEXIONES ROSCABLES PARA TUBERÍA DE PERFORACIÓN A TRAVÉS DE MÁQUINAS DE CNC. En este capítulo se presenta el resultado de la manufactura de una conexión roscable NC35, tomando en cuenta las normas API, y lo obtenido mediante el modelado y la programación de la pieza a través del proceso CAD/CAM.

Figura 7.1 Torno ACRA FEL-170 ENC.

Para concluir el proceso de manufactura de las conexiones roscables para tubería de perforación se utilizó un torno CNC modelo ACRA FEL – 1760ENC con un control FANUC para realizar el maquinado de las mismas. El proceso de manufactura se concluyó con el maquinado de un piñón tipo NC35, mismo que fue modelado y programado para un lastrabarrenas, como se indicó en el capítulo seis, en base a las especificaciones de la norma API correspondiente. Antes de realizar el maquinado de la pieza se llevaron a cabo pruebas de corte en muestras de plástico y acero, para asegurar la correcta operación de la máquina. Durante las diversas pruebas que se realizaron se identificaron problemas de sujeción y centrado de la pieza en la máquina. Este problema se presenta debido al sistema de sujeción con que cuenta el torno utilizado, un chuck manual con tres mordazas no independientes o conocido como autocentrante (chuck universal); lo cual en realidad dificulta el centrado de la pieza. Además de esto, la cavidad o túnel con que cuenta es de un diámetro inferior al de cualquiera de las conexiones roscables utilizadas en el área de perforación, lo que impide una correcta sujeción de las mismas al no utilizar toda el área de contacto de las mordazas.


126

Figura 7.2 Material de plástico para pruebas de corte.

Figura 7.3 Material de acero para pruebas de corte.

El problema de sujeción y mal centrado de la pieza genera un problema de cabeceo de ésta durante las operaciones de maquinado, lo que representa una mala operación de la máquina que puede generar daños tanto a la pieza como a las herramientas de trabajo.


127

Figura 7.4 Medición realizada para el centrado de la pieza.

Es necesario aclarar que el problema de sujeción no se presenta en un torno adecuado para el maquinado de tuberías de perforación, es decir, en los llamados tornos petroleros que existen también con control numérico y que cuentan con una cavidad de diámetro mayor, la cual atraviesa el cabezal permitiendo la introducción de la tubería. Aun así, los problemas en la operación de centrado de la pieza son normales en los procesos de maquinado; pero se facilita ésta operación al utilizar un chuck con mordazas independientes. Para corregir en lo posible el problema se decidió utilizar un diámetro menor en la pieza, reduciendo únicamente una sección del material plástico para ser introducido en la cavidad del cabezal y realizar la correcta sujeción con las mordazas del chuck. Esta implementación se realizó de forma similar con la tubería de acero en la que se trabajó, con la diferencia que se requirió de procesos de soldadura para implementar el montaje.

Figura 7.5 Implementación de un diámetro menor en la pieza.


128

.

Una vez realizada esta implementación se obtuvo como resultado una correcta sujeción y una reducción en el problema de centrado. Para realizar esta implementación en la tubería de acero, fue necesario realizar otras acciones ya que solo es posible trabajar con muestras de tubería de muy corta longitud apenas lo necesario para el maquinado de las conexiones. Además al ser la tubería una pieza con dimensiones ya definidas, no cuenta con material suficiente para reducirse en diámetro. Por lo anterior descrito fue necesario soldar un tubo de menor diámetro a la tubería a maquinar, utilizando arandelas que fueron adecuadas mediante desbaste interno y externo para formar parte de la unión entre ambas piezas.

Figura 7.6 Operación de desbaste interno en las arandelas de unión.

Figura 7.7 Operación de desbaste externo en las arandelas de unión.


129

Figura 7.8 Adecuación del tubo.

El tubo de diámetro menor sería introducido en la cavidad para sujetarse correctamente en el chuck y de esta manera trabajar en las operaciones de maquinado que se realizarían sobre la muestra de tubería; para esto fue necesario realizar un desbaste menor para adecuar el tubo a la cavidad. Una vez realizado lo anterior fue posible soldar el tubo de menor diámetro a la muestra de tubería, para su correcta sujeción . La imagen a continuación ilustra como es el montaje de la pieza una vez realizada la implementación con el tubo de menor diámetro, lo cual permite sujetar correctamente la pieza y evitar problemas mayores. La muestra de tubería contaba ya con una sección roscada según se observa, que fue resultado de las pruebas realizadas anteriormente en ésta.

Figura 7.9 Montaje de la muestra de tubería de acero.


130

Una vez obtenidas las piezas adecuadas para el maquinado de las conexiones, se procedió a realizar el maquinado del piñón con conexión tipo NC35 en la muestra de material plástico. Este proceso será descrito a continuación: Después de realizar el cargado del programa para el maquinado de la pieza en el torno CNC se procede al montaje de ésta en el chuck tal como se muestra en la figura 7.8, para ejecutar en seguida el programa cargado.

Es necesario realizar la correcta ubicación del llamado cero pieza en la máquina, ya que este sirve como punto de origen del sistema de coordenadas a partir del cual la máquina realiza los movimientos de la herramienta de corte. Lo siguiente es ejecutar el programa con el cual se realizan las distintas operaciones de maquinado del piñón en la pieza. Tales operaciones son: refrentado, desbaste externo (cilindrado), acabado y roscado.

Figura 7.10 Montaje de la pieza y ubicación del cero pieza.

El maquinado de la pieza en plástico permite apreciar el piñón con conexión tipo NC35.

Cero pieza.


131

Figura 7.11 Piñón con conexión tipo NC35 maquinado en plástico.

Para una correcta apreciación de la conexión manufacturada se dan a continuación los valores principales de las dimensiones del piñón tipo NC35:

Conicidad: 4.73°

Diámetro menor de cono: 79.2 mm

Diámetro mayor de cono: 94.97 mm

Chaflán: 45° - 3.175 mm

Paso de rosca: 6.35 mm/hilo

Profundidad de rosca 3.09 mm

Radio de raíz de rosca: 0.965 mm Ya realizado el maquinado del piñón en plástico se procedió a realizar éste mismo en la muestra de tubería de acero. A continuación se describe el proceso indicando cada una de las operaciones de maquinado programadas anteriormente:

El proceso comienza con una operación de desbaste conocida como refrentado. El cual consiste en cortes transversales en la pieza para darle un mejor acabado a la cara en que se trabaja o en el caso de re-manufactura para eliminar la sección dañada de la tubería.


132

Figura 7.12 Operación de refrentado.

La siguiente operación es el cilindrado que permite dar la forma al piñón y consiste en cortes longitudinales.

Figura 7.13 Operación de cilindrado.

Ya realizado el cilindrado, la siguiente operación es la de acabado, que tal como su nombre lo indica sirve para dar un mejor acabado a la pieza y consiste en un último corte de menor profundidad y a menores velocidades siguiendo el contorno final.

Dirección de corte

Dirección de corte


133

Figura 7.14 Operación de acabado.

Es importante indicar que se debe tomar en consideración el ajuste correcto de cada herramienta de corte utilizada e indicar a la máquina cada cero pieza correspondiente en cada operación. De esta manera se asegura un correcto trabajo de la máquina y un resultado en base a lo esperado. Es por esto que después de la última operación de acabado se llevó a cabo la ubicación de un nuevo cero pieza para la herramienta de roscado que habría de utilizarse en la operación final. No se llevó a cabo ningún cambio al cero pieza anteriormente ya que se utilizó la misma herramienta de corte tanto en las operaciones de desbaste como de acabado

La última operación a realizar es el roscado del piñón. Esta operación fue llevada a cabo de acuerdo a la programación realizada, la cual fue mediante el código G76 que indica el ciclo de roscado múltiple. Este ciclo al igual que los demás empleados en la programación de las distintas operaciones de maquinado forma parte de los llamados ciclos pregrabados que ahorran líneas de programación.

Como se explicó en el capítulo cinco, la programación de una operación de roscado puede ser mediante cualquiera de tres códigos, dos de los cuales corresponden a ciclos (códigos G92 y G76) y uno de ellos a programación punto a punto (código G32). Para una óptima operación de roscado se empleó el código G76 que corresponde al ciclo más compacto en la programación.

Las líneas de programación para el ciclo se repiten a continuación para una mejor explicación de la operación:

N440 G76 P010029 Q0. R0. N450 G76 X72.096 Z-79.375 P3092 Q250 R-7.858 F6.35

Como ya fue mencionado anteriormente en el capítulo correspondiente, la segunda línea indica los parámetros de la geometría del roscado, tanto la longitud (Z) como el diámetro menor del cono (X) y el mayor a partir del parámetro R que indica la diferencia de radios, así como el paso de rosca F y la profundidad P.

Dirección de corte


134

Figura 7.15 Operación de roscado.

La imagen anterior ilustra la operación de roscado efectuada en la pieza. No es posible apreciar con claridad la forma del piñón completo ya que el diámetro de la tubería utilizada es inferior al establecido por norma para esta conexión; sin embargo la sección roscada en la muestra de tubería es parte esencial de dicha conexión.

Tampoco es posible apreciar la profundidad completa de la rosca de 3 mm, ya que el inserto empleado no es el adecuado al ser más pequeño del necesario. Por esta razón se modificó la programación para realizar una profundidad únicamente de 1 mm.

A continuación se muestra el inserto de roscado utilizado en el maquinado.

Figura 7.16 Inserto de roscado.

Dirección de corte


135

Figura 7.17 Piñón con conexión tipo NC35 maquinado en tubería de acero.

La imagen mostrada presenta la tubería después de realizado el piñón. Para cumplir adecuadamente con la norma correspondiente, debe emplearse un inserto que esté bajo las especificaciones API y sea, en el caso de una conexión NC35, para una rosca V-038.

Además de lo anterior, para tener la seguridad de que la conexión manufacturada cumple con la normatividad se realizan pruebas de medición con los instrumentos que se describen a continuación. Cabe señalar que esta parte del proceso no fue posible llevar a cabo en la institución por no contar con las herramientas requeridas; pero se observó el procedimiento en la industria. Conocímetro: está conformado de un indicador de carátula, puntillas de contacto, y pueden ser de dos tipos para rectificar roscas exteriores y para roscas interiores, y su función es la de rectificar el cono de las roscas para perforación.

Figura 7.18 Conocímetro.


136

Figura 7.19 Calibrador de roscas para piñón.

Calibrador de roscas: es un instrumento que sirve para calibrar la rosca que está en proceso de maquinado hasta el término de la misma. Pasímetro: es un instrumento de medición de precisión que está conformado de un indicador de carátula, puntillas de contacto, y pueden ser de dos tipos, para rectificar el paso de roscas exteriores y para roscas interiores, y su función es la de rectificar el paso de los filetes en una pulgada de la rosca.

Figura 7.20 Pasímetro.


137

Figura 7.21 Perfilómetro.

Perfilómetro: es un instrumento de medición o plantilla con varios filetes que sirve para medir los flancos de las Roscas y pueden ser de diferentes pasos.


138

CONCLUSIONES

A lo largo de este trabajo se ha podido concluir que el proceso de manufactura de

una conexión roscable para tubería de perforación no sólo requiere de saber

maquinar una pieza, sino que depende del conocimiento básico de ingeniería de

todos los elementos que integran a cada una de sus partes, pues es importante

tener en cuenta que se requiere saber el uso en donde se encuentra operando el

elemento, así como de los medios que se utilizan para fabricar este.

La importancia que toman las conexiones para los elementos de la sarta de

perforación hace que se preste mayor atención a su manufactura. En la actualidad

no sólo es requisito indispensable el cumplir con las normas API que establecen

los requerimientos necesarios para la fabricación y operación de dichas

conexiones, es también de gran importancia el realizar procesos de manufactura

utilizando la tecnología actual que permite realizar de mejor manera la

manufactura de estos elementos.

Es en este aspecto que, mediante el desarrollo de este trabajo de tesis, se ha

podido cumplir con los objetivos planteados en un inicio de la investigación. Se

obtuvo el conocimiento necesario respecto al uso y operación de máquinas de

control numérico y así mismo se logró comprender cada uno de los elementos que

conforman la manufactura moderna, conociendo no sólo el uso del diseño y de la

manufactura asistida por computadora sino también logrando la integración de

ambas herramientas en su conjunto para llevar a cabo el trabajo final de

manufactura en un torno de control numérico.

Es importante distinguir que en el proceso de manufactura de la conexión

roscable que se detalla a lo largo de los capítulos seis y siete de esta tesis, se

descubrieron y llegaron a resultados que nos permiten entender que la

programación de equipos de control numérico mediante la utilización de software

debe ser correctamente realizada, prestando atención a lo que resulta del uso de

dicha herramienta; ya que como fue descrito fue necesaria una revisión de los

códigos generados y de esta manera se logró una optimización del proceso con lo

cual se obtiene un ahorro entiempo y por supuesto en costos. Así también se

requiere de la supervisión constante y del correcto conocimiento en cuanto al

funcionamiento del equipo y de la pieza a manufacturar.

El desarrollo de este trabajo de investigación nos deja el conocimiento, además de

la experiencia para ingresar al sector productivo en el área de manufactura y deja

la posibilidad para continuar en la investigación de la optimización del proceso de

fabricación no tan solo de las conexiones roscables sino también de otros

elementos mecánicos.


139

REFERENCIAS

[1] Asociación de Ingenieros Petroleros de México. (2000). Un siglo de la perforación en México. México.: AIPM

[2] Efraín, E. (2001). El pozo ilustrado.5ª Ed. Caracas, Venezuela. Ediciones FONCIED.

[3] Salas, R. (1995). Equipos de perforación y sus componentes. Puerto la Cruz, Venezuela. CIED, Centro Internacional de Educación y Desarrollo.

[4] Programa de entrenamiento. Schlumberger.

[5] Manual de perforación. PEMEX.

[6] American Petroleum Institute. (2001). API Specification 5CT: Specification for casing and tubing. Washington, D.C.: API Publishing Services.

[7] American Petroleum Institute. (2001). API Specification 5D: Specification for Drill Pipe. Washington, D.C.: API Publishing Services.

[8] American Petroleum Institute. (2001). API Specification 7: Specification for Rotary Drill Stem Elements. Washington, D.C.: API Publishing Services.

[9] American Petroleum Institute. (2006). API Specification 7-1: Specification for Rotary Drill Stem Elements. Washington, D.C.: API Publishing Services.

[10] American Petroleum Institute. (2008). API Specification 7-2: Specification for threading and gauging of rotary shouldered thread connections. Washington, D.C.: API Publishing Services.

[11] Manual de operación, FANUC serie 20i-TA.

[12] Curran, K., Stenerson, J. (2001). Computer Numerical Control: Operation and Programming. 2nd Ed. Columbus, Ohio: Prentice Hall.

[13] Smid, P. (2003). CNC Programming Handbook: A comprehensive guide to practical CNC programming. 2a Ed. Nueva York, E.U.A.: Industrial Press Inc.

[14] Smid, P. (2006). CNC Programming Techniques: An insider's guide to effective methods and applications. Nueva York, E.U.A. A.: Industrial Press Inc.

[15] Sanz, F. Blanco, J. (2002). CAD-CAM: Gráficos, Animación y Simulación por Computador. Madrid, España.: Editorial Thomson

[16] Krar, S., Gill, A., Smid, P. (2009). Tecnología de las Maquinas Herramienta. 6a Ed. México, D.F.: Alfaomega.

[17] Schey, J. (2000). Procesos de Manufactura. 3a Ed. México D.F.: Mc Graw Hill.

140

ANEXOS


141

A. PROGRAMACIÓN DE LAS CONEXIONES PARA LOS COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN MODELADOS. A1. Programación para la Junta Kelly.

Tabla A1 Programa generado para el piñón NC26. Programacion Descripción

O0002 Programa 2

(PROGRAM NAME - PIÑÓN ROSCA 26 NC)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\JUNTA KELLY\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 26 NC.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\JUNTA KELLY\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 26 NC.NC)













G1 X30. Definición del contorno para refrentado.



M8 Activar refrigerante.





























142

Tabla A1 Programa generado para el piñón NC26 (Continuación).






T1313 Selección de herramenta 13.







G71 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea.









(OD THREAD RIGHT - MEDIUM INSERT - R166.0G-16MM01-150)











143

Tabla A2 Programa corregido del generado para el piñón NC26. Programacion Descripción








N080 M8 Activar refrigerante.




N120 G1 X30. Definición del contorno para refrentado.



N150 G71 U1.0 R.5 Ciclo de cilindrado (externo), primer linea.
































N480 M9 Desactivar refrigerante.



144

Tabla A3 Programa generado para la caja 6 5/8 REG.


O0003 Programa 3

(PROGRAM NAME - CAJA ROSCA 6 5_8 REG_5)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\JUNTA KELLY\CAJA\CAJA ROSCA 6 5_8 REG_5.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\LASTRABARRENAS\CAJA\CAJA

ROSCA NC35.NC)


G21 Unidades en milímetros.


(OD ROUGH RIGHT - 80 DEG. INSERT - CNMG 12 04 08)




G0 G54 X200.624 Z0 Llamado al cero pieza.





N100 G0 Z-7.713 S90 Definición del contorno para refrentado.

G1 X185.666 Z-.234 Definición del contorno para refrentado.

G2 X113.096 Z0. R.8 Definición del contorno para refrentado.











G0 G54 X28.298 Z1.626 Llamado al cero pieza. Refrigerante activado.





















145

Tabla A3 Programa generado para la caja 6 5/8 REG (Continuación). Programacion Descripción











(ID THREAD MIN. 20. DIA. INSERT - R166.0L-16MM01-050)













146

Tabla A4 Programa corregido del generado para la caja 6 5/8 REG. Programacion Descripción









N090G72 W.7 R.2 Ciclo de refrentado, primer linea.


N110 G0 Z-7.713 Definición del contorno para refrentado.

N120 G1 X185.666 Z-.234 Definición del contorno para refrentado.

N130 G2 X113.096 Z0. R.8 Definición del contorno para refrentado.


N150 G0 X200.624 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre.






























147

A2. Programación para el Sustituto.


O0004 Programa 4



(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\SUSITUTO\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA

46 NC.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\SUSITUTO\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA

46 NC.NC)































M9 Desactivar refrigerante

T0100 Cancelación de la herramienta actual

M01 Paro en la ejecución del programa














148

Tabla A5 Programa generado para el piñón NC46 (Continuación). Programacion Descripción




T1313 Selección de herramenta 13






G71 U.5 R.2 Ciclo de cilindrado (interno), primer linea

G71 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea

N100 G0 X92.361 S90 Definición del contorno para cilindrado

N102 G1 X81.37 Z-4.198 Definición del contorno para cilindrado

G0 Z1.297 Movimiento rápido a punto libre







G0 T0202 Selección de herramienta 2








M30 Fin del programa


149

Tabla A6 Programa corregido del generado para el piñón NC46.




























N270T0303 Selección de herramenta 3









N360 G71 U1.0 R.5 Ciclo de cilindrado (interno), primer linea

N370 G71 P380 Q390 U0. W0. F.38 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea

N380 G0 X92.361 Definición del contorno para cilindrado


N400 G0 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre

N410 M9 Refrigerante desactivado.

N420 G0 Z100.0 Retorno de la herramienta al cero máquina.



N450 G97 S180 M03 Velocidad en rpm (180). Giro a derecha








150

Tabla A7 Programa generado para la caja NC40.


O0005 Programa 5



(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\SUSITUTO\CAJA\CAJA ROSCA

NC40.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\SUSITUTO\CAJA\CAJA ROSCA NC40.NC)






G18 Selección del plano XZ





G72 W.5 R.2 Ciclo de refrentado, primer linea

G72 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de refrentado, segunda linea

N100 G0 Z-8.507 S90 Definición del contorno para refrentado

G1 X126.928 Z-.234 Definición del contorno para refrentado

G2 X125.797 Z0. R.8 Definición del contorno para refrentado

G1 X53.994 Definición del contorno para refrentado
































151

Tabla A7 Programa generado para la caja NC40 (Continuación). Programacion Descripción
























152

Tabla A8 Programa corregido del generado para la caja NC40. Programacion Descripción
































N320 M03 Velocidad en rpm (285). Giro a derecha.









N410 G76 X88.78Z-130.17 P30948 Q10558 R10.285 F6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.






153

A3. Programación para la Barrena.

Tabla A9 Programa generado para el piñón 2 3/8 REG. Programacion Descripción

O0006 Programa 6

(PROGRAM NAME - PIÑÓN ROSCA 2_3_8 REG__2)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\BARRENA\PIÑÓN ROSCA 2_3_8 REG__2.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\BARRENA\PIÑÓN ROSCA 2_3_8 REG__2.NC)


















G0 X82.224 Z1.887 Punto de referencia para el siguiente ciclo.


G71 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de cilindrado (externo), segunda linea.



























154

Tabla A9 Programa generado para el piñón 2 3/8 REG (Continuación). Programacion Descripción











G71 P100 Q102 U0. W0. F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea




















155

Tabla A10 Programa corregido del generado para el piñón 2 3/8 REG. Programacion Descripción





N050 G96 S60 M03 Velocidad de corte constante.Giro a derecha.










N150 G71 U.5 R.2 Ciclo de cilindrado (externo), primer linea.

N160 G71 P170 Q240 U0. W0. F.38 Ciclo de cilindrado (externo), segunda linea.



N190G3 X48.763 Z-4.115 R.8 Definición del contorno para cilindrado.
































156

A4. Programación para el Estabilizador.

Tabla A11 Programa generado para el piñón 3 1/2 REG. Programacion Descripción

O0007 Programa 7

(PROGRAM NAME - PIÑÓN ROSCA 3 1_2 REG)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\ESTABILIZADOR\PIÑÓN\PIÑÓN

ROSCA 3 1_2 REG.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\ESTABILIZADOR\PIÑÓN\PIÑÓN

ROSCA 3 1_2 REG.NC)













N100 G0 X54.943 S90 Definición del contorno para refrentado.


































157

Tabla A11 Programa generado para el piñón 3 1/2 REG (Continuación). Programacion Descripción











G71 P100 Q102 U-.4 W.2 F.35 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea




















158

Tabla A12 Programa corregido del generado para el piñón 3 1/2 REG. Programacion Descripción






N060 G0 X120.65 Z5. Llamado al cero pieza.






N120 G1 Z0.0 Definición del contorno para refrentado.

N130 X120.65 Definición del contorno para refrentado.
























N380 G71 P390 Q400 U-.4 W.2 F.38 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea














159

Tabla A13 Programa generado para la caja NC38. Programacion Descripción

O0008 Programa 8

((PROGRAM NAME - CAJA ROSCA NC38)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\ESTABILIZADOR\CAJA\CAJA

ROSCA NC38.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\ESTABILIZADOR\CAJA\CAJA

ROSCA NC38.NC)








G0 G54 X124.424 Z5. M8 Llamado al cero pieza.








G1 X48. Definición del contorno para refrentado
































160

























161

Tabla A14 Programa corregido del generado para la caja NC38.















N140 G1 X48. Definición del contorno para refrentado


N160 G0 X124.424 Z100.0 Movimiento rápido a punto libre





N210G71 U1.0 R.5 Ciclo de cilindrado (interno), primer linea.


















N390 G0 X76.054 Z-4862 Punto de referencia para el siguiente ciclo.








162

A5. Programación para el Acoplamiento para herramienta.


O0009 Programa 9

(PROGRAM NAME - PIÑÓN ROSCA 38NC)


(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TOOL JOINT\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 38NC.MCX)

((NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TOOL JOINT\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 38NC.NC)















































163



























G76 X79.004 Z-85.725 P30948 Q11827 R-7.92 F6.35 Ciclo de roscado, segunda linea.





164





N040 G50 S200 Limitacion de velocidad















































165


O0010 Programa 10



(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TOOL JOINT\CAJA\CAJA ROSCA NC38.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TOOL JOINT\CAJA\CAJA ROSCA NC38.NC)
















































166

























167

Tabla A18 Programa corregido del generado para la caja NC38.




N030 G0 T0101 Selección de herramienta 1




N070 G99 F0.38 Velocidad de avance en mm/rev

N080 M8 Activar refrigerante






N140 G1 X60.736 Definición del contorno para refrentado


N160 G0 X123.01Z100.0 Movimiento rápido a punto libre




























N440 M9 Desactivar refrigerante



168

A6. Programación para la Tubería Pesada.


O0011 Programa 11



MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TUBERIA PESADA\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 50 NC.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TUBERIA PESADA\PIÑÓN\PIÑÓN ROSCA 50 NC.NC)












































169
































170




N030T0101 Selección de herramienta 1.



























N310 G0 100.0 Movimiento rápido a punto libre.






N370 G71 P400 Q410 U-.4 W.2 F.38 Ciclo de cilindrado (interno), segunda linea







N440G0 X134.982 Z15.679 Punto de referencia para el siguiente ciclo.







171


O0012 Programa 12



(MCX FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TUBERIA PESADA\CAJA\CAJA ROSCA NC50.MCX)

(NC FILE - C:\USERS\PUBLIC\DOCUMENTS\TESIS\SOLIDWORKS\CONEXIONES\TUBERIA PESADA\CAJA\CAJA ROSCA NC50.NC)
















































172

























173

Tabla A22 Programa corregido del generado para la caja NC50. Programacion Descripción









N090 G72 W.7 R.2 Ciclo de refrentado, primer linea.
























N330 G0 X75.307 Z2.627 Llamado al cero pieza. Refrigerante activado.













88408045 Programacion Modelado y Manufactura de Conexiones Roscables Para Tuberia de Perforacion

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