ES1251350U - Aparato de orientacion para maquinaria de perforacion - Google Patents
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Abstract
Aparato de orientación (1) para maquinaria de perforación (2) que comprende: - un dispositivo de orientación (3) comprendido por - una carcasa (4); - medios de fijación (5) conectables a la carcasa (4) y configurados para el acoplamiento del dispositivo de orientación (3) a la maquinaria de perforación (2); y - medios de detección en comunicación de datos con unos medios electrónicos previstos en la carcasa (4) configurados para determinar la orientación relativa del dispositivo de orientación (3) con respecto al norte verdadero; - un dispositivo de interfaz (7) en comunicación de datos con el dispositivo de orientación (3) y configurado para la visualización de una información direccional de dicho dispositivo de orientación (3) que habilita el alineamiento axial de la máquina de perforación (2) con respecto al eje axial de un agujero a perforar. Estando el aparato de orientación (1) caracterizado porque los medios de detección del dispositivo de orientación (3) comprenden tres giroscopios micromecánicos configurados para determinar la orientación relativa del dispositivo de orientación (3) con respecto al norte verdadero.
Description
DESCRIPCIÓN
APARATO DE ORIENTACIÓN PARA MAQUINARIA DE PERFORACIÓN
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuentra relacionada con el campo de la perforación subterránea en general, y más particularmente, con un aparato y método de orientación para maquinaria de perforación mediante el cual es posible, por medio de giroscopios micromecánicos, determinar el norte verdadero con el fin de proporcionar una orientación más precisa de la maquinaria de perforación.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Dentro del campo técnico de las perforaciones subterráneas se han desarrollado múltiples aparatos con sus correspondientes métodos de empleo para la orientación de la maquinaria previo o durante la perforación de un pozo.
En algunas de estas técnicas de perforación, la orientación de la herramienta puede realizarse en la superficie, justo antes de iniciar la perforación del pozo, para posteriormente ir verificando la orientación de la herramienta con un conjunto de sensores provistos en dicha herramienta de perforación, por ejemplo, en una cabeza de perforación, donde tales sensores están configurados para la medición del acimut, el ángulo de inclinación y el ángulo de oblicuidad.
Generalmente el acimut, a través del cual se determina el norte verdadero, puede medirse con un magnetómetro o un sensor magnético, tal como una brújula, que emplea el campo magnético terrestre para determinar dicho acimut en relación con el campo magnético de la tierra. Los ángulos de inclinación y oblicuidad pueden determinarse por medio de acelerómetros, los cuales son ampliamente conocidos dentro del campo técnico.
En el caso particular de la determinación del acimut mediante un magnetómetro, dicha determinación puede no ser del todo fiable debido a posibles interferencias magnéticas externas, causadas, por ejemplo, por la presencia de los propios aparatos o dispositivos de perforación, el empleo de tuberías de perforación de material magnético, proximidad de roca de naturaleza magnética, entre otros, que afectan la lectura del campo magnético terrestre por parte del magnetómetro.
Como una alternativa a los magnetómetros, algunos dispositivos o aparatos de orientación hacen uso de giroscopios mecánicos, los cuales no son afectados por interferencias magnéticas y, por tanto, no sufren las desventajas asociadas con el uso de magnetómetros. Sin embargo, una desventaja de los giroscopios mecánicos es que tienen dimensiones relativamente grandes, lo cual aumenta el tamaño del dispositivo o aparato en el que se dispongan. Además, a pesar de que los giroscopios mecánicos pueden emplearse como guía en el orificio inicial, tienen como desventaja también que son frágiles y tardan en poder ponerse en el modo de operación deseado ya que necesitan estar estables térmicamente antes de entrar en operación. Adicionalmente, los giroscopios mecánicos resultan inadecuados en el entorno desfavorable que se presenta durante la perforación.
Ante las desventajas de los giroscopios mecánicos, en algunos aparatos de orientación para maquinaria de perforación se han implementado giroscopios de fibra óptica, preferiblemente en pares organizados ortogonalmente, sin embargo, estos giroscopios de fibra óptica siguen siendo de un tamaño importante, aunque menor que los mecánicos, lo cual mantiene dichos aparatos de orientación limitados en cuanto al tamaño.
Por lo tanto, se hace evidente la necesidad de un aparato para la orientación de maquinaria de perforación que solucione los inconvenientes antes mencionados y que además sea de un tamaño menor a los actualmente conocidos en el estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN
Para superar los inconvenientes hallados, la presente invención proporciona un aparato de orientación para maquinaria de perforación que comprende un dispositivo de orientación que a su vez está comprendido por una carcasa, unos medios de fijación conectables a la carcasa y configurados para el acoplamiento del dispositivo de orientación a un elemento de perforación de la máquina de perforación; y unos medios de detección en comunicación de datos con unos medios electrónicos previstos en la carcasa configurados para determinar la orientación relativa del aparato de orientación con respecto al norte verdadero; el aparato de orientación también comprende un dispositivo de interfaz en comunicación de datos con el dispositivo de orientación y configurado para la visualización de una información direccional de dicho dispositivo de orientación que habilita el alineamiento axial de un elemento de perforación de la máquina de perforación con respecto al eje axial de un agujero a perforar; donde los medios de detección del dispositivo de orientación del aparato de orientación
comprenden al menos un giroscopio micromecánico configurado para la orientación relativa del aparato de orientación con respecto al norte verdadero.
En realizaciones alternativas del aparato de orientación, los medios de detección del dispositivo de orientación comprenden tres giroscopios micromecánicos.
En otras realizaciones del aparato de orientación, el dispositivo de orientación comprende al menos tres acelerómetros mutuamente ortogonales.
En realizaciones alternativas los medios electrónicos están configurados para la reducción del ruido de la señal, el error y la desviación en las lecturas tomadas del giroscopio micromecánico.
En otras realizaciones del aparato de orientación la comunicación de datos entre el dispositivo de interfaz y el dispositivo de orientación se establece inalámbricamente, mediante protocolo Bluetooth o similar.
En otras realizaciones aún más alternativas del aparato de orientación el dispositivo de interfaz es del tipo portable.
Una de las ventajas de la invención es que la inclusión de giroscopios micromecánicos como medios sensores del dispositivo de orientación dentro del aparato de orientación, hace a dicho dispositivo de orientación, y por tanto al aparato, más pequeño en comparación con dispositivos de alineación y orientación análogos dentro del mismo campo técnico, lo cual permite su fácil incorporación en diferentes tipos y tamaños de máquinas de perforación.
Otra de las ventajas destacables de la invención es que los giroscopios micromecánicos proporcionan una mejor precisión en la detección del acimut, y por tanto del norte real, que otros dispositivos giroscópicos previstos en aparatos de orientación similares tal como un giroscopio mecánico o un giroscopio de fibra óptica. Además, los giroscopios micromecánicos son más duraderos y no cambian sus parámetros internos ante vibraciones o impactos en contraste con, por ejemplo, los giroscopios de fibra óptica, o los giroscopios mecánicos.
Además, y como se ha visto en una de las realizaciones preferentes de la invención, los medios de detección son preferiblemente tres giroscopios micromecánicos, los cuales hacen
al aparato de orientación capaz de determinar el acimut en cualquier posición del mismo, incluyendo la vertical y la horizontal.
Esto último, habilita al dispositivo de orientación del aparato de orientación para ser acoplado permanentemente en la maquinaria de perforación, lo cual resulta en una ventaja técnica importante en contraste con otros aparatos de orientación que emplean otros tipos de medios de detección tal como sensores analógicos los cuales requieren de una superficie horizontal fija para su calibración y, por tanto, no pueden incorporarse en la maquinaria de perforación, o los giroscopios mecánicos que, por sus dimensiones, no resultan viables como elemento permanente en la máquina de perforación.
Estos tres giroscopios micromecánicos también permiten la determinación del norte verdadero sin emplear datos de latitud, lo cual hace al aparato más adaptable a diferentes situaciones, terrenos y maquinaria de perforación, por ejemplo, en una mina donde un receptor GPS no funciona y/o no se tienen datos previos con respecto de la latitud, pero que, con otras técnicas, conocer esta latitud es necesario.
Otra ventaja destacable de aparato de orientación de la invención es que la configuración de la carcasa hace al dispositivo de orientación hace resistente a golpes y polvo para soportar
Otra ventaja destacable de la invención es que, el aparato divulgado en la misma no necesita ningún conocimiento o datos previos por lo que es completamente autónomo en operación de datos o información externa, por lo tanto, después de que el aparato de orientación se ha acoplado y alineado axialmente con el elemento de perforación de la maquinaria de perforación, y después de que se ha encendido y se ha realizado la secuencia de calibrado y la secuencia de autoprueba de encendido, el aparato de orientación ya está preparado para funcionar.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben considerarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
- La Fig. 1 es una vista del aparato de orientación para maquinaria de perforación acoplado en un elemento de perforación de dicha maquinaria de perforación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN
En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos en forma de ejemplos para proporcionar un entendimiento minucioso de las enseñanzas relevantes. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la materia que las presentes enseñanzas pueden llevarse a la práctica sin tales detalles.
De acuerdo a como se observa en la figura 1, en una modalidad preferente, la invención divulga un aparato de orientación (1) para maquinaria de perforación (2) estando este aparato de orientación (1) configurado para acoplarse de tal manera que se alinea con un eje axial L1 de dicha maquinaria de perforación (2).
El aparato de orientación (1), como se ve observa en la figura, al menos comprende un dispositivo de orientación (3) comprendido a su vez por una carcasa o chasis (4) en la que está prevista unos medios de fijación (5) conectables a dicha carcasa (4) y configurados para el acoplamiento del dispositivo de orientación (1) a la máquina de perforación (2).
El dispositivo de orientación (3) define también su propio eje axial o eje de orientación (L2), lo que hace que, en consecuencia, el aparato de orientación (1) también tenga al menos un eje axial (L2) de modo que, cuando el dispositivo de orientación (3) se acopla a la maquinaria de perforación (2), el eje axial (L2) sea paralelo al eje axial (L1) de dicha maquinaria de perforación (2).
Unos medios de detección (no mostrados) en comunicación de datos con unos medios electrónicos (no mostrados) previstos en la carcasa (4), donde dichos medios electrónicos están configurados para, a partir de los datos suministrados por los medios de detección, determinar la orientación relativa del aparato de orientación (1) con respecto al norte verdadero.
Preferiblemente los medios de detección comprenden al menos un giroscopio micromecánico, el cual ha demostrado tener ventajas en cuanto a fiabilidad y precisión en la determinación del norte real y del acimut, frente a otros giroscopios del estado de la técnica, como los
giroscopios mecánicos o los giroscopios de fibra óptica. Además, dado el reducido tamaño de estos giroscopios micromecánicos, la invención prevé la disposición de tres giroscopios micromecánicos (no mostrados), los cuales habilitan al aparato de orientación (1) para determinar el acimut en cualquier posición del mismo, incluyendo la vertical y la horizontal.
Asimismo, en realizaciones preferidas, los medios de detección comprenden al menos uno, preferiblemente, al menos tres acelerómetros mutuamente ortogonales (no mostrados), configurados para la detección del ángulo de inclinación y/o del ángulo de oblicuidad del aparato de orientación (1)
Por otro lado, los medios de detección pueden comprender diferentes sistemas-micro-electro mecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés) configurados para la detección del norte verdadero.
Como se ha dicho en líneas anteriores, el dispositivo de orientación (3) comprende medios electrónicos configurados para, a partir de los datos suministrados por los medios de detección, determinar la orientación relativa del aparato de orientación (1) con respecto al norte verdadero. Estos medios electrónicos están provistos de al menos unos medios de procesamiento, unos medios de comunicación, unos medios de almacenamiento, unos medios de conversión A/D o D/A, y además provistos de unos medios de filtrado configurados para la reducción del ruido de la señal, el error y la desviación en las lecturas tomadas del giroscopio micromecánico o los medios de detección en general.
En la figura 1 también se observa que el aparato para orientación (1) comprende un dispositivo de interfaz (7) conectable de tal manera que comunica los datos desde y hacia el dispositivo de orientación (3), estando a la vez dicho dispositivo de interfaz (7) configurado para la visualización de una información direccional de dicho dispositivo de orientación (3) que habilita el alineamiento axial de un elemento de perforación (6) de la máquina de perforación (2) con respecto al eje axial (no mostrado) de un agujero a perforar (no mostrado).
Este dispositivo de interfaz (7) puede estar incorporado en la carcasa (4), sin embargo, preferentemente se encuentra fuera del dispositivo de orientación (3), aunque siempre conectado en comunicación de datos con este último, ya sea a través de cable o medios inalámbricos con protocolos conocidos como Bluetooth, Wifi, o similares.
En realizaciones preferidas, el dispositivo de interfaz (7) es del tipo portable, de tal manera que los datos de orientación provenientes de los medios de detección pueden estar disponibles en cualquier locación en la que se encuentre un usuario, mientras dicho dispositivo de interfaz (7) esté conectado en comunicación de datos con el dispositivo de orientación (3).
La invención también divulga la manera de emplear el aparato para orientación de maquinaria de perforación (2) en una operación de perforación orientada de un agujero de pozo siguiendo los pasos de:
- acoplar el aparato de orientación (1) para maquinaria de perforación (2) de manera que un eje axial (L2) del aparato de orientación (1) coincida con el eje axial (L1) de la maquinaria de perforación, donde el aparato de orientación (1) que al menos comprende:
- un dispositivo de orientación (3) comprendido por
- una carcasa (4);
- medios de fijación (5) conectables a la carcasa (4) y configurados para el acoplamiento del dispositivo de orientación (3) a la máquina de perforación (2); y
- medios de detección en comunicación de datos con unos medios electrónicos previstos en la carcasa (4) configurados para determinar la orientación relativa del aparato de orientación (1) con respecto al norte verdadero;
- un dispositivo de interfaz (7) en comunicación de datos con el dispositivo de orientación (3) y configurado para la visualización de una información direccional de dicho dispositivo de orientación (3) que habilita el alineamiento axial de un elemento de perforación (6) de la máquina de perforación (2) con respecto al eje axial de un agujero a perforar;
donde, en el aparato de orientación (1), los medios de detección del dispositivo de orientación (3) comprenden al menos un giroscopio micromecánico configurado para determinar la orientación relativa del aparato de orientación (1) con respecto al norte verdadero.
- encender el aparato de orientación (1) manteniéndole estacionario para calibración y secuencia de autoprueba de encendido;
- manipular el elemento de perforación (6) o la máquina de perforación (2) en general hasta que su eje axial (L1) coincida con la orientación requerida;
- perforar el agujero de pozo.
Es importante resaltar que un operario del sistema coloca el aparato de orientación (1) de tal manera que los medios de fijación (5) se acoplen o bien al husillo del elemento de perforación (6), o a dicho elemento de perforación, o bien a alguna otra parte conveniente de la máquina de perforación (2). Entonces el aparato de orientación (1) de la presente invención se enciende, asegurándose de permanecer en una posición estacionaria completa durante su calibración y secuencia de autoprueba de encendido (POST).
Se hace énfasis también en que, gracias a los giroscopios micromecánicos previstos como medios de detección en el dispositivo de orientación (3), no es necesario conocer los datos de latitud, por lo que una vez encendido el aparato de orientación (1) y transcurrida la secuencia de calibración y autoprueba, el aparato de orientación (1) ya se encuentra habilitado para la detección del norte verdadero con base en la rotación terrestre.
Con el dispositivo de orientación (3) acoplado a la maquinaria de perforación (2), la secuencia de calibración completada y estando dicho dispositivo de orientación (3) alineado con el eje axial (L1) de la máquina de perforación y/o alineado con el eje axial del elemento de perforación (6), se procede a mover este último para ajustar la posición del acimut o los ángulos de inclinación u oblicuidad de manera que el eje axial (L1) coincida con el eje axial del agujero a perforar.
Todos los movimientos de ajuste para orientar o alinear la máquina de perforación (2) son registrados por los medios electrónicos y empleados para calcular y determinar los cambios relativos entre la posición actual del dispositivo de orientación (3), y en consecuencia de maquinaria de perforación alineada (2) al mismo, con respecto a la alineación esperada u objetivo con respecto al agujero a taladrar; donde todos estos datos, cálculos y determinaciones se despliegan a través de los medios de comunicación al dispositivo de interfaz (7), de manera que un usuario pueda igualmente determinar la correcta orientación de la maquinaria de perforación (2).
Además, el aparato de orientación (1) está preferiblemente previsto para orientar y alinear la maquinaria de perforación (2), en particular alinear el elemento de perforación (6) con respecto al eje axial del agujero a perforar antes de la perforación; por lo tanto, una vez se ha
conseguido satisfactoriamente la alineación requerida a los valores deseados se desacopla el dispositivo de orientación (3) del elemento de perforación (6) o de la máquina de perforación (2).
Sin embargo, y teniendo como base que los giroscopios micromecánicos permiten determinar el acimut en cualquier posición del dispositivo de orientación (3), es posible acoplar de forma permanente el dispositivo de orientación (3) o el aparato de orientación (1) al completo, cuando el dispositivo de interfaz (7) se implementa en el dispositivo de orientación (3), a la maquinaria de perforación (2) manteniendo el mismo acoplado mientras se realizan las tares de perforación.
Como se ha discutido en párrafos anteriores, la incorporación de al menos un giroscopio micromecánico, preferiblemente tres giroscopios micromecánicos, mejora la fiabilidad y la precisión en la detección del norte verdadero en comparación con otros aparatos de orientación similares en el campo de la técnica.
Además, al eliminar la necesidad de conocer la latitud, el aparato es autónomo en funcionamiento al no depender de datos externos al mismo y, por tanto, más rápido en la determinación del norte verdadero y la orientación de la maquinaria de perforación, en comparación con aparatos o dispositivos análogos.
Claims (7)
1. Aparato de orientación (1) para maquinaria de perforación (2) que comprende:
- un dispositivo de orientación (3) comprendido por
- una carcasa (4);
- medios de fijación (5) conectables a la carcasa (4) y configurados para el acoplamiento del dispositivo de orientación (3) a la maquinaria de perforación (2); y
- medios de detección en comunicación de datos con unos medios electrónicos previstos en la carcasa (4) configurados para determinar la orientación relativa del dispositivo de orientación (3) con respecto al norte verdadero;
- un dispositivo de interfaz (7) en comunicación de datos con el dispositivo de orientación (3) y configurado para la visualización de una información direccional de dicho dispositivo de orientación (3) que habilita el alineamiento axial de la máquina de perforación (2) con respecto al eje axial de un agujero a perforar
Estando el aparato de orientación (1) caracterizado porque los medios de detección del dispositivo de orientación (3) comprenden tres giroscopios micromecánicos configurados para determinar la orientación relativa del dispositivo de orientación (3) con respecto al norte verdadero.
2. Aparato de orientación (1) según reivindicación anterior donde el dispositivo de orientación (3) comprende al menos tres acelerómetros mutuamente ortogonales.
3. Aparato de orientación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la comunicación de datos entre el dispositivo de interfaz (7) y el dispositivo de orientación (3) se establece inalámbricamente.
4. Aparato de orientación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el dispositivo de interfaz (7) es del tipo portable.
5. Aparato de orientación (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde, para la orientación de la máquina de perforación (2) en la perforación de un agujero, dicho aparato de orientación (1) está configurado para:
- el acoplamiento del dispositivo de orientación (3) a la máquina de perforación (2) de manera que un eje axial (L2) del dispositivo de orientación (3) coincida con un eje axial (L1) de la máquina de perforación (2);
- mantenerse estacionario durante el encendido de dicho aparato de orientación (1) para calibración y secuencia de autoprueba de encendido;
- guiar la coincidencia del eje axial (L1) de la máquina de perforación (2) hasta que dicho eje axial (L1) coincida con la orientación requerida para el agujero de pozo; y
- mantener la orientación requerida de la máquina de perforación (2) durante la perforación del agujero de pozo.
6. Aparato de orientación (1) de acuerdo a la reivindicación 5 donde los medios de detección están adicionalmente configurados para rastrear el movimiento relativo del dispositivo de orientación (3) después de haber sido calibrado y de la secuencia de autoprueba de encendido.
7. Aparato de orientación (1) de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6 donde el dispositivo de orientación (3) está adicionalmente configurado para ser desacoplado del aparato de orientación (1) de la máquina de perforación (2) después de que se ha encontrado la orientación requerida para el agujero de pozo a perforar.
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