ES1280689U - Dispositivo y sistema para la orientacion de muestras de nucleo - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas que comprende: - un cuerpo tubular (2) acoplable a un tubo interior y/o a un ensamblaje de cabezal de una barrena de núcleos; - medios de detección dispuestos en el cuerpo tubular (2) configurados para detectar la orientación del tubo interior y/o de una muestra de núcleo provista en dicho tubo interior; caracterizado porque comprende - una unidad de control electrónica dispuesta en el cuerpo tubular (2) configurada para recibir y procesar datos provenientes de los medios detección relativos a la orientación del tubo interior y/o de la muestra de núcleo provista en dicho tubo interior, y configurada para transmitir inalámbricamente dichos datos.
Description
DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO Y SISTEMA PARA LA ORIENTACIÓN DE MUESTRAS DE NÚCLEO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuentra relacionada con la orientación de las muestras de núcleo recuperadas en la exploración geológica y minera. Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de orientación de muestras de núcleos para determinar la orientación de cualquier estructura geológica presente en las muestras de núcleo extraídas en la perforación con respecto al entorno subterráneo del cual se han obtenido dichas muestras de núcleos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Uno de los principales propósitos de la exploración mineral y geotécnica es la adquisición de información geológica, la cual se puede obtener de la extracción de muestras de núcleo. Entre los principales parámetros de información a obtener se encuentra la orientación de cualquier estructura geológica presente en el núcleo de roca extraído. En dependencia del objetivo del proyecto, minero o geotécnico, se procede con la interpretación de los datos obtenidos.
Existen yacimientos minerales que tienen un control estructural asociado a áreas de interés económicamente explotables. Otros proyectos, enfocados en infraestructura, pueden requerir información estructural para complementar la caracterización del macizo rocoso y hacer diseños seguros para las obras en ejecución.
En este sentido, en el estado de la técnica se han dispuesto diversas soluciones para determinar las características de la estructura geológica del suelo a través de la orientación de las muestras de núcleo obtenidas durante la exploración. Una de estas soluciones se encuentra reflejada en la solicitud de patente US2012037421A1 la cual divulga un sistema de orientación de muestras de núcleos que comprende una primera parte en forma de unidad de fondo de pozo configurada para conectarse a un tubo de núcleo de una perforadora de núcleo y una segunda parte que comprende una unidad de control. La unidad de fondo de pozo está adaptada para cooperar con un tubo de núcleo para registrar datos relacionados con la orientación del tubo de núcleo, y la unidad de control está adaptada para cooperar con la unidad de fondo de pozo para recibir y procesar datos de orientación de la unidad de fondo de pozo y proporcionar una indicación de la orientación de una muestra de núcleo dentro del tubo de núcleo en un momento antes de la separación de la muestra de núcleo del entorno subterráneo del que se obtuvo. La unidad de fondo de pozo está configurada para cooperar
con la unidad de control para establecer una conexión operativa entre ellas. Más particularmente, la unidad de fondo de pozo y la unidad de control están configuradas para proporcionar un acoplamiento para conectarlas de forma liberable entre sí de una manera que permita la rotación selectiva entre ellas. El acoplamiento comprende una combinación de acoplamiento magnético y acoplamiento mecánico.
Las desventajas de la solicitud de patente anteriormente mencionada consisten en que es necesario abrir el tubo de núcleo para acoplar la segunda parte en la que se halla la unidad de control para poder descargar los datos de la orientación de la muestra de núcleo. Por lo tanto, este proceso requiere de varias etapas que aumentan los tiempos de operación y la fatiga de los operarios/usuarios.
Asimismo, dada la configuración estructural del sistema de orientación de muestras de núcleos de la solicitud de patente referenciada, se hace necesario proporcionar una unidad de fondo de pozo en función del diámetro de la tubería de núcleo al que se va a acoplar, es decir, una unidad de fondo de pozo por diámetro de tubo de núcleo. Esto hace al sistema poco flexible para adaptarse a los diferentes diámetros de tubería existentes en las explotaciones.
Por lo tanto, se hace latente la necesidad de proporcionar un dispositivo/sistema para la orientación de muestras de núcleo que supere todas las ventajas anteriormente discutidas.
DESCRIPCIÓN
Para dar una respuesta a la necesidad encontrada la presente invención proporciona un dispositivo para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas, estando dicho dispositivo previsto para permanecer acoplado durante la operación en una barrena de núcleos, es decir, en la barrena empleada para perforar y extraer la muestra de núcleos del subsuelo. El dispositivo propuesto comprende un cuerpo o cuerpo tubular acoplable al tubo interior y/o al ensamblaje de cabezal de una barrena de núcleos. Este cuerpo tubular es del tipo única pieza (single piece), siendo fabricado con materiales suficientemente resistentes como para resistir los esfuerzos propios de una perforación de pozo, a la vez que para proteger los componentes alojados en el mismo y que se describirán a continuación.
En el interior del cuerpo tubular se alojan unos medios de detección o sensores configurados para detectar la orientación del tubo interior y/o de una muestra de núcleo provista en dicho
tubo interior. En realizaciones preferidas los medios de detección consisten en un set de acelerómetros triaxiales dispuestos mutuamente ortogonales entre sí. De esta manera, el dispositivo de la invención es capaz de orientar la muestra basada en el vector de la gravedad, llevando a cabo la medición del vector gravitacional. Alternativamente estos medios sensores pueden incluir un set de giroscopios micromecánicos dispuestos mutuamente ortogonales entre sí. Incluso, más preferiblemente, los medios de detección comprenden un set de acelerómetros triaxiales dispuestos mutuamente ortogonales entre sí y un set de giroscopios micromecánicos dispuestos mutuamente ortogonales entre sí. Con las diferentes configuraciones de los medios de detección es posible obtener la orientación de la muestra basada en el vector de la gravedad, llevando a cabo la medición del vector gravitacional y/o con respecto al norte verdadero de la muestra de núcleo extraída, particularmente aquellas que hacen uso del set de giroscopios micromecánicos.
Para recibir y procesar los datos provenientes de los medios detección relativos a la orientación del tubo interior y/o de la muestra de núcleo, en el cuerpo tubular se dispone una unidad de control electrónica, a su vez configurada para transmitir inalámbricamente dichos datos de orientación.
En particular, la unidad de control electrónica comprende unos medios de comunicación configurados para la transmisión inalámbrica de los datos de orientación por medio de protocolo Bluetooth® de alta velocidad. Emplear conexiones con protocolo Bluetooth de alta velocidad, tiene como ventaja que no es necesario desmontar el dispositivo de orientación de la presente invención del tubo interior de la barrena de núcleos para obtener la marca de orientación de la muestra de núcleo. Por lo tanto, se mantiene la precisión y se aumenta la eficiencia en la recopilación de los datos de orientación del núcleo. Además, el hecho de no desmontar ninguna pieza del dispositivo para recolectar los datos de orientación agrega confiabilidad y control de calidad, haciendo al proceso auditable.
Por otro lado, para acoplar el dispositivo de la invención para la orientación de las muestras de núcleo este comprende un adaptador de tubo interior configurado para acoplar el cuerpo tubular al tubo interior, y también comprende un adaptador de cabezal configurado para acoplar el cuerpo tubular al ensamblaje de cabezal. Estos adaptadores se han diseñado con la idea de mantener una misma dimensión para el cuerpo tubular a pesar de los diferentes diámetros de tubería, es decir, es el adaptador de tubo interior o el adaptador de cabezal es el que, como su nombre lo indica, se adapta al diámetro de la tubería en cuestión. Por lo tanto, cada uno de estos adaptadores comprende un extremo acoplable al cuerpo tubular y otro
extremo acoplable al tubo interior o al ensamblaje de cabezal. En este sentido cada dispositivo puede tener un kit tanto de adaptadores de tubo de interior, como de adaptadores de cabezal para emplear al adaptador adecuado según el diámetro de la tubería.
Como se ha mencionado, el dispositivo para la orientación de la invención está previsto para transmitir los datos de orientación de la muestra de núcleo de forma inalámbrica mediante protocolo bluetooth de alta velocidad, por lo tanto, como parte de un sistema para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas el dispositivo para la orientación se puede parear inalámbricamente mediante dicho protocolo bluetooth de alta velocidad con un dispositivo de comunicación portable, tal como un Smartphone, Tablet o similar, en el cual se reciben los datos de orientación, se procesan los mismos y, finalmente, se presentan dichos datos de orientación de la muestra de núcleo extraída a un usuario.
Como se ha mencionado en líneas anteriores, la principal ventaja de la presente invención es que no se necesita desconectar el dispositivo de orientación del tubo interior o del ensamblaje de cabeza para obtener los datos de orientación de la muestra de núcleo, lo cual repercute en la disminución del tiempo de operación y menos fatiga por parte de los usuarios.
Otra ventaja destacable es que la utilización del dispositivo para la orientación de muestras de núcleo de la invención no modifica o disminuye la capacidad del equipo de bombeo puesto que dispone de una válvula prevista para, en caso de que la válvula interna que viene equipada en el ensamblaje de cabeza no funcione o esté anulada, mantener la funcionalidad normal de dicho equipo.
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 en perspectiva del dispositivo para la orientación de muestras de núcleo de la invención en comunicación con un dispositivo de comunicación portable.
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 una realización particular, según se observa en la figura 1, la presente invención proporciona un dispositivo (1) para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas, comprendiendo dicho dispositivo (1) un cuerpo tubular (2), esencialmente cilíndrico, siendo este cuerpo tubular (2) acoplable a un tubo interior (no mostrado) y/o a un ensamblaje de cabezal (no mostrado) de una barrena de núcleos (no mostrada). El cuerpo tubular (2) se puede acoplar a los citados elementos mediante cualquier técnica conocida; sin embargo, para mantener una dimensión estándar de dicho cuerpo tubular (2) a pesar de los diferentes diámetros de tubería interior o de ensamblaje de cabezal, según se observa en la figura 1, la invención proporciona al menos un adaptador de tubo interior (3) configurado para acoplar el cuerpo tubular (2) al tubo interior (no mostrado), y comprende al menos un adaptador de cabezal (4) configurado para acoplar el cuerpo tubular (2) al ensamblaje de cabezal (no mostrado). Por lo tanto, el cuerpo tubular (2) comprende un primer extremo de acoplamiento (21) y un segundo extremo de acoplamiento (22) para el acoplamiento de tales adaptadores (3) (4) respectivamente. Por facilidad de acoplamiento, los extremos de acoplamiento (21) (22) son extremos roscados, en la realización mostrada extremos roscados machos, para el acoplamiento roscado de los adaptadores (3) (4), roscas hembras. El experto en la materia podrá ver que diferentes combinaciones, así como otras formas de acoplamiento liberable se encuentran dentro del alcance de la invención.
Cada uno de estos adaptadores (3) (4) comprende un extremo (31) (41) acoplable al cuerpo tubular (2) y otro extremo (32) (42) acoplable al tubo interior o al ensamblaje de cabezal. En este sentido cada dispositivo (1) puede tener un kit o serie de adaptadores de tubo de interior (3) , y de adaptadores de cabezal (4) para emplear al adaptador adecuado según el diámetro de la tubería.
Por otro lado, el dispositivo (1) comprende unos medios de detección (no mostrados) dispuestos en el cuerpo tubular (2), estando configurados para detectar la orientación del tubo interior y/o de una muestra de núcleo provista en dicho tubo interior. En la realización preferida, los medios de detección consisten en un set de tres acelerómetros triaxiales
dispuestos mutuamente ortogonales entre sí, estando dicho set de acelerómetros triaxiales configurados para realizar la orientación de la muestra de núcleo por medio de la medición del vector de gravedad. Alternativamente estos medios sensores consisten en un set de tres giroscopios, preferiblemente MEMS, dispuestos mutuamente ortogonales entre sí, por medio de los cuales es posible obtener la orientación con respecto al norte verdadero de la muestra de núcleo extraída.
En otras realizaciones los medios de detección consisten un set de tres acelerómetros triaxiales dispuestos mutuamente ortogonales entre sí y un set tres de giroscopios micromecánicos dispuestos mutuamente ortogonales entre sí. Con las diferentes configuraciones de los medios de detección es posible determinar la orientación de la muestra de núcleo tal como se hallaba en el subsuelo antes de ser extraída, donde estos datos de orientación se exportarán para el análisis geológico del terreno.
El dispositivo (1) comprende una unidad de control electrónica (no mostrada) dispuesta en el cuerpo tubular (2) configurada para recibir y procesar datos provenientes de los medios detección relativos a la orientación del tubo interior y/o de la muestra de núcleo provista en dicho tubo interior, y configurada para transmitir inalámbricamente dichos datos, preferiblemente por medio de protocolo Bluetooth de alta velocidad. Por lo tanto, la unidad de control electrónica comprende unos medios de comunicación que, entre otras cosas, comprenden una antena (no mostrada) para la transmisión por Bluetooth de alta velocidad hacia un terminal externo adecuado, tal como, por ejemplo, un dispositivo de comunicación portable (8) el cual está configurado para establecer comunicación inalámbrica por protocolo Bluetooth de alta velocidad con el dispositivo (1), recibir los datos provenientes de éste último, procesar tales datos y presentar los datos de orientación de la muestra de núcleo extraída a un usuario. De manera que, una vez se ha extraído el ensamblaje de cabezal y el tubo interior, sin desmontar ningún elemento, se pueden transmitir los datos de orientación de la muestra de núcleo estableciendo una conexión inalámbrica de Bluetooth de alta velocidad entre el dispositivo (1) y el dispositivo de comunicación portable (8). Como puede verse en la figura 1, el dispositivo (1) comprende un indicador de conexión (6) configurado para indicar el establecimiento de la conexión entre el dispositivo (1) y el dispositivo de conexión portable (8), así como para indicar la transmisión de datos entre dichos dispositivos por medio de, por ejemplo, una luz fija cuando se ha realizado la conexión y una luz parpadeante cuando los datos se están transmitiendo.
Asimismo, el cuerpo tubular (2) comprende al menos una abertura (5) prevista para la transmisión de la señal de conexión inalámbrica por los medios de comunicación dispuestos al interior del dicho cuerpo tubular (2).
En realizaciones preferidas, la unidad de control electrónica está provista de medios de procesamiento configurados para procesar las mediciones realizadas por los medios de detección y obtener los datos de orientación de la muestra, siendo el dispositivo de comunicación portable (8) un simple medio para que el usuario pueda visualizar los datos de orientación, o, alternativamente, las mediciones o datos de la orientación en bruto se transmiten directamente al dispositivo de comunicación portable (8) el cual estaría provisto de unos medios de procesamiento y un software capaz de procesar los datos recibidos, obtener la orientación de la muestra de núcleo extraída y presentarlos al usuario.
Según se observa en la figura 1, en el extremo de acoplamiento (22) comprende un alojamiento configurado para recibir una válvula de cheque (7), la cual, al activarse, corta el paso de fluido, elevando la presión en un manómetro de presión dispuesto en la superficie, haciendo de indicador de la presión de bombeo.
Por otro lado, de forma alternativa, la unidad de control electrónica comprende medios de detección de temperatura, por ejemplo, una termocupla, sensor infrarrojo, una cámara termográfica, o sensores análogos, configurados para realizar una medición de la temperatura del fondo del pozo, siendo este dato relevante en algunos yacimientos.
Claims (7)
1. Dispositivo (1) para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas que comprende:
- un cuerpo tubular (2) acoplable a un tubo interior y/o a un ensamblaje de cabezal de una barrena de núcleos;
- medios de detección dispuestos en el cuerpo tubular (2) configurados para detectar la orientación del tubo interior y/o de una muestra de núcleo provista en dicho tubo interior;
caracterizado porque comprende
- una unidad de control electrónica dispuesta en el cuerpo tubular (2) configurada para recibir y procesar datos provenientes de los medios detección relativos a la orientación del tubo interior y/o de la muestra de núcleo provista en dicho tubo interior, y configurada para transmitir inalámbricamente dichos datos.
2. Dispositivo (1) según la reivindicación 1 donde la unidad de control comprende medios de comunicación configurados para la transmisión inalámbrica de los datos por medio de protocolo Bluetooth de alta velocidad.
3. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los medios de detección comprenden un set de acelerómetros triaxiales, dispuestos mutuamente ortogonales entre sí, configurados para orientar la muestra de núcleo midiendo el vector gravitacional.
4. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los medios de detección comprenden un set de giroscopios micromecánicos dispuestos mutuamente ortogonales entre sí, configurados para orientar la muestra de núcleo con respecto al norte verdadero.
5. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un adaptador de tubo interior (3) configurado para acoplar el cuerpo tubular (2) al tubo interior.
6. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores un adaptador de cabezal (4) configurado para acoplar el cuerpo tubular (2) al ensamblaje de cabezal.
7. Sistema para la orientación de muestras de núcleo relativas a su posición con respecto al subsuelo antes de ser extraídas que comprende:
- un dispositivo (1) para la orientación de muestras de núcleo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y
- un dispositivo de comunicación portable (8) configurado para establecer comunicación inalámbrica con el dispositivo (1), recibir los datos provenientes de éste, procesar dichos datos y presentar los datos de orientación de la muestra de núcleo extraída a un usuario.
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