ES2195218T5 - Aparato para sujetar un tubo de perforacion. - Google Patents
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Abstract
EL DISPOSITIVO DE LA INVENCION COMPRENDE UNA CARCASA INFERIOR CONCAVA (15), ADECUADA PARA RECIBIR Y SUJETAR EL EXTREMO SUPERIOR (12A) DE UN ELEMENTO (12) A ATORNILLAR O A DESATORNILLAR DENTRO DE LA VARILLA DE CARGA EN EL ORIFICIO DE BARRENADO; LA CARCASA CONCAVA (15) FORMA UNA SUPERFICIE CONICA (16), DIVERGENTE EN SENTIDOS DESCENDENTE Y ASCENDENTE. UNA PLURALIDAD DE BLOQUES (17) DESLIZAN A LO LARGO DE DICHA SUPERFICIE CONICA, CADA UNO DE DICHOS BLOQUES TIENE UNA SUPERFICIE EXTERIOR DESLIZANTE (18), PARALELA Y COOPERANDO CON LA SUPERFICIE CONICA (16), Y UNA SUPERFICIE INTERIOR (19) ADECUADA PARA ACOPLARSE AL ELEMENTO (12) A SUJETAR. LOS BLOQUES (17) ESTAN MONTADOS PARA DESLIZAR A LO LARGO DE LA SUPERFICIE CONICA (16), Y DICHOS BLOQUES PUEDEN TENER OTRAS DOS CONFIGURACIONES: UNA PRIMERA CONFIGURACION LIBRE, CON EL DISPOSITIVO DE BLOQUEO (10) EN SU POSICION LEVANTADA, EN DONDE LOS BLOQUES SON EMPUJADOS POR MEDIOS ELASTICOS (24) HACIA LA PARTE INFERIOR Y EXTERIOR DE LA SUPERFICIE CONICA (16), YUNA SEGUNDA CONFIGURACION BLOQUEADA, CON EL DISPOSITIVO DE BLOQUEO (10) POSICIONADO SOBRE EL ELEMENTO (12) A SUJETAR, EN DONDE LOS BLOQUES (17) SON FIJADOS RADIALMENTE CONTRA EL EXTREMO SUPERIOR (12A) DE DICHO ELEMENTO (12).
Description
Aparato para sujetar un tubo de perforación.
La presente invención se refiere, en general, al
campo de las torres de perforación para realizar pozos y similares,
en las que se usan barras de perforación con acoplamientos roscados
y/o tubos roscados para el revestimiento interior de un agujero de
perforación. En particular, la invención se refiere a un dispositivo
de bloqueo para cargar y enroscar una barra de perforación y tubos
de revestimiento.
Uno de los mayores problemas asociados a las
torres de perforación de pozos es la carga de la barra de
perforación y de los tubos de revestimiento; el acoplamiento de las
varillas de perforación es especialmente crítico y normalmente se
consigue mediante conexiones roscadas. El acoplamiento tiene que
hacerse correctamente desde el punto de vista de la alineación
axial y tiene que ajustarse respecto al par de apriete aplicado
durante dicha operación.
Se comprende que es peligroso usar
procedimientos aproximados y empíricos para cargar/enroscar las
barras de perforación, por ejemplo, realizando la elevación con
medios auxiliares incorrectos, o aplicando la fuerza de apriete
mediante llave de cadena o mecánica/manual confiando en la
sensibilidad del operario, o realizando dicha operación mediante la
misma cabeza motriz en perforación directa.
De esta manera existe el riesgo de obtener
acoplamientos incorrectos y deteriorar las roscas de los elementos,
tanto en el caso de barras de perforación como de tubos de
revestimiento.
La solicitud de patente nº
US-A-3748702 describe un dispositivo
para sujetar y girar una tubería mediante cuñas que colaboran con
superficies de leva organizadas de modo convexo.
El documento EP-525247 describe
un aparato para sujetar una tubería en un agujero de perforación
para su rotación, el cual constituye el preámbulo de la
reivindicación 1.
La solicitud de patente italiana nº TO94A000489
describe un dispositivo para cargar y enroscar varillas que
pertenecen a una barra de perforación que tiene acoplamientos
roscados y tubos roscados para el revestimiento interior de un
agujero de perforación, apropiado para el uso en torres de
perforación, que comprende una cabeza giratoria apropiada para
hacer girar dicha barra de perforación alrededor de un eje
básicamente vertical y deslizar a lo largo de dicho eje.
Dicho dispositivo comprende medios de fricción
para enroscar y desenroscar varillas de perforación y tubos
roscados. Dichos medios comprenden un disco, móvil a lo largo de la
dirección vertical mediante la activación de pistones hidráulicos,
que puede girar junto con la cabeza giratoria. El disco se provee
con una almohadilla de desgaste hecha de un material con alto
coeficiente de fricción; dicho disco se baja a lo largo de la
dirección vertical contra el extremo superior del último elemento de
la barra de perforación, y transmite un par de apriete o de
aflojamiento a dicho elemento, según la dirección de giro.
Los acoplamientos de fricción tienen ciertas
limitaciones, por lo que los pares de apriete tienen valores de
aplicación limitados, que sólo se conocen parcialmente; además, los
dispositivos de fricción de este tipo no sujetan con seguridad la
varilla de perforación ni el tubo en el dispositivo de
enroscado.
Un propósito de la presente invención es
realizar un dispositivo que conectará correctamente los elementos
roscados de la barra de perforación y que aplicará con seguridad un
par de apriete definido y adecuado sobre las roscas y que superará
las desventajas anteriormente mencionadas.
Con este y con otros propósitos y ventajas que
se comprenderán mejor a continuación, esta invención tiene el
alcance para realizar un dispositivo de bloqueo para enroscar y
desenroscar elementos que tienen acoplamientos roscados y que
pertenecen a una barra de perforación o a tubos para el
revestimiento interior de un agujero de perforación, apropiado para
el uso en torres de perforación de acuerdo con la reivindicación
1.
Las características estructurales y funcionales
de una realización preferida, pero no limitada, del dispositivo
según la presente invención se describirán en relación con los
dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista lateral de una torre de
perforación que tiene el dispositivo de la presente invención,
durante la fase de carga y enroscado de varillas de perforación o
de tubos para el revestimiento interior del agujero de
perforación;
La figura 2 es una vista en corte parcial
aumentada del dispositivo de la invención;
Las figuras 3 y 4 son dos vistas en corte axial
del dispositivo de la invención en dos configuraciones de
funcionamiento diferentes;
La figura 5 es una vista en corte axial parcial
aumentada del dispositivo de la figura 2; y
La figura 6 es una vista en corte axial,
parcial, aumentada del dispositivo según la invención.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el
número 10 indica el dispositivo de bloqueo según la presente
invención. El dispositivo de bloqueo 10 se conecta de forma no
giratoria a la cabeza giratoria de perforación 11 de una torre de
perforación de tipo tradicional; dicha cabeza hace girar la barra
de perforación o los tubos de revestimiento 12 alrededor de un eje
básicamente vertical (el eje de perforación) y deslizar a lo largo
de dicho eje.
El dispositivo de bloqueo 10 tiene el propósito
de bloquear, de manera que pueda soltarse, un elemento 12 con
acoplamiento roscado (varilla de perforación o tubo de
revestimiento) que tiene que enroscarse o desenroscarse de la parte
restante de la barra de perforación, según la fase de
funcionamiento en curso.
El dispositivo de bloqueo 10, bloqueando el
elemento superior 12 y girando junto con la cabeza giratoria 11
hace enroscarse o desenroscarse al elemento 12 en la parte de la
barra de perforación ya colocada en la torre de perforación, según
la dirección de giro recibida desde la cabeza giratoria 11.
Como se muestra en la figura 5, el dispositivo
de enroscado 10 comprende un casquillo 13, movido por la cabeza 11
por medio de otro casquillo 14 al que se une girando.
En cambio, el casquillo 13 se une girando a un
cuerpo 9.
Como se muestra en las figuras
3-5, y en particular en la figura 6, el cuerpo 9
forma una superficie interior cónica 16, que es divergente en la
dirección descendente. A lo largo de la superficie cónica 16 y por
dentro de dicha superficie se monta una pluralidad de bloques con
forma de cuña 17,apropiados para deslizar a lo largo de dicha
superficie; dichos bloques son contiguos en la dirección de la
circunferencia y cada bloque tiene una superficie lateral exterior
18 con forma cónica, conforme con la superficie cónica 16, y una
superficie cilíndrica interior 19 conforme con la superficie
cilíndrica lateral de la cabeza 12a de los elementos 12 de la barra
de perforación. Además, los bloques con forma de cuña 17 forman una
ranura radial 20 que desliza por el saliente 30 de otro casquillo
31 del cuerpo 9; el saliente 20 se provee con una junta frontal 32
apropiada para oponerse al borde superior 12b de la varilla o del
tubo 12, como se mostrará mejor a continuación.
En la parte inferior de la superficie cónica
exterior 18 de cada bloque con forma de cuña se obtiene una guía o
ranura 21; dicha guía es paralela a las superficies cónicas 16 y 18
que engranan mutuamente. Cada guía 21 desliza sobre una cuña o tope
correspondiente 22 integral con la parte inferior del cuerpo 9. Las
cuñas 22 se montan en la parte de entrada de la superficie cónica
16 de manera que puedan soltarse para proyectarse radialmente
dentro de la abertura definida por dicha superficie. Cada cuña 22
tiene una superficie lateral interior 23 inclinada y paralela a las
guías o ranuras 21 de los bloques 17.
Cada bloque con forma de cuña 17 se acopla con
un elemento elástico, indicado con el número 24, que empuja el
bloque con forma de cuña en una dirección descendente y exterior a
lo largo de la superficie cónica 16 del cuerpo inferior 9. Los
elementos elásticos 24 comprenden un pistón 25, admitido de manera
deslizante en un hueco correspondiente 26 obtenido en el cuerpo
inferior 9, y empujado hacia abajo por un muelle sesgado 27 contra
el cuerpo 9. La parte inferior 28 del pistón 25 se fija,
preferiblemente mediante un acoplamiento roscado, dentro de un
alojamiento 29 del bloque con forma de cuña correspondiente 17.
El dispositivo funciona de la siguiente
manera:
como se muestra en la figura 3, en la
configuración libre o elevada, es decir, antes de colocar la cabeza
giratoria sobre el elemento 12 que se debe enroscar o desenroscar,
los pistones de los elementos elásticos 24 sesgados por los muelles
27 empujan los bloques con forma de cuña 17 en una dirección
descendente y exterior a lo largo de la superficie cónica 16 del
cuerpo inferior 9. Las cuñas 22, además de guiar los bloques,
también son los elementos de bloqueo que forman el extremo inferior
de la carrera de dichos bloques. En dicha configuración elevada,
los bloques se espacian uniformemente a lo largo de la
circunferencia de la superficie cónica 23.
Cuando existe la necesidad de enroscar o
desenroscar el elemento superior 12 de la barra de perforación, el
dispositivo de enroscado 10 se baja verticalmente sobre el extremo
superior 12a de dicho elemento, y se encaja en el hueco 15 entre los
bloques 17. Durante su movimiento descendente, el cuerpo 9 primero
pone en contacto el saliente 30 del casquillo 31 con el borde
superior 12b de la varilla o tubo 12; descendiendo más, el
acoplamiento cónico definido por las superficies que colaboran 18 y
16 empuja progresivamente los bloques 17 radialmente hacia el eje
central, haciéndolos deslizar sobre el borde superior 12b de la
varilla o tubo 12. Durante este movimiento, la ranura 20 de los
bloques 17 desliza a lo largo del saliente 30 del casquillo 31 que,
por tanto, actúa como una guía para la aproximación recíproca de
los bloques 17. Los bloques se aprietan hacia el centro de la parte
superior 12a del elemento 12 hasta que se bloquean sobre el mismo.
Una vez que se ha llegado a esta configuración de bloqueo (figuras 4
y 5), otro empuje descendente del dispositivo 10 aprieta el
elemento 12 mediante los bloques 17 por una fuerza de compresión
radial dirigida hacia el centro y básicamente proporcional al
empuje.
Una vez que se consigue la presión radial
necesaria para enroscar o desenroscar, se gira la cabeza giratoria
para transmitir a la varilla o tubo el par de apriete o de
aflojamiento necesario.
Debería apreciarse el hecho de que la presión de
bloqueo aplicada se determina con precisión ajustando la fuerza de
empuje o el movimiento descendente de la cabeza de perforación
giratoria. Es posible transmitir pares de bloqueo superiores que en
el pasado, bloqueando con seguridad la varilla en el dispositivo de
apriete. Por tanto, el par de bloqueo transmitido por la cabeza
giratoria se ajusta con precisión.
La junta 32 del saliente 30, actuando sobre el
borde superior 12b de la varilla 12, permite reducir al mínimo la
interrupción de la circulación del lodo de perforación durante la
carga de las varillas, produciendo en la varilla la junta frontal
necesaria durante el ciclo.
Se comprende que la invención no está limitada
por la realización aquí descrita e ilustrada, que tiene que
considerarse como un ejemplo de realización del dispositivo; por
otra parte, dicha invención puede someterse a cambios en relación
con las formas y la situación de partes, de detalles estructurales
y de funcionamiento.
Por ejemplo, la superficie cónica 16 podría
sustituirse por una pluralidad de superficies planas contiguas,
formando una envoltura de superficies según un tronco de forma de
pirámide, equivalente a la superficie cónica de las figuras
3-5; tal configuración obtendrá resultados
equivalentes a los descritos anteriormente.
Claims (11)
1. Un dispositivo de bloqueo (10) para enroscar
y desenroscar elementos que tienen acoplamientos roscados y que
pertenecen a una barra de perforación o a tubos para el
revestimiento interior de un agujero de perforación, siendo dicho
dispositivo apropiado para el uso en torres de perforación que
comprenden una cabeza giratoria (11) apropiada para hacer girar
dicha barra de perforación alrededor de un eje básicamente vertical
y deslizar a lo largo de dicho eje, caracterizado porque
comprende un alojamiento cóncavo inferior (15) apropiado para
admitir y sujetar el extremo superior (12a) de un elemento (12) que
se enrosca o se desenrosca en la barra de perforación dentro del
agujero de perforación, en el que dicho alojamiento cóncavo (15)
forma una envoltura de superficies (16) divergente en una dirección
descendente y exterior para permitir deslizar a una pluralidad de
bloques (17) a lo largo de dicha envoltura de superficies; cada uno
de dichos bloques tiene una superficie deslizante exterior (18),
paralela y que colabora con dicha envoltura de superficies (16), y
una superficie interior (19) apropiada para engranar el elemento
que debe sujetarse (12); los bloques (17) se montan para deslizar a
lo largo de dicha envoltura de superficies (16) y dichos bloques
pueden tener dos configuraciones alternativas: una primera
configuración libre, con el dispositivo de bloqueo (10) en su
posición elevada, en la que los bloques se empujan por medios
elásticos (24) hacia la parte inferior exterior de dicha envoltura
de superficies (16), y una segunda configuración de bloqueo, con el
dispositivo de bloqueo (10) colocado sobre el elemento que debe
sujetarse (12), el acoplamiento cónico definido por las superficies
cónicas cooperantes (16,18) empujando progresivamente los bloques
sólo de manera radial hacia el centro del extremo superior (12a)
del elemento (12) hasta que los mismos aprietan uno contra el
otro.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha envoltura de superficies forma
una superficie cónica (16).
3. Un dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha superficie exterior (18), sobre
la que deslizan los bloques (17), tiene la misma forma que dicha
superficie cónica (16).
4. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha superficie interior (19) con
forma cilíndrica, conforme con la superficie cilíndrica lateral de
la cabeza (12a) de los elementos (12) de la barra de perforación,
colabora con la superficie horizontal de un saliente (30) apropiado
para empujarse contra el borde superior (12b) de dicha cabeza
(12a).
5. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque se monta en la cabeza giratoria (11) de
manera no giratoria.
6. Un dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque los bloques (17) están provistos de una
ranura radial (20) que desliza sobre dicho saliente (30).
7. Un dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el saliente (30) está provisto de una
junta frontal (32) que actúa sobre dicha cabeza (12).
8. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada uno de dichos bloques (17) se
acopla con unos medios elásticos correspondientes (24) que
comprenden un pistón (25), admitido de forma deslizante dentro de un
hueco correspondiente (26) obtenido en el cuerpo del dispositivo
(10).
9. Un dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque la parte inferior de cada pistón (25)
se fija al bloque correspondiente (17) mediante un acoplamiento
roscado.
10. Un dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada una de dichas superficies
exteriores (18) de los bloques (17) forma una guía (21) paralela a
dicha envoltura de superficies (16); un tope correspondiente (22),
integral con el cuerpo (10) del dispositivo, desliza a lo largo de
dicha guía.
11. Un dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque dichos topes (22) son los elementos de
bloqueo del fondo de dichos bloques deslizantes (17).
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