ES2220423T3 - Tomador de muestras. - Google Patents

Tomador de muestras.

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ES2220423T3 ES00910440T ES00910440T ES2220423T3 ES 2220423 T3 ES2220423 T3 ES 2220423T3 ES 00910440 T ES00910440 T ES 00910440T ES 00910440 T ES00910440 T ES 00910440T ES 2220423 T3 ES2220423 T3 ES 2220423T3
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Philippe Fanuel
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Abstract

Tomador de muestras, en particular para la prospección petrolera, que comprende: - un tren de varillas o vástagos (2), - un tubo exterior (3) fijado al extremo anterior del tren de varillas (2), considerando un sentido de avance (S) del tomador de muestras (1) en una formación (4), - una corona de toma de muestras (5) montada sobre una sección anterior (3A) del tubo exterior (3), y - una estructura de tubo interior (8) montada dentro del tubo exterior (3), para poder ser ascendida a la superficie a través del tren de varillas (2), y que comprende unos medios hidrodinámicos dispuestos para transformar una presión de flúido de toma de muestras que circula por el tren de varillas (2) en una fuerza de empuje de dicha estructura de tubo interior (8) hacia el extremo delantero del tomador de muestras (1), caracterizado porque - la sección anterior (3A) del tubo exterior (3) está montada en disposición de deslizamiento axial, limitado por unos topes de parada anteriores (12A, 12P) y posteriores (13A, 13P), en una sección posterior (3P) del mismo tubo exterior (3), sobresaliendo longitudinalmente, - la estructura de tubo interior (8) comprende un tope de apoyo (14) dispuesta para empujar selectivamente hacia delante la sección anterior (3A), del tubo exterior (3), - hay unos medios (15) dispuestos entre el tubo interior (9) propiamente dicho y la citada sección anterior (3A) de tubo exterior para que esta última pueda ser arrastrada en rotación sobre su eje longitudinal independientemente de dicho tubo interior (9), pudiendo mantenerse éste fijo en rotación con respecto a la formación (4) en curso de la toma de muestras.

Description

Tomador de muestras.
La presente invención se refiere a un tomador de muestras, en particular para la prospección petrolera, comprendiendo dicho tomador de muestras una serie o tren de varillas, un tubo exterior fijado al extremo anterior del tren de varillas, considerando un sentido de avance del tomador de muestras en una formación, una corona de muestreo montada sobre una sección anterior del tubo exterior, y un montaje de tubo interior, en "wire line", es decir, montado dentro del tubo exterior para poder ser recuperado y remontado a la superficie a través del tren de varillas, y que comprende unos medios hidrodinámicos dispuestos para transformar una presión de fluido de muestreo de soldaje circulante por el tren de varillas en una fuerza de empuje de dicha construcción hacia delante del tomador de muestras.
Se ha descrito particularmente un tomador de muestras de perforación de este género en particular en los documentos US-A-4.875.531, US-A-3.874.466 y US-A-5.592.994.
Existe una necesidad apremiante de mejorar este género de tomador de muestras de perforación o soldaje sobre todo para su utilización en pozos de segmentos inclinados con relación a la vertical o más particularmente con segmentos horizontales, y esto tanto más cuanto que estos segmentos queden a gran distancia del segmento de entrada vertical del pozo. Es conocido, en efecto, que en este caso el tren de varillas o vástagos queda sometido al menos localmente a una compresión y por tanto a un riesgo de pandeo ampliado por una posición inclinada u horizontal. Esta situación conduce a que el tren de varillas se frote inútilmente contra la pared del pozo, por lo tanto desgastándose, sea frenado en su avance e incluso en su rotación de arrastre de la corona.
La presente invención tiene como fin proponer una solución a los problemas que quedan enunciados y facilitar así un tomador de muestras de soldaje cuya corona pueda no ser constantemente empujada directamente por el tren de varillas, sobre todo en posición horizontal, para su avance en una formación pero que pueda ser empujada sobre todo por la presión del fluido de sondeo enviado al fondo del pozo a través del tren de varillas, pudiendo sin embargo retenerse la corona, si es necesario, en su avance por este tren de varillas.
A tal efecto, el tomador de muestras mencionado en un principio comprende según la invención las particularidades siguientes: la sección anterior del tubo exterior está montada para deslizamiento axial, limitado por unos topes de detención anterior y posterior, en una sección posterior del mismo tubo exterior y sobresaliendo longitudinalmente; la estructura del tubo interior comprende un tope de apoyo dispuesto para empujar selectivamente hacia delante la sección anterior del tubo exterior; y se han dispuesto unos medios entre el tubo interior propiamente dicho y la citada sección anterior de tubo exterior de modo que esta última pueda ser arrastrada en rotación sobre su eje longitudinal independientemente de dicho tubo interior, pudiendo éste mantenerse fijo en rotación con relación a la formación en curso del muestreo.
Mediante esta disposición del tomador de muestras de la invención, es empujada la corona por la estructura correspondiente al tubo interior en la formación que se trata de muestrear mientras que la sección anterior no se apoya contra uno u otro de los topes de detención. Por tanto, una parte al menos del tren de varillas no queda sometida a pandeo y queda sensiblemente menos presionada contra la pared del pozo muestreado, por ejemplo en un codo del mismo, lo cual no ocurriría en una configuración usual de tomador de muestras.
Según una forma de realización preferida del tomador de muestras según la invención, éste comprende para la acción en rotación de la sección anterior del tubo exterior y de la corona, un motor montado en una parte posterior de la estructura correspondiente al tubo interior. Se han dispuesto entonces unos medios entre las secciones anterior y posterior del tubo exterior para que una de ellas pueda ser arrastrada en rotación alrededor de su eje longitudinal independientemente de la otra. El estator del motor puede quedar fijo en rotación con respecto a la sección posterior del tubo exterior, en curso de muestreo, mientras que el rotor del motor quede entonces fijo en rotación en la sección anterior del tubo exterior.
Con estas medidas, el tren de varillas y la sección posterior del tubo exterior quedan claramente menos sometidas al desgaste y a una fatiga debida a cargas del tipo de flexiones alternas de los tubos que giran en curvas del pozo. Además, la regularidad de la rotación de la corona así arrastrada por el motor es superior a la que aportaría el tren de varillas, puesto que no hay interferencia producida por una frotación de las varillas contra la pared del pozo.
Ventajosamente, el estator del motor puede mantenerse fijo en rotación con respecto a la sección posterior del tubo exterior por cuando menos un conjunto de trinquete y de ranura longitudinal correspondiente. Igualmente, se puede mantener fijo en rotación el rotor con respecto a la sección anterior del tubo exterior igualmente por lo menos por un conjunto de trinquete y de ranura longitudinal correspondiente. Uno y/o el otro de los trinquetes puede entonces disponerse para que ajuste en una ranura correspondiente o se libere automáticamente de ello cuando queda la estructura del tubo interior dispuesta en posición de muestreo dentro del tubo exterior o se retire, respectivamente. Esta construcción permite una colocación en posición y una retirada sumamente cómodas de la estructura del tubo interior dentro del tubo exterior.
Se pueden aplicar otros medios técnicamente equivalentes en lugar de los conjuntos de trinquete y ranura, como por ejemplo acanaladuras recíprocas.
El motor es de preferencia de un tipo accionado por el fluido de muestreo, por ejemplo un motor PDM (= Positive Displacement Motor = motor de desplazamiento positivo) o una turbina conocida en esta técnica. En este caso, el motor puede participar dentro de los medios hidrodinámicos citados, al menos por lo que respecta a la parte de dicho fluido que lo acciona y que por tanto está sometida a una pérdida de carga.
Una ventaja de un motor PDM o sobre todo de una turbina está en su velocidad de rotación elevada, y por tanto en una velocidad de avance interesante, en particular tratándose de rocas duras para las cuales se utilizan de preferencia coronas impregnadas o de concreción. Sin embargo, dado el pequeño diámetro impuesto a este género de motor para que pueda pasar por el tubo exterior del tomador de muestras de la invención, puede haber lugar a escoger uno de tipo prolongado o de varias fases con el fin de obtener una potencia suficiente en el lugar de la corona. Esto no constituye sin embargo una desventaja puesto que existe el medio de organizar fácilmente espacio longitudinal a tal efecto.
En una forma de realización de la invención, el tomador de muestras puede comprender, para ayudar al montaje del tubo interior que debe descender dentro del tubo exterior, un sistema de junta montado sobre la estructura del tubo interior para cerrar sensiblemente por completo el espacio anular entre esta estructura o montaje y el tubo exterior y recibir así, al modo de un émbolo, la plena presión y el pleno caudal del fluido de perforación. Entonces, el sistema de junta puede comprender por lo menos dos juntas circulares planas cuyo borde externo esté recortado en una especie de pétalos, quedando dispuestas ambas juntas una sobre otra para que un pétalo de una junta cubra un intervalo entre dos pétalos de la otra junta.
El tomador de muestras según la invención queda así ventajosamente dispuesto para funcionar en dos modalidades. Hay una modalidad en desacoplamiento, en la cual la sección anterior del tubo exterior se desliza libremente en el curso del muestreo con respecto al tren o serie de varillas y a la sección posterior, bajo el empuje de la estructura correspondiente al tubo interior, con las ventajas arriba explicadas y la ventaja suplementaria de que no se transmiten ya variaciones en la progresión del tren de varillas dentro del pozo a la corona de muestreo. Hay también una modalidad en acoplamiento, en la cual la estructura que constituye el tubo interior tira por intermedio de unos topes de la sección posterior del tubo exterior y por tanto ejerce la tracción sobre el tren de varillas. Al quedar entonces en tracción por lo menos una parte del tren de varillas se obtiene una ventaja desde el punto de vista del desgaste y del comportamiento direccional del conjunto completo dentro del pozo.
Se desprenderán otros detalles y particularidades de la invención de las reivindicaciones adjuntas y de la descripción del tomador de muestras de soldaje según la invención, dada a continuación a titulo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra en corte axial un segmento de un tomador de muestras según la invención en un lugar de enganche de los medios de recuperación de la estructura que constituye el tubo interior.
La figura 2 muestra en corte axial de un segmento del tomador de muestras de la invención, que sigue al de la figura 1, uniéndose en el lugar de un plano transversal I-I, en dirección a la corona.
La figura 3 muestra en corte axial, como variante del correspondiente a la figura 1, otro tipo de segmento de un tomador de muestras según la invención en el lugar de enganche de los medios de recuperación de la estructura del tubo interior.
La figura 4 muestra un corte transversal, en el lugar del plano de corte IV-IV de la figura 2, visto en el sentido de las flechas.
La figura 5 muestra en una vista en planta un sistema de junta utilizado en una forma de realización de la invención.
La figura 6 muestra un corte axial de un segmento del tomador de muestras de la invención, que sigue al de la figura 2, en dirección a la corona.
La figura 7 muestra en corte axial un segmento de un tomador de muestras según la invención más allá del de la figura 6 y en el lugar de la corona de
\hbox{muestreo.}
La figura 8 muestra en corte axial una variante del extremo del segmento de tomador de muestras de la figura 7.
En las diferentes figuras, las mismas referencias designan elementos semejantes o análogos.
El tomador de muestras 1 de la invención comprende, como es sabido (figuras 1 y 3), un tren o serie de varillas o vástagos 2, un tubo exterior 3 fijado al extremo anterior del tren de varillas 2, considerando un sentido de avance S del tomador de muestras 1 en una formación 4 (figura 7), una corona de muestreo 5 montada sobre una sección anterior 3A del tubo exterior 3, y un montaje de tubo interior 8, que comprende entre otras cosas el tubo interior 9 propiamente dicho. Este montaje o estructura 8 se ha previsto para hacerlo descender dentro del tubo exterior 3 y ser ascendido a la superficie a través del tren de varillas 2, y comprende unos medios hidrodinámicos dispuestos para transformar la presión del fluido de muestreo que circula por el tren de varillas 2 en una fuerza de empuje de dicha estructura o montaje del tubo interior 8 hacia delante. Estos medios hidrodinámicos están constituidos entre otras cosas por las diferentes superficies de la estructura de tubo interior 8 sometidas a presiones diferentes que presenta el fluido de muestreo, tanto a lo largo de esta estructura 8 como en sus extremos, debido a las pérdidas de carga que se producen allí, como es sabido en esta técnica, disminuyendo estas presiones diferentes a medida que nos acercamos a la corona 5. Estas pérdidas de carga pueden mejorarse en el conjunto y pueden regularse por ejemplo adaptando una tobera cambiable 10 (figura 2) apropiada en un conducto 11 recorrido por el fluido.
Según la invención, la sección anterior 3A (figuras 6 y 7) del tubo exterior 3 está montada en disposición de deslizamiento axial, limitado por unos topes de detención recíprocos anteriores 12A, 12P (figura 6 ó 7) y posteriores 13A, 13P (figura 7), en una sección posterior 3P del mismo tubo exterior 3, sobresaliendo longitudinalmente. Los topes 12A y 13A son fijos con relación a la sección anterior 3A, mientras que los topes 12P y 13P son fijos con relación a la sección posterior 3P. Ésta puede formar una especie de funda o cubierta para la sección anterior 3A, tal como muestra la figura 7. Innecesario se hace decir que el experto puede escoger entre disponer los topes de parada 12A, 12P según la figura 6 o bien según la figura 7 o también en cualquier otra forma de realización correspondiente.
Además, la estructura del tubo interior 8 comprende un tope de apoyo 14 dispuesto para empujar selectivamente hacia delante la sección anterior 3A del tubo exterior 3. Por otra parte, se han dispuesto unos medios 15 que describiremos, entre el tubo interior propiamente dicho 9 (destinado a recibir un tomador de muestras) y dicha sección anterior de tubo exterior 3A para que esta última pueda ser arrastrada en rotación sobre su eje longitudinal independientemente de dicho tubo interior 9, pudiendo éste mantenerse fijo en rotación con respecto a la formación 4, en curso de toma de muestras.
La corona 5 del tomador de muestras 1 puede ser accionada en rotación por intermedio del tubo exterior 3 y del tren de varillas 2. Se prefiere, sin embargo que el tomador de muestras 1 comprenda un motor 17 para efectuar la rotación de la sección anterior 3A y de la corona 5. En este caso, se habrán dispuesto unos medios, por ejemplo del género de anillos 18 (figuras 6 y 7) de cojinete de rotación y de deslizamiento, entre dicha sección anterior 3A y la sección posterior 3P del tubo exterior 3, para que pueda arrastrarse en rotación una sección, sobre su eje longitudinal, independientemente de la otra. El motor 17 queda ventajosamente montado en una parte posterior 19 (figura 6) de la estructura del tubo interior 8. El estator 20 del motor 17 puede quedar fijo en rotación con relación a la sección posterior 3P del tubo exterior 3, en curso de muestreo, mientras que el rotor 21 de este motor 17 quedará fijado en rotación a la sección anterior 3A del tubo exterior 3.
En la estructura de montaje del tubo interior 8, el tubo interior 9 propiamente dicho puede estar sustentado por el rotor 21 del motor 17, por intermedio de los medios 15 que pueden ser un conjunto de tope de bolas 15, para permitir la rotación independiente del tubo interior 9 respecto al rotor 21.
El estator 20 del motor 17 puede mantenerse fijo en rotación con relación a la sección posterior 3P del tubo exterior 3 (figuras 2 y 4) por cuando menos un conjunto 26 de trinquete 27 y de ranura 28 correspondiente. El trinquete 27 se dispone entonces ventajosamente para ajustar en la ranura 28 o liberarse de ella automáticamente cuando el montaje del tubo interior 8 queda en posición de muestreo dentro del tubo exterior 3 o se retira de éste, respectivamente. Se pueden disponer ventajosamente tres conjuntos 26 alrededor del eje longitudinal de la estructura 8 y del tomador de muestras 1.
Por su parte, el rotor 21 puede acoplarse en rotación a la sección anterior 3A del tubo exterior 3 (figura 6) por cuando menos un conjunto 31 de trinquete 32 y de ranura 33 correspondiente, disponiéndose entonces ventajosamente el trinquete 32 para coincidir con la ranura 33 o liberarse automáticamente de la misma en la misma maniobra de colocación en posición de muestreo o, respectivamente, de retirada de la estructura del tubo interior 8. Los conjuntos 31 pueden quedar dispuestos en número de tres, de manera semejante a la de los conjuntos 26 de la figura 4.
Los trinquetes 27 y 32 pueden incluir unos resortes, unos topes y unos chaflanes representados en las figuras 2 y 6, con el fin de facilitar su introducción en las ranuras 28 y 33, respectivamente y su salida de las mismas. Las ranuras 28 (figura 4) y 33 pueden presentar por su parte una cara longitudinal (por ejemplo 29) en pendiente para favorecer una entrada suave de los trinquetes 27 y 32, respectivamente, en la ranura apropiada por una rotación de la estructura 8 o del rotor 21 respectivamente en el sentido horario en la sección posterior 3P o la anterior 3A, respectivamente.
Puede preverse en la estructura de conjunto del tubo interior 8 y en el tubo exterior 3 (figura 3) la existencia de unos medios 34 cooperantes de la estrangulación del paso del fluido de muestreo. Estos medios de estrangulación 34 quedan dispuestos de manera que serán inactivos en el curso del muestreo normal y para estrangular dicho paso en el caso de que la estructura del tubo interior 8 sea rechazada dentro del tubo exterior 3 en sentido inverso al sentido de avance S de la operación de muestreo. A tal efecto, estos medios de estrangulación 34 están formados por ejemplo por un resalto anular 35 sobre la estructura del tubo interior 8 y por un reborde anular interno 36 correspondiente del tubo exterior 3. Estos medios de estrangulación 34 se han previsto para indicar por ejemplo una situación anormal en el curso del muestreo, como describiremos a continuación.
El motor 17 es ventajosamente de un tipo accionado por el fluido de muestreo. En este caso, se puede disponer el motor 17 en el sistema de conductos 39 (figuras 2 y 6) de paso de fluido para que participe en los citados medios hidrodinámicos, al menos respecto a la parte de dicho fluido que acciona.
Se puede prever un conducto de derivación 41 (figura 2) de fluido de muestreo en el sistema de los conductos de fluido 39, entre una entrada 42 y una salida 43 del motor 17 para este fluido. Entonces, por un lado, se podrá equipar la estructura del tubo interior 8 con una válvula 45 montada en el conducto de derivación 41, para que pueda deslizarse longitudinalmente entre dos posiciones de tope, una anterior 46 y una posterior 47 sobre dicha estructura 8. El tope anterior 46 puede estar constituido por ejemplo, para mayor facilidad de construcción, por dos medios anillos, tal como se sugiere en la figura 2. Por otra parte, en el mismo conducto de derivación 41, la sección posterior 3P del tubo exterior 3 puede estar dotada de un asiento de válvula 48 fijado a dicha sección posterior 3P, más allá de la válvula 45 y que quedará dispuesto para cooperar como sigue con la misma.
Por una parte, el conducto de derivación 41 está cerrado cuando la válvula 45 está en la posición de tope posterior 47 representada en la figura 2 y se aplica al mismo tiempo contra dicho asiento 48 por el peso de la estructura del tubo interior 8 y, eventualmente, por la presión del fluido sobre esta estructura 8 o también cuando la válvula 45 se desliza sobre esta misma estructura 8, entre las posiciones de tope anterior 46 y posterior 47, pero se aplica al mismo tiempo contra dicho asiento 48 por la presión del ruido antes de llegar al conducto de derivación 41. El motor 17 puede recibir entonces una presión y un caudal máximos del fluido de muestreo y producir su par máximo para el arrastre de la corona 5.
Por otra parte, el conducto de derivación 41 queda abierto cuando la válvula 45 está en la posición de tope anterior 46 y queda separada al mismo tiempo de dicho asiento 48 por el efecto de la estructura de tubo interior 8 rechazada hacia la entrada en la sección posterior 3P del tubo exterior 3. El motor 17 queda entonces en cierto modo en cortocircuito en cuanto al fluido que lo acciona y carece desde entonces prácticamente de par de arrastre.
En el caso del ejemplo mostrado en la figura 2, puede verse que el tope posterior 47, la válvula 45 y el asiento de válvula 48 forman una parada 49 que sitúa longitudinalmente, en el sentido de avance S, la estructura 8 citada dentro del tubo exterior 3 y más exactamente en su sección posterior 3P. Se puede utilizar, sin embargo, otro género de detención para los mismos fines.
Entre un conducto de alimentación 50 del motor 17 y un conducto de salida 51 (figuras 2, 6 y 7) del fluido de muestreo hacia la corona 5, se puede montar ventajosamente una válvula de obturación 54 dispuesta para abrirse en caso de sobrepresión del fluido a la entrada 42 del motor 17, siendo esta válvula de obturación 54 de preferencia un disco tarado 54 que se perfora tratándose de una sobrepresión determinada.
Para ayudar al conjunto estructural del tubo interior 8 a que descienda dentro del tubo exterior 3, el tomador de muestras 1 de la invención puede comprender además (figuras 1 y 3) un sistema de junta 55 montado sobre la estructura del tubo interior 8, para que, en posición activa, cierre sensiblemente por completo el espacio anular 56 entre el tubo exterior 3 y esta estructura 8, recibiendo así, a modo de un émbolo, la presión plena del fluido de muestreo.
El sistema de junta 55 puede comprender al menos dos juntas circulares planas 57 y 58, cuyo borde externo 57a, 58a (figura 5) se recorta cada vez en una especie de pétalos 57b, 58b, disponiéndose las dos juntas 57, 58 una sobre otra de manera que un pétalo 57b ó 58b de una junta cubra un intervalo 58c o 57c respectivamente entre dos pétalos de la otra junta.
La estructura de montaje del tubo interior 8 puede ventajosamente comprender un manguito 62 dispuesto más allá del sistema de junta 55, de manera que quede sin acción sobre éste en el curso del descenso de la estructura del tubo interior 8 por el tubo exterior 3 y en curso de muestreo, pero para deslizarse previamente hacia la entrada sobre la estructura del tubo interior 8 cuando éste se retira del tubo exterior 3. Al producirse este deslizamiento, el manguito 62 se ajusta al sistema de junta 55 y lo separa entonces del tubo exterior 3, en una posición de descenso 55R contra la estructura del tubo interior 8, para que el fluido pueda nuevamente correr por el espacio anular 56, produciendo un efecto de lo más reducido o incluso prácticamente nulo sobre el sistema de junta 55 y por tanto sobre dicha estructura 8.
Debe quedar entendido que la presente invención no se limita en modo alguno a las formas de realización descritas y que pueden aportarse muchas modificaciones a ella sin salir del marco de las reivindicaciones que figuran después.
Así, se puede ventajosamente equipar el tomador de muestras 1 de la invención con una sonda 63 dispuesta dentro del tubo interior propiamente dicho 9. Un segmento 64 de esta sonda 63, equipado con medios de medición no representados ni descritos en detalle, puesto que son ya conocidos por el experto, sobresale entonces de este tubo interior 9 en el curso del descenso de la estructura de tubo interior 8 dentro del tubo exterior 3 y en posición de muestreo del tubo interior propiamente dicho 9 con relación al tubo exterior 3, mientras que éste queda todavía separado del fondo del pozo de soldaje. La sonda 63 queda además dispuesta dentro del tubo interior 9, para poder ser rechazada a su interior, en el curso de un muestreo, por el fondo del pozo y/o por el extremo superior del tomador de muestras. Este género de sonda 63 puede comprender unos medios de registro de las medidas efectuadas, con el fin de poder ser examinadas en la superficie cuando se haya retirado la estructura 8 del pozo y se haya puesto la sonda 63 en comunicación con aparatos adecuados.
Estas formas de funcionamiento del tomador de muestras de la invención aparecerán descritas a continuación a titulo de ejemplos no limitativos.
La sección anterior 3A del tubo exterior 3 es introducida en la sección posterior 3P, por detrás, antes de unirse entre sí en 66 (figura 6) los segmentos de tubo exterior 3. Queda dispuesta para poder deslizarse entre una posición de suspensión en la sección posterior 3P, por el efecto recíproco de los topes 13A, 13P (figura 7), y una posición hundida extrema, en la sección posterior 3P, limitada por el efecto recíproco de los topes 12A, 12P (figura 6 ó 7). Se puede montar entonces la corona 5 sobre la sección anterior 3A. El tubo exterior 3 así equipado puede fijarse al tren o serie de varillas 2 (figura 1 ó 3) y hacerse descender al interior de un pozo que se trate de muestrear.
La estructura del tubo interior 8 puede hacerse descender dentro del tubo exterior 3, siguiendo la técnica conocida denominada de wire-line, eventualmente utilizando un dispositivo de enganche 67 (figuras 1 ó 3) conocido que comprende la estructura 8. El fluido de muestreo enviado en este momento a presión al tubo exterior 3 puede apoyarse sobre el sistema de junta 55 con el fin de ayudar al descenso de la estructura del tubo interior 8, sobre todo si el tubo exterior 3 no sigue solamente una vertical, sino que adquiere una fuerte inclinación respecto a la misma, incluso hasta llegar a la horizontal. La estructura de tubo interior 8 puede descender así hasta quedar a tope (figura 2) contra la parada 49 citada. De preferencia, en esta posición a tope, dicha estructura 8 queda al mismo tiempo apoyada, en el curso de la toma de muestras, contra el tope de apoyo 14 (figura 6) por el cual puede actuar sobre la sección anterior 3A.
En este momento, se obliga al dispositivo de enganche 67 a hundir en el sentido S una barra de conexión 68 (figura 1 ó 3) en dicha estructura 8, haciendo que se rompa una clavija de inmovilización 69, hasta que una cara 70P de una cavidad 70 de la barra 68 queda en apoyo contra una espiga de detención 71. Tras el recorrido así hecho de la barra 68, unos canales 72 y 73, aislados entre sí haya entonces por unas juntas 74, son puestos en comunicación y puede correr fluido de muestreo a partir de este momento desde el interior del tren de varillas 2, por el espacio anular 75 y los canales 72, 73 por un conducto 76 (figura 1 ó 3, y figura 2) practicado en la barra de conexión 68 por unos conductos 77 hasta la corona 5. En este trayecto, el fluido sufre desde por lo menos el extremo superior de la estructura de tubo interior 8 hasta su salida de la corona 5 una pérdida de carga utilizable.
En una forma de funcionamiento, la sección anterior 3A es arrastrada en rotación por la sección posterior 3P por unos medios, no representados pero ya conocidos por el experto, que permiten el deslizamiento citado. Al iniciarse el muestreo, la corona 5 puede, eventualmente, rechazar parcialmente a la sección posterior 3P la sección anterior 3A, hasta que ésta quede en apoyo contra el tope de apoyo 14 de la estructura de tubo interior 8. La estructura 8, sometida a la presión del fluido, ofrece a la sección anterior 3A una resistencia determinada por esta presión que depende entre otras cosas de la pérdida de carga producida por la tobera 10.
Por un lado, en el curso del muestreo, dicha sección anterior 3A, empujada hacia delante por la estructura 8 sometida a la presión del fluido, puede ser empujada al máximo fuera de la sección posterior 3P (figura 7) contra la formación que se trata de muestrear, no quedando los topes 13A y 13P necesariamente el uno contra el otro (dependiendo esto de las posiciones relativas entre los mismos y la parada 49). Ya antes de alcanzar esta primera situación extrema, un frenazo de la parte anterior del tren de varillas 2 en la superficie puede provocar una retención del avance de la corona 5 en la formación por la acción de la parada 49 sobre la estructura 8. Ventajosamente entonces, el tren de varillas 2 queda por lo menos parcialmente en tracción y por tanto mantenido más recto, incluso en horizontal, lo cual no es usualmente posible cuando está completamente en compresión y sujeto por ello a un pandeo. Además, la corona 5 recibe en estas condiciones un peso acusadamente más regular que con un tren de varillas en situación de pandeo y sometido a frotaciones importantes contra la pared del pozo. La corona 5 puede pues avanzar con más regularidad en la formación 4. Todo esto favorece entre otras cosas a la aptitud para dirigir correctamente la corona 5.
Si, por el contrario, la sección anterior 3A fuera rechazada al máximo a la sección posterior 3P, contra la presión ejercida sobre la estructura 8, entrando en contacto los topes 12A, 12P (figura 6 ó 7), se podría obtener una segunda situación extrema, en la cual un avance del tren de varillas 2 podría forzar la penetración de la corona 5 en la formación 4.
Por otro lado, en el curso de la toma de muestras, la sección anterior 3A puede mantenerse dentro de la sección posterior 3P, por la presión sobre la estructura 8, en unas posiciones en las cuales los topes recíprocos 12A, 12P por una parte y 13A, 13P por otra parte, no quedan en contacto respectivo. Si además la estructura 8 no queda a tope contra la válvula 45 sino que esta última se mantiene dispuesta contra su asiento 48 por una presión de fluido en entrada superior a la de salida, se obtiene lo que podríamos denominar una forma de funcionamiento desacoplada. Las secciones anterior 3A y posterior 3P del tubo exterior 3 pueden entonces deslizarse una respecto a la otra bajo el efecto de la presión sobre la estructura 8. En este caso, incluso si el tren de varillas 2 no avanza más que a sacudidas, por ejemplo después de una adherencia temporal a las paredes del pozo y/o tras unas curvas entre segmentos verticales y horizontales del pozo, la sección anterior 3A puede avanzar por su parte de manera regular, en función únicamente de la acción de la corona 5 en la formación 4 en el curso del muestreo.
La estructura 8, la sección anterior 3A y la corona 5 pueden así desplazarse longitudinalmente en un sentido o en otro con relación al resto del tren de varillas 2, según que la velocidad del tren de varillas 2 sea inferior o superior a la de la corona 5 en la formación 4, y esto puede regularse desde la superficie actuando sobre el tren de varillas 2.
Si la estructura 8 es rechazada en mayor grado ahora dentro del tubo exterior 3, el tope anterior 46 que lleva la estructura 8 entra en contacto con la válvula 45 y puede hacer que ésta se separe del asiento de válvula 48. Por este hecho, el fluido que hasta entonces no podía pasar más que por el conducto 50 (figura 2) y la tobera 10 puede ya pasar también entre la válvula 45 y su asiento 48, y esto reduce considerablemente la pérdida de carga en el tomador de muestras 1, y por tanto la presión aplicada sobre la estructura 8 y por consiguiente la fuerza ejercida por la corona 5 sobre la formación 4. El tomador de muestras 1 de la invención queda así puesto prácticamente de modo automático fuera de servicio en caso de un esfuerzo exagerado que deba efectuarse, y ello en beneficio de sus constituyentes, por una acción directa en el lugar de los mismos en el fondo del pozo.
Si se aplica la variante según la figura 3, se puede obtener otro tipo de señalización de un proceso de funcionamiento del tomador de muestras 1 de la invención. En este caso, cuando se rechazan hacia la entrada la estructura del tubo interior 8, ya sea por un tomador de muestras que se bloquee dentro del tubo interior 9 (figura 7) y que continúe siendo recortado por la corona 5 o bien que sea porque la sección anterior 3A quede rechazada en la sección posterior 3P, se obtiene lo que sigue en el lugar donde se encuentran los medios cooperantes de estrangulación 34 (figura 3). A medida que la estructura 8 es rechazada dentro del tubo exterior 3, el resalto anular 35 previsto sobre la estructura 8 se aproxima al reborde anular 36 del tubo exterior 3 y por ello, queda estrangulado el paso del fluido. Esto provoca, en la entrada a los medios 34, un aumento de la presión del fluido, que los operadores pueden comprobar e interpretar. Ello puede acentuar además la fuerza resultante sobre por lo menos la estructura 8 y eventualmente sobre la sección anterior 3A y sobre la corona 5, pero se puede entonces limitar esta fuerza desde la superficie actuando directamente sobre el caudal de fluido o, de preferencia, sobre el avance del tren de varillas 2.
Cuando no son arrastradas en rotación la sección anterior 3A y la corona 5 por la sección posterior 3P sino por un motor 17 dispuesto en el tomador de muestras 1 de la invención como hemos descrito más arriba, se puede obtener otra forma de funcionamiento. En el curso de la toma de muestras, el motor 17 es alimentado por fluido procedente del tren de varillas 2, que recorre sucesivamente (figura 1 ó 3) el espacio anular 56, los canales 72 y 73, el conducto 76, los conductos 77 (figura 2), el conducto 11 y por ejemplo la tobera 10 dispuesta en la entrada 42 del motor 17. El fluido abandona entonces el motor 17 por su salida 43 (figura 6) y es conducido por diversos conductos 51 hasta la corona 5. Se puede comprobar que se utiliza ventajosamente el tope interno del motor 17 (entre el estator 20 y el rotor 21) para transmitir a la sección anterior 3A las fuerzas de empuje de la presión del fluido sobre la estructura 8 y en el motor 17, puesto que estas fuerzas son transmitidas precisamente por el estator 20 y el rotor 21. Los topes internos de los motores conocidos pueden en efecto soportar las fuerzas necesarias a tal efecto.
Se apreciará que, aunque el tren de varillas 2 no deba hacer girar la corona 5, puede ser puesto en rotación a una velocidad reducida para por ejemplo evitar que el tren 2 se pegue a la pared del pozo.
Si, por cualquier motivo conocido por el experto, la corona 5 y/o la sección anterior 3A oponen un par resistente excesivo al motor 17, ello hará aumentar la presión en su entrada. El disco tarado 54 puede entonces perforarse cuando la presión alcance un valor límite de seguridad para el motor 17, desviándose el fluido de la entrada 42 del motor 17 hacia el conducto 51 y la salida en el lugar de la corona 5, deteniéndose el motor 17.
Si por otra parte, la sección anterior 3A es rechazada por cualquier causa en la sección de tubo exterior 3P hasta el punto de que la válvula 45 (figura 3) abandone el asiento de válvula 48, el fluido que llega de los conductos 77 puede escapar entre la válvula 45 y el asiento 48 hacia el conducto 51. El motor 17 queda así prácticamente descargado de toda presión de fluido puesto que ésta es en tal momento sensiblemente igual en los lados de la entrada 42 y de la salida 43 del motor 17, de modo que por lo menos el motor 17 y la corona 5 dejarán de estar sometidos a pares que podrían perjudicarles.
Si la estructura de tubo interior 8 es rechazada hacia la entrada en el tubo exterior 3, tanto si es por efecto de una muestra que quede apresada o por efecto de la sección anterior 3A de tubo exterior que presione contra el tope de apoyo 14, pueden entrar en acción los medios de estrangulación 34 (figura 3) y, estrangulando el paso del fluido, provocar un sensible aumento de la presión por delante de estos medios 34. Este aumento de presión provoca el aviso arriba indicado y el operador puede nuevamente regular el consecuencia el caudal de fluido y/o el avance del tren de varillas 2.
Como hemos visto, pueden preverse tres diferentes protecciones del motor 17 y de la corona 5, simultánea o separadamente o también según cualquier combinación de dos de entre ellas.
Si se desea subir la estructura de tubo interior 8, se toma el mismo en la forma usual mediante el dispositivo de enganche 67 (figura 1 ó 3) y se tira del mismo en dirección a la superficie. Esto provoca un deslizamiento de la barra de conexión 68 hasta que una cara 70A de la cavidad 70 queda en apoyo contra la espiga de detención 71 fijada a la estructura 8. Durante dicho deslizamiento, la barra de conexión 68 tira consigo del manguito 62, por intermedio de unas clavijas 79 (figura 2), y el mismo va a separar del tubo exterior 3 el sistema de unión 55, hasta abatirlo contra la estructura 8, por ejemplo a la posición representada en 55R. Así pues, el fluido presente dentro del tubo exterior 3 deja de ser prácticamente un obstáculo para el ascenso de la estructura del tubo interior 8. Además, el fluido puede escapar todavía a tal efecto, en caso eventual, por unos canales 80 (figura 1 ó 3), no descritos todavía, situados en este momento frente a los canales 72 por el deslizamiento de la barra de conexión 68 hacia la entrada, en la estructura 8.
Leyenda de las figuras
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 S \+ sentido de avance de la toma de muestras\cr  1 \+ tomador de
muestras\cr  2 \+ tren de varillas o vástagos\cr  3 \+ tubo
exterior\cr  3A \+ sección anterior de 3\cr  3P \+ sección posterior
de 3\cr  4 \+ formación\cr  5 \+ corona de toma de muestras\cr  8 \+
estructura del tubo interior\cr  9 \+ tubo interior propiamente
dicho\cr  10 \+ tobera cambiable\cr  11 \+ conducto\cr  12A \+ tope
de detención anterior sobre 3A\cr  12P \+ tope de detención anterior
sobre 3P\cr  13A \+ tope de detención posterior sobre 3A\cr  13P \+
tope de detención posterior sobre 3P\cr  14 \+ tope de apoyo\cr  15
\+ medios/conjunto de tope a bolas\cr  17 \+ motor\cr  18 \+
medios/anillos de rotación/deslizamiento\cr  19 \+ parte posterior
de 9\cr  20 \+ estator\cr  21 \+ rotor\cr  26 \+ conjunto de
trinquete y de ranura\cr  27 \+ trinquete\cr  28 \+ ranura\cr  29 \+
cara longitudinal en pendiente de 28\cr  31 \+ conjunto de trinquete
y de ranura\cr  32 \+ trinquete\cr  33 \+ ranura\cr  34 \+ medios
cooperantes de estrangulación\cr  35 \+ resalto anular de 9\cr  36
\+ reborde anular interno de 3\cr  39 \+ sistema de conductos de
fluido\cr  40 \+ superficie externa de 17\cr  41 \+ conducto de
derivación\cr  42 \+ entrada de 17\cr  43 \+ salida de 17\cr  45 \+
válvula\cr  46 \+ (posición de) tope anterior sobre 9\cr  47 \+
(posición de) tope posterior sobre 9\cr  48 \+ asiento de válvula\cr
 49 \+ detención de 9\cr  50 \+ conducto de alimentación\cr  51 \+
conducto de salida\cr  54 \+ válvula de obturación/disco tarado\cr 
55 \+ sistema de junta, posición activa\cr  55R \+ sistema de junta,
posición abatida\cr  56 \+ espacio anular\cr  57 \+ junta\cr  57a \+
borde externo de 57\cr  57b \+ pétalos de 57\cr  57c \+ intervalos
de 57\cr  58 \+ junta\cr  58a \+ borde externo de 58\cr  58b \+
pétalos de 58\cr  58c \+ intervalos de 58\cr  62 \+ manguito\cr  63
\+ sonda\cr  64 \+ segmento de 63\cr  66 \+ lugar de unión de
segmentos de 3\cr  67 \+ dispositivo de enganche\cr  68 \+ barra de
unión\cr  69 \+ clavija de inmovilización\cr  70 \+ cavidad\cr  70A
\+ cara anterior de 70\cr  70P \+ cara posterior de 70\cr  71 \+
clavija de parada\cr  72 \+ canal\cr  73 \+ canal\cr  74 \+ junta\cr
 75 \+ espacio anular\cr  76 \+ conducto\cr  77 \+ conductos\cr  79
\+ espigas de unión entre 62 y 68\cr  80 \+
canal.\cr}

Claims (15)

1. Tomador de muestras, en particular para la prospección petrolera, que comprende:
-
un tren de varillas o vástagos (2),
-
un tubo exterior (3) fijado al extremo anterior del tren de varillas (2), considerando un sentido de avance (S) del tomador de muestras (1) en una formación (4),
-
una corona de toma de muestras (5) montada sobre una sección anterior (3A) del tubo exterior (3), y
-
una estructura de tubo interior (8) montada dentro del tubo exterior (3), para poder ser ascendida a la superficie a través del tren de varillas (2), y que comprende unos medios hidrodinámicos dispuestos para transformar una presión de fluido de toma de muestras que circula por el tren de varillas (2) en una fuerza de empuje de dicha estructura de tubo interior (8) hacia el extremo delantero del tomador de muestras (1),
caracterizado porque:
-
la sección anterior (3A) del tubo exterior (3) está montada en disposición de deslizamiento axial, limitado por unos topes de parada anteriores (12A, 12P) y posteriores (13A, 13P), en una sección posterior (3P) del mismo tubo exterior (3), sobresaliendo longitudinalmente,
-
la estructura de tubo interior (8) comprende un tope de apoyo (14) dispuesta para empujar selectivamente hacia delante la sección anterior (3A), del tubo exterior (3),
-
hay unos medios (15) dispuestos entre el tubo interior (9) propiamente dicho y la citada sección anterior (3A) de tubo exterior para que esta última pueda ser arrastrada en rotación sobre su eje longitudinal independientemente de dicho tubo interior (9), pudiendo mantenerse éste fijo en rotación con respecto a la formación (4) en curso de la toma de muestras.
2. Tomador de muestras según la reivindicación 1, caracterizado porque:
-
comprende un motor (17) para la puesta en rotación de la sección anterior (3A) de tubo exterior y de la corona (5),
-
se han dispuesto unos medios (18) entre dicha sección anterior (3A) y la sección posterior (3P) del tubo exterior (3) para que una de ellas pueda ser arrastrada en rotación sobre su eje longitudinal independientemente de la otra,
-
el motor (17) queda montado en una parte posterior (19) de la estructura de tubo interior (8),
-
el estator (20) del motor (17) está fijo en rotación con relación a la sección posterior (3P) del tubo exterior (3), en curso de toma de muestras, y
-
el rotor (21) del motor (17) está fijado en rotación a la sección anterior (3A) del tubo exterior, en curso de toma de muestras.
3. Tomador de muestras según la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo interior (9) propiamente dicho está sustentado por el rotor (21) del motor (17) por intermedio de un conjunto de tope por bolas (15).
4. Tomador de muestras según una u otra de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque el estator (20) se mantiene fijo en rotación con respecto a la sección posterior (3P) del tubo exterior (3) por cuando menos un conjunto (26) de trinquete (27) y de ranura (28) correspondiente, quedando el trinquete (27) ventajosamente dispuesto para ajustar en la ranura (28) o liberarse de ella automáticamente cuando la estructura de tubo interior (8) queda en posición de toma de muestras dentro del tubo exterior (3) o queda retirado, respectivamente.
5. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el rotor (21) se mantiene fijo en rotación con respecto a la sección anterior (3A) del tubo exterior (3) por cuando menos un conjunto (31) de trinquete (32) y de ranura correspondiente, estando el trinquete (32) ventajosamente dispuesto para coincidir con la ranura (33) o liberarse de ella automáticamente cuando se ha situado la estructura de tubo interior (8) en posición de toma de muestras dentro del tubo exterior (3) o se ha retirado, respectivamente.
6. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se han previsto sobre la estructura de tubo interior (8) y en el tubo exterior (3) unos medios (34) cooperantes de estrangulación del paso del fluido de muestreo, estando dispuestos estos medios de estrangulación (34) para ser inactivos en el curso de la toma de muestras normal y para estrangular dicho paso en el caso de que sea rechazada la estructura de tubo interior dentro del tubo exterior (3) en sentido inverso al sentido de avance (S) de la toma de muestras.
7. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque el motor (17) es de un tipo accionado por el fluido de toma de muestras.
8. Tomador de muestras según la reivindicación 7, caracterizado porque el motor (17) participa en los medios hidrodinámicos citados, por lo menos para la parte de dicho fluido que acciona.
9. Tomador de muestras según una u otra reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque:
-
comprende un conducto de derivación (41) de fluido de toma de muestras, empalmado entre una entrada (42) y una salida (43) del motor (17) para este fluido,
-
la estructura de tubo interior (8) comprende en el conducto de derivación (41) una válvula (45) montada para poder deslizarse longitudinalmente entre dos posiciones de tope, una anterior (46) y una posterior (47) y
-
la sección posterior (3P) del tubo exterior (3) comprende en el conducto de derivación (41) un asiento de válvula (48) fijado a dicha sección posterior (3P), más allá de la válvula (45), y dispuesto para cooperar con la misma
*
para cerrar el conducto de derivación (41) cuando la válvula (45), en la posición de tope posterior (47) se aplica contra dicho asiento (48) por la estructura de tubo interior (8) y cuando la válvula (45), entre las posiciones de tope anterior (46) y posterior (47), se aplica contra dicho asiento (48) por la presión del fluido de entrada en el conducto de derivación (41),
y
*
para abrir el conducto de derivación (41) cuando la válvula (45), en la posición de tope anterior (46), se separa de dicho asiento (48) por el efecto de la estructura del tubo interior (8) rechazada hacia la entrada en la sección posterior (3P) del tubo exterior (3).
10. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque comprende entre un conducto de alimentación (50) del motor (17) y un conducto de salida (51) del fluido de muestreo una válvula de obturación (54) dispuesta para abrirse en caso de presión excesiva a la entrada (42) del motor (17), siendo esta válvula (54) ventajosamente un disco tarado (54) que se perfora al producirse la sobrepresión.
11. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque comprende, para ayudar a la estructura de tubo interior (8) a descender por dentro del tubo exterior (3), un sistema de junta (55) montado sobre la estructura de tubo interior (8), a fin de cerrar sensiblemente por completo el espacio anular (56) entre esta estructura (8) y el tubo exterior (3) y recibir así, al modo de un émbolo, la presión del fluido de perforación.
12. Tomador de muestras según la reivindicación 11, caracterizado porque el sistema de junta (55) comprende por lo menos dos juntas circulares planas (57, 58) cuyo borde externo (57a, 58a) está recortado en una especie de pétalos (57b, 58b), quedando dispuestas las dos juntas (57, 58) la una sobre la otra, de manera que un pétalo (57b, 58b) de una junta cubra un intervalo (58c, 57c) entre dos pétalos de la otra
junta.
13. Tomador de muestras según una u otra de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado porque la estructura de tubo interior (8) comprende un manguito (62) dispuesto más allá del sistema de junta (55), para quedar sin acción sobre éste en el curso del descenso de la estructura de tubo interior (8) dentro del tubo exterior (3) y en curso de la operación de toma de muestras, pero para deslizarse previamente hacia la entrada sobre la estructura de tubo interior (8) al retirarse éste del tubo exterior (3) y separar entonces el sistema de junta (55) del tubo exterior (3).
14. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque está dispuesto para funcionar en dos formas, en las cuales las secciones anterior (3A) y posterior (3P) pueden deslizarse la una dentro de la otra y en las cuales la válvula (45) queda aplicada contra el asiento de válvula (48):
-
una modalidad de acoplamiento en la cual además la estructura de tubo interior (8) se aplica a tope contra la sección posterior (3P) , en el sentido de avance de la toma de muestras (S), por la presión de fluido y en la cual la sección anterior (3A) puede quedar a tope contra la estructura de tubo interior (8) en el sentido opuesto al sentido de avance (S), y
-
una modalidad en desacoplamiento, en la cual, además, la sección anterior (3A) rechaza, en sentido inverso al sentido de avance (S) citado, a la estructura de tubo interior (8) separándola de la posición a tope contra la sección posterior (3P).
15. Tomador de muestras según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque comprende dentro del tubo interior (9) propiamente dicho una sonda (63) dispuesta de manera que un segmento (64) de la misma, equipado con medios de medición, sobresale de este tubo interior (9) en el curso del descenso de la estructura de tubo interior (8) dentro del tubo exterior (3) y en posición de toma de muestras del tubo interior (9) propiamente dicho con relación al tubo exterior (3), quedando éste separado de un fondo de pozo de muestreo, y de manera que la sonda (63) pueda ser rechazada al interior del tubo interior (9) propiamente dicho, en el curso de una toma de muestras por el fondo del pozo y/o por el extremo superior del tomador de muestras.
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