ES2220423T3 - Tomador de muestras. - Google Patents
Tomador de muestras.Info
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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.
\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.
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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