ES2232209T3 - Herramienta para fondo de pozo con miembros extensibles. - Google Patents
Herramienta para fondo de pozo con miembros extensibles.Info
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Abstract
Una herramienta (10) de corte para fondo de pozo para fijarla entre unas secciones primera y segunda de una cadena de perforación, cuya herramienta comprende: un mandril (16) para acoplar a una primera sección de cadena de perforación; un cuerpo (18) desplazable axialmente fijado en el mandril (16) y para acoplar a una segunda sección de cadena de perforación, por lo que la aplicación de peso a la cadena induce un movimiento axial del cuerpo (18) con respecto al mandril (16); unos medios (88) que responden a la presión de un fluido para mover el cuerpo (18) axialmente con respecto al mandril (16) tras la aplicación de una fuerza de presión de un fluido entre el cuerpo (18) y el mandril (16); y una cuchilla (30) extensible radialmente en dirección lineal fijada en el cuerpo (18) y que está asociada operativamente con el mandril (16), de tal manera que el movimiento axial relativo del mandril (16) y del cuerpo (18) induce el movimiento radial de la cuchilla (30), induciéndose la extensión radial lineal de la cuchilla (30) por la aplicación de peso a la cadena, e induciéndose la retirada de la cuchilla (30) por la aplicación de una tensión axial a la herramienta.
Description
Herramienta para fondo de pozo con miembros
extensibles.
Este invento se refiere a una herramienta para
fondo de pozo, y en particular a una herramienta que tiene unos
miembros extensibles radialmente, tal como una
sub-escariadora o un estabilizador expandible.
En las operaciones de perforación, tales como la
perforación de pozos para acceder a depósitos subterráneos de
hidrocarburos, los pozos perforados se revisten con tubo de acero,
conocido como entubado, que se cementa en posición mediante el
bombeo de cemento en el interior de un anillo entre el entubado y la
pared del pozo. Una vez que está en su posición un tramo de
entubado, esto impone limitaciones sobre el diámetro de cualesquiera
secciones subsiguientes del pozo, puesto que las brocas y cualquier
entubado adicional para el revestimiento del pozo deben ser capaces
de atravesar el entubado ya existente. Evidentemente, las
reducciones en el diámetro del pozo son indeseables ya que, por
ejemplo, esto limita el caudal de producción de hidrocarburos a
través del pozo.
Es una operación conocida subescariar por debajo
de una sección de entubado para aumentar el diámetro del pozo más
allá del diámetro interior del entubado con el fin de, por ejemplo,
crear un pozo de diámetro suficiente que permita un entubado de
diámetro exterior sólo ligeramente menor que el diámetro interior
del entubado existente para ser cementado en el pozo subescariado.
Esto se consigue con una herramienta de subescariar que se
caracteriza por unas cuchillas radialmente extensibles que
inicialmente se retiran para permitir que la herramienta se haga
correr en el interior del pozo en una cadena de perforación, y que
luego se extienden una vez que la herramienta ha rebasado el extremo
del entubado, a fin de que puedan comenzar la perforación y el
subescariado.
En la actualidad se usan subescariadoras de
formas diversas, aunque una serie de herramientas actuales han
planteado algunos problemas significativos. Por ejemplo, en algunos
casos las cuchillas de la subescariadora se han atascado en la
configuración extendida, de tal manera que la subescariadora no se
ha podido retirar a través del entubado actual. Por supuesto, esto
impide que la cadena de perforación sobre la que está montada la
subescariadora se extraiga del pozo; la rectificación de esta
situación implica unos inconvenientes y unos gastos
considerables.
El documento US 5014180 A describe un aparato de
fresar con una cuchilla que se extiende radialmente bajo la acción
del movimiento axial de un mandril.
Entre los objetivos de las realizaciones de
aspectos del presente invento se encuentra obviar o mitigar este
problema.
De acuerdo con el presente invento se provee una
herramienta de corte para fondo de pozo para fijarla entre las
secciones primera y segunda de una cadena de perforación, cuya
herramienta comprende:
un mandril para acoplar a una primera sección de
la cadena de perforación;
un cuerpo que se puede mover en dirección axial
fijado en el mandril y para acoplar a una segunda sección de la
cadena de perforación, por lo que la aplicación de peso a la cadena
induce el movimiento axial del cuerpo con respecto al mandril;
medios que responden a la presión de un fluido
para mover el cuerpo en dirección axial con respecto al mandril tras
la aplicación de una fuerza de presión de un fluido entre el cuerpo
y el mandril; y
una cuchilla extensible radialmente en dirección
lineal fijada en el cuerpo y asociada operativamente con el
mandril, de tal manera que el movimiento axial inducido del mandril
y del cuerpo induce un movimiento radial de la cuchilla;
induciéndose una extensión lineal radial de la cuchilla por la
aplicación de peso a la cadena, e induciéndose la retirada de la
cuchilla por la aplicación axial de tensión a la herramienta.
Este invento permite que la cuchilla se extienda
por la acción de uno o de los dos pesos a la cadena y mediante la
aplicación de presión de fluido, por ejemplo por la aplicación de
una presión elevada al pozo de la herramienta. Así, usando una
subescariadora de acuerdo con el invento, es posible escariar en
circunstancias en las que una subescariadora que actuase únicamente
por un peso aplicado plantearía dificultades; cuando se perforan y
escarian formaciones blandas podría no ser posible aplicar
suficiente peso para accionar las cuchillas extensibles, y cuando se
"re-escarie" una sección del pozo no es posible
aplicar peso a la cadena para comprimir una sección intermedia de la
cadena.
La primera o la segunda sección de la cadena de
perforación puede tomar la forma de una broca, es decir, la
herramienta se puede fijar en el extremo de una cadena de
perforación, y la broca se podría fijar directamente a la
herramienta.
Más adelante se describen características
preferidas del invento.
Preferiblemente, se provee una pluralidad de
miembros, y con la máxima preferencia la herramienta está provista
de tres miembros que se retiran y expanden al unísono.
Preferiblemente también, el mandril y el cuerpo
definen un taladro pasante para permitir que pase a través del mismo
el fluido de perforación, y cuando el miembro es una cuchilla, un
conducto se puede extender desde el taladro pasante para permitir
que el fluido se dirija hacia la cuchilla. El conducto puede estar
provisto de una boquilla. Preferiblemente, el taladro pasante está
cerrado inicialmente, y se abre por el movimiento relativo del
mandril y del cuerpo que da lugar a la extensión de la cuchilla.
Esto impide la pérdida innecesaria de fluido de perforación cuando
no se acciona la herramienta, y la caída de presión que tiene lugar
cuando se abre el conducto proporciona una indicación en superficie
de que la cuchilla se ha extendido.
También preferiblemente, el mandril y el cuerpo
están acoplados a rotación, cuyo acoplamiento permite el movimiento
axial. Con la máxima preferencia, el acoplamiento está formado de
partes hexagonales cooperantes, pero alternativamente podría estar
definido por partes ranuradas.
Preferiblemente también, el mandril define una
superficie de leva para cooperar con una cara interior del miembro.
Como se ha hecho notar anteriormente, en ciertos aspectos preferidos
del invento las caras del miembro y del mandril se acoplan de forma
segura, de tal manera que el miembro se retira con seguridad y que
la orientación del miembro se mantiene constante cuando el miembro
se extiende y se retira.
Asimismo con carácter preferente, la parte del
mandril acoplada a la cadena de perforación y la parte del mandril
que define la superficie de leva son separables, y se acoplan
mediante roscas cooperantes. La parte del mandril acoplada a la
cadena se acopla a rotación al cuerpo. Al configurar las partes del
mandril, la rosca no se lleva a tope, de tal manera que se permite
un grado de rotación entre las partes de mandril. Esto impide que el
par de torsión se transmita desde la cadena, a través del mandril
hasta la superficie de leva y el miembro, lo que de no ser así
resultaría en una desalineación de la leva y el miembro o en una
desalineación entre la cuchilla y el cuerpo, y en el atascamiento
del miembro.
Preferiblemente también, el mandril y el cuerpo
están fijados inicialmente de forma liberable entre sí, por ejemplo
por medio de uno o más pasadores cizallables; esto permite la
manipulación de la cadena sin la activación de la herramienta. En
particular, cuando la herramienta es una subescariadora y se desea
perforar y escariar por debajo de un entubado existente, puede que
sea necesario perforar en primer lugar a través de una zapata de
entubado en el extremo inferior del entubado; la activación de una
cuchilla extensible durante dicha operación de perforación
resultaría en un daño al entubado actual. De acuerdo con ello, la
zapata de entubado se puede perforar y el pozo perforarse más allá
del extremo del entubado lo suficiente para acomodar la
subescariadora antes de que se aplique peso adicional a la cadena
para cizallar el pasador y activar la subescariadora.
Preferiblemente, uno o más miembros, tales como
cuchillas u hojas cortantes, se fijan al mandril mediante
ensambladuras en cola de milano o ranuras en T.
Tal como se usa en la presente memoria, el
término "cadena de perforación" está destinado a abarcar
cualquier forma apropiada de soporte para perforación, incluyendo la
tubería de perforación y los tubos de bobina. Típicamente, las
sub-escariadoras de acuerdo con el presente invento
se fijarán en el extremo inferior de una cadena de perforación con
la broca fijada directamente al extremo inferior de la
sub-escariadora.
A continuación se describen a título de ejemplo
los anteriores y otros aspectos del presente invento, con referencia
a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista en corte de una
subescariadora de acuerdo con una realización preferida del presente
invento, mostrada en una configuración inicial para desplazarse en
el interior o desde un pozo;
La Figura 2 corresponde a la Figura 1, pero
ilustra a la subescariadora en una configuración cortante;
La Figura 3 es una vista a escala ampliada de un
casquillo de leva de un mandril de la subescariadora de la Figura
1;
La Figura 4 es una vista desde abajo del
casquillo de leva de la Figura 3;
La Figura 5 es una vista a escala ampliada desde
un extremo de una cuchilla de la subescariadora de la Figura 1;
y
La Figura 6 es una vista desde debajo de la
cuchilla de la Figura 5.
Se hace referencia en primer lugar a la Figura 1
de los dibujos, que ilustra una herramienta para fondo de pozo en la
forma de una subescariadora 10 de acuerdo con una realización
preferida del presente invento. La subescariadora 10 está destinada
para fijarla en el extremo inferior de una cadena de perforación, y
por ello tiene una conexión 12 de pasador para acoplarla al extremo
inferior de la cadena de perforación, y una conexión 14 de caja
para acoplar a una broca.
La subescariadora 10 comprende un mandril 16 para
acoplarla al extremo inferior de la cadena de perforación, cuyo
mandril 16 se extiende en el interior de un cuerpo tubular 18 para
acoplarse a la broca. El mandril 16 y el cuerpo 18 definen
colectivamente un taladro central pasante 20 para permitir el paso
del lodo de perforación a la broca. El mandril 16 y el cuerpo 18
están acoplados a rotación por medio de una parte macho hexagonal 22
del mandril que engrana con una parte hembra hexagonal 24 del
cuerpo. El mandril 16 y el cuerpo 18 pueden tener también un
movimiento relativo en la dirección axial; sin embargo, inicialmente
un pasador cizallable 26 impide dicho movimiento relativo axial.
El mandril 16 está escalonado hacia abajo en
corte transversal a medida que se extiende a través del cuerpo 18, y
proporciona una fijación para un casquillo 28 de leva que está
roscado al mandril 16 y coopera con tres miembros extensibles en la
forma de cuchillas 30 fijadas en respectivos orificios 32 del
cuerpo. El casquillo 28 de leva se ha ilustrado con más detalle en
las Figuras 3 y 4 de los dibujos, y se observará que cada una de
las tres partes de superficie 34, 35 y 36 de leva tiene un perfil
respectivo de cola de milano 38, 39, 40. Cada cuchilla 30, una de
las cuales se muestra con más detalle en las Figuras 5 y 6 de los
dibujos, define una ranura correspondiente 42 de cola de milano,
para acoplarse con seguridad al respectivo perfil de cola de
milano.
Como se muestra con máxima claridad en la Figura
4, el extremo inferior del casquillo de leva es en general
triangular en corte transversal, mientras que la sección superior
del casquillo 28 de leva es cilíndrica, y define unas acanaladuras
anulares 44, 45 para acoplarse al pasador cizallable 26 y para
alojar un obturador 47, respectivamente.
El extremo inferior del mandril 16 es de la forma
de un tubo alargado, en acoplamiento deslizante hermético con el
cuerpo 18, cuyo tubo define una serie de orificios 46 que
inicialmente están cerrados por un tope 48 de leva fijado al cuerpo
18.
El cuerpo 18 comprende un
sub-cuerpo superior 50 que define la parte hembra
hexagonal 24 y que, en la configuración inicial de subescariadora
ilustrada en la Figura 1, define un volumen 52 para acomodar el
movimiento axial del mandril 16 en el interior del cuerpo 18.
Inicialmente, el volumen 52 está lleno de grasa, inyectada a través
de un orificio 54. El sub-cuerpo superior 50
incluye un pasador roscado 56 que se acopla con una caja
correspondiente 58 definida por el extremo superior de una parte
principal 60 del cuerpo 18. La parte 60 de cuerpo define los
orificios 32 de cuchilla, cuyos orificios 32 son rectangulares y
están igualmente espaciados a intervalos de 120º alrededor del
cuerpo.
Como se puede ver en las Figuras 5 y 6 de los
dibujos, cada cuchilla 30, para su emplazamiento en un orificio
respectivo 32, define una ranura periférica para alojar una junta
tórica 64 (Figura 1) que sirve para acoplar herméticamente la pared
del orificio. Además, el filo de ataque inferior de cada cuchilla
lleva unas piezas insertadas endurecidas 66, si se desea. El filo de
ataque superior 68 de la cuchilla puede definir también una cara
cortante, para facilitar el escariado posterior.
Una sub-pieza inferior 70 que
define un pasador roscado 72 se acopla con una caja correspondiente
74 en el extremo inferior del cuerpo principal 60, estando sujeto el
tope 48 de leva entre la sub-pieza inferior 70 y el
cuerpo principal 60 y retenida contra la rotación por un pasador 76
que se extiende a través del extremo inferior del cuerpo 60. El tope
48 de leva define una cámara anular 78 alrededor del extremo
inferior del mandril 16, y unos conductos 80 se extienden desde la
cámara 78 hacia arriba a través del tope 48 de leva y cuerpo
principal 60, para salir por debajo de la cuchilla 30, estando
provisto cada conducto 80 de una boquilla insertada 82.
En uso, la subescariadora 10 está fijada en el
extremo inferior de una cadena de perforación, con la broca acoplada
al extremo inferior del cuerpo 18. La
sub-escariadora 10 y la broca se desplazan a través
de un tramo de entubado actual, y la broca se puede utilizar para
perforar a través de la zapata de entubado. La perforación puede
continuar luego más allá del extremo del entubado, hasta que al
menos las cuchillas 30 estén situadas debajo del extremo del
entubado. Si se aplica suficiente peso adicional a la cadena en
este punto, el pasador 26 se cizalla, permitiendo que el mandril 16
se mueva hacia abajo en el interior del cuerpo 18, actuando el
casquillo 28 de leva para impulsar a las cuchillas radialmente hacia
fuera, hasta la configuración ilustrada en la Figura 2 de los
dibujos. Adicionalmente, un orificio 86 de presión se extiende entre
el taladro pasante 20 y un volumen 88 entre el mandril 16 y el
cuerpo 18, estando aislado el volumen 88 por los obturadores 90, 91,
92. La presión de fluido que actúa dentro del volumen 88 sirve para
crear una fuerza de presión, que es una función de la diferencia
entre la presión interna de la herramienta y la presión del anillo,
multiplicada por la diferencia entre el área A y el área B. Esta
fuerza tiende a levantar el cuerpo 18 sobre el mandril 16,
contribuyendo así también a la extensión de las cuchillas 30.
En el mandril 16 que se mueve en el interior del
cuerpo 18, los orificios 46 de mandril se mueven en comunicación con
la cámara 78 de tope de leva, permitiendo circular al lodo de
perforación, desde la subescariadora a través del taladro 20, a
través de las boquillas 82. Esto crea una caída de presión en la
presión interna de la herramienta, que es detectable en la
superficie y proporciona una indicación segura de que se han
extendido las cuchillas 30.
Al girar la cadena de perforación, la
subescariadora gira y, siguiendo a la broca, escaria el taladro
perforado hasta un diámetro correspondiente al diámetro exterior
descrito por las cuchillas extendidas 30.
Al configurar el mandril 16 con respecto al
casquillo 28 de leva durante el ensamblaje de la herramienta, la
rosca de unión no se lleva a tope. De acuerdo con ello, cuando se
aplica el par de torsión al mandril 16, el "juego libre" entre
el mandril 16 y el casquillo 28 de leva impide que se aplique ningún
par de torsión sustancial al casquillo 28 de leva, y que de ese modo
se transfiera a las cuchillas 30; en ausencia de dicha disposición,
es posible que las levas y las cuchillas se agarroten, o que las
cuchillas se agarroten en los orificios 32.
Si la broca está atravesando una formación
relativamente blanda, puede que sea difícil aplicar un peso
significativo a la broca. Sin embargo, como el mandril 16 y el
cuerpo 18 son móviles para extender las cuchillas bajo la influencia
tanto del peso como de la presión de fluido, las cuchillas
permanecerán extendidas en esta situación.
Cuando las operaciones de perforación y escariado
han terminado, y la broca se ha levantado y separado del fondo y se
han parado las bombas de extracción de lodo, el mandril 16 tenderá a
sufrir un esfuerzo de tracción que lo separe del cuerpo 18. Como el
casquillo 28 de leva se acopla con seguridad a la cuchillas 30, esto
resulta en que las cuchillas se retiran de un modo seguro, en lugar
de fiarse de fuerzas aplicadas externamente. Sin embargo, si las
cuchillas 30 no se retiran, por ejemplo el mandril y el cuerpo no
se separan axialmente bajo la influencia de la masa del cuerpo y de
la broca, y la subescariadora 10 se eleva con las cuchillas 30
extendidas, al encontrarse la subescariadora con una restricción del
pozo, tal como el fondo de una sección del entubado actual, las
cuchillas 30 se engancharán con el entubado y darán lugar a que se
aplique tensión entre el mandril y el cuerpo, cuya tensión causará
que el mandril se retire por tracción del cuerpo 18 y que las
cuchillas 30 se retiren.
La extensión y retirada de las cuchillas 30 se
controla con precisión mediante la presencia de los perfiles y
ranuras de cola de milano en el casquillo 28 de leva y cuchillas 30,
y existen muy pocas oportunidades, si es que hay alguna, de que las
cuchillas 30 se lleguen a amartillar y por tanto a que se atasquen
en los orificios respectivos 32 del cuerpo.
A partir de la descripción anterior, a los
expertos en la técnica les resultará evidente que la subescariadora
anteriormente descrita supera muchas de las desventajas de las
subescariadoras actuales.
Adicionalmente, a los expertos en la técnica les
resultará evidente que la realización anteriormente descrita es
simplemente un ejemplo del presente invento, y que se pueden
introducir en el mismo diversas modificaciones y perfeccionamientos,
sin apartarse del alcance del invento. Por ejemplo, uno o más
aspectos del presente invento se pueden emplear también útilmente en
otras herramientas de fondo de pozo, tales como los estabilizadores
expansibles.
Claims (17)
1. Una herramienta (10) de corte para fondo de
pozo para fijarla entre unas secciones primera y segunda de una
cadena de perforación, cuya herramienta comprende:
un mandril (16) para acoplar a una primera
sección de cadena de perforación;
un cuerpo (18) desplazable axialmente fijado en
el mandril (16) y para acoplar a una segunda sección de cadena de
perforación, por lo que la aplicación de peso a la cadena induce un
movimiento axial del cuerpo (18) con respecto al mandril (16);
unos medios (88) que responden a la presión de un
fluido para mover el cuerpo (18) axialmente con respecto al mandril
(16) tras la aplicación de una fuerza de presión de un fluido entre
el cuerpo (18) y el mandril (16); y
una cuchilla (30) extensible radialmente en
dirección lineal fijada en el cuerpo (18) y que está asociada
operativamente con el mandril (16), de tal manera que el movimiento
axial relativo del mandril (16) y del cuerpo (18) induce el
movimiento radial de la cuchilla (30), induciéndose la extensión
radial lineal de la cuchilla (30) por la aplicación de peso a la
cadena, e induciéndose la retirada de la cuchilla (30) por la
aplicación de una tensión axial a la herramienta.
2. La herramienta de reivindicación 1, en la
que el mandril (16) incluye medios para tirar de la cuchilla (30)
hacia dentro con el fin de permitir la retirada segura de la
cuchilla (30) desde una configuración extendida.
3. La herramienta de la reivindicación 2, en la
que dichos medios comprenden una acanaladura (42) y un perfil (38,
39, 40) que coopera con ella.
4. La herramienta de la reivindicación 3, en la
que dichos medios comprenden una acanaladura socavada (42) y el
perfil correspondiente (38, 39, 40).
5. La herramienta de la reivindicación 4, en la
que dicha acanaladura (42) tiene una configuración de cola de
milano.
6. La herramienta de las reivindicaciones
precedentes, en la que el cuerpo (18) define un canal (32) y el
mandril (16) y la cuchilla (30) incluyen medios (38, 39, 40, 42)
para mantener una orientación deseada de la cuchilla (30) con
respecto al canal (32) de cuerpo.
7. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que el cuerpo (18) define una
abertura (32) para acomodar la cuchilla (30).
8. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que se ha provisto una
pluralidad de cuchillas (30).
9. La herramienta de la reivindicación 8, en la
que la herramienta está provista de tres cuchillas (30) que se
retiran y expanden al unísono.
10. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que el mandril (16) y el cuerpo
(18) definen un taladro pasante (20) para permitir el paso de fluido
a través del mismo.
11. La herramienta de la reivindicación 10, en la
que un conducto (80) se extiende desde el taladro pasante para
permitir que se dirija un fluido hacia la cuchilla (30).
12. La herramienta de la reivindicación 11, en la
que el conducto (80) está cerrado inicialmente y se abre por el
movimiento relativo del mandril (16) y cuerpo (18) resultando en la
extensión de la cuchilla (30).
13. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que el mandril (16) y el cuerpo
(18) están acoplados a rotación, cuyo acoplamiento permite el
movimiento axial entre los mismos.
14. La herramienta de la reivindicación 13, en la
que el acoplamiento está formado de partes hexagonales (22, 24) que
cooperan.
15. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que el mandril (16) define una
superficie (34, 35, 36) de leva para cooperar con una cara interior
de la cuchilla (30).
16. La herramienta de la reivindicación 15, en la
que la parte del mandril (16) acoplada a la cadena de perforación y
la parte del mandril (28) que define la superficie (34, 35, 36) de
leva son separables, y se acoplan mediante roscas cooperantes.
17. La herramienta de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que el mandril (16) y el cuerpo
(18) están fijados inicialmente de forma liberable uno con respecto
al otro para permitir la manipulación de la cadena sin la activación
de la herramienta.
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