ES2710550T3

ES2710550T3 - Barrenas de perforación con vías de agua axialmente estrechadas

Info

Publication number: ES2710550T3
Application number: ES10841452T
Authority: ES
Inventors: Cody Pearce; Michael Rupp; Christian Lambert
Original assignee: Longyear TM Inc
Current assignee: Longyear TM Inc
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CL2011003228A1; CN106884617A; EP2513405A1; EP2513405B1; US8459381B2; ZA201205225B; US9074429B2; CA2784465C; AU2010337217B2; US20100089660A1; PE20150992A1; BRPI1011892A2; CN102782243B; CN106884617B; US9903165B2; US20150300096A1; AU2010337217A1; US20130313026A1; PE20121057A1; TR201902237T4

Abstract

Barrena de perforación de extracción de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400), que comprende: un vástago (102, 202, 302, 402); una corona anular (104, 204, 304, 404) que incluye un eje longitudinal a su través, una cara de corte (109, 209, 309, 409), una superficie interna (107, 207, 307, 407), y una superficie externa (108, 208, 308, 408), definiendo la corona anular un espacio interior alrededor del eje longitudinal para recibir un testigo de sondeo, definiendo la corona anular una pluralidad de muescas (112, 212, 312, 412), extendiéndose cada muesca una primera distancia desde la cara de corte (109, 209, 309, 409) hacia el interior de la corona anular en relación con el eje longitudinal y radialmente desde la superficie interna (107, 207, 307, 407) hasta la superficie externa (108, 208, 308, 408), en la que cada muesca (112, 212, 312, 412) de la pluralidad de muescas está axialmente estrechada, en la que la dimensión longitudinal de cada muesca en la superficie externa es mayor que la dimensión longitudinal de la muesca en la superficie interna, en la que cada muesca de la pluralidad de muescas está radialmente estrechada mediante lo cual la anchura (114, 214, 314, 414) de cada muesca es mayor en la superficie externa (108, 208, 308, 408) que la anchura (116, 216, 316, 416) de la muesca en la superficie interna (107, 207, 307, 407), en la que la corona anular (104, 204, 304, 404) está formada de un material de matriz seleccionado, comprendiendo el material de matriz seleccionado una matriz y una pluralidad de medios de corte abrasivos dispersos por toda la matriz, en la que la matriz del material de matriz seleccionado está configurada para erosionarse a fin de exponer los medios de corte abrasivos dentro de la matriz.

Description

DESCRIPCION

Barrenas de perforacion con vfas de agua axialmente estrechadas.

Antecedentes de la invencion

1. Campo de la invencion

La presente invencion se refiere de manera general a herramientas de perforacion que pueden utilizarse para perforar formaciones geologicas y/o artificiales y a procedimientos de fabricacion y utilizacion de tales herramientas de perforacion.

2. Descripcion de la tecnica relevante

A menudo se utilizan barrenas de perforacion y otras herramientas de sondeo para perforar pozos en roca y otras formaciones para exploracion u otros fines, por ejemplo, el documento CA 2,509,854 divulga una barrena de perforacion en seco rotatoria para obtener testigos de sondeo de diametro extremadamente pequeno que presenta un vastago, una corona anular, una cara de corte y una pluralidad de muescas entre las superficies de corte. Un tipo de barrena de perforacion utilizada para tales operaciones es una barrena de perforacion impregnada. Las barrenas de perforacion impregnadas incluyen una parte de corte o corona que puede estar formada por una matriz que contiene un material particulado duro pulverizado, tal como carburo de wolframio. El material particulado duro puede sinterizarse y/o infiltrarse con un aglutinante, tal como una aleacion de cobre. Ademas, la parte de corte de las barrenas de perforacion impregnadas tambien puede impregnarse con unos medios de corte abrasivos, tales como diamantes sinteticos o naturales.

Durante las operaciones de perforacion, los medios de corte abrasivos se exponen de manera gradual a medida que el material de matriz de soporte se va desgastando. La exposicion continua de nuevos medios de corte abrasivos por el desgaste de la matriz de soporte que forma la parte de corte puede ayudar a proporcionar una superficie de corte afilada de manera continua. Las herramientas de perforacion impregnadas pueden continuar cortando de manera eficiente hasta que se consume la parte de corte de la herramienta. Una vez que se consume la parte de corte de la herramienta, la herramienta se vuelve roma y normalmente requiere reemplazo.

Las barrenas de perforacion impregnadas, y casi todos los demas tipos de herramientas de perforacion, habitualmente requieren la utilizacion de aire o fluido de perforacion durante las operaciones de perforacion. Normalmente, se bombea aire o fluido de perforacion desde la superficie a traves de la columna de perforacion y por la cara de barrena. El fluido de perforacion puede volver entonces a la superficie a traves de un hueco entre la columna de perforacion y la pared del pozo de sondeo. Alternativamente, el fluido de perforacion puede bombearse hacia abajo por el espacio anular formado entre la columna de perforacion y la formacion, por la cara de barrena y volver a traves de la columna de perforacion. El fluido de perforacion puede desempenar varias funciones importantes que incluyen el barrido de detritos hacia arriba y hacia fuera del pozo de sondeo, la limpieza de detritos de la cara de barrena de modo que los medios de corte abrasivos provocan un desgaste de barrena excesivo, la lubricacion y el enfriamiento de la cara de barrena durante la perforacion, y la reduccion de la friccion de la columna de perforacion rotatoria.

Para facilitar el direccionamiento de fluido de perforacion por la cara de barrena, las barrenas de perforacion incluyen a menudo conductos o vfas de agua cerca de la cara de corte que pasan a traves de la barrena de perforacion desde el diametro interior hasta el diametro exterior. Por tanto, las vfas de agua pueden facilitar tanto el enfriamiento de la cara de barrena como el barrido de detritos. Desafortunadamente, cuando se perfora en formaciones accidentadas y abrasivas, o a tasas de penetracion altas, los residuos pueden obstruir las vfas de agua, impidiendo de ese modo el flujo de fluido de perforacion. La disminucion de fluido de perforacion que se desplaza desde el interior hasta el exterior de la barrena de perforacion puede provocar una retirada insuficiente de detritos, un desgaste desigual de la barrena de perforacion, una generacion de grandes fuerzas de friccion, una quema de la barrena de perforacion, u otros problemas que pueden conducir finalmente a un fallo de la barrena de perforacion. Ademas, frecuentemente en condiciones de terreno accidentado y abrasivo, el material suelto no se alimenta con suavidad al interior de la columna de perforacion o portatestigos.

Las soluciones actuales empleadas para reducir la obstruccion de vfas de agua incluyen aumentar la profundidad de las vfas de agua, aumentar la anchura de las vfas de agua y hacer que los lados de las vfas de agua se estrechen radialmente de manera que la anchura de las vfas de agua aumenta a medida que se extienden desde el diametro interior hasta el diametro exterior de la barrena de perforacion. Aunque cada uno de estos procedimientos puede reducir la obstruccion y aumentar el barrido hasta cierto punto, tambien presentan, cada uno, diversos inconvenientes a un nivel u otro.

Por ejemplo, unas vfas de agua mas profundas pueden disminuir la resistencia de la barrena de perforacion, reducir la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua, y por tanto, las capacidades de barrido del fluido de perforacion, y aumentar los costes de fabricacion debido al mecanizado adicional implicado en cortar las vfas de agua en la broca virgen de la barrena de perforacion. Unas vfas de agua mas anchas pueden reducir la superficie de corte de la cara de barrena, y por tanto, reducir el rendimiento de perforacion de la barrena de perforacion y reducir la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua. De manera similar, unas vfas de agua radialmente estrechadas pueden reducir la superficie de corte de la cara de barrena y reducir la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua.

Se apreciara que muchas de las soluciones actuales pueden retirar un mayor porcentaje de material del diametro interior de la barrena de perforacion que del diametro exterior de la barrena de perforacion al crear vfas de agua. El volumen de cuerpo de barrena reducido en el diametro interior puede dar como resultado un desgaste prematuro de la barrena de perforacion en el diametro interior. Tal desgaste prematuro puede provocar un fallo de la barrena de perforacion y aumentar los costes de perforacion al requerir un reemplazo mas frecuente de la barrena de perforacion.

Por consiguiente, hay varias desventajas en vfas de agua convencionales que pueden abordarse.

Breve sumario de la invencion

Implementaciones de la presente invencion superan uno o mas problemas en la tecnica con herramientas, sistemas y procedimientos de perforacion que pueden proporcionar un flujo mejorado de fluido de perforacion alrededor de la cara de corte de una herramienta de perforacion. Por ejemplo, una o mas implementaciones de la presente invencion incluyen herramientas de perforacion que presentan vfas de agua que pueden aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua, y de ese modo, proporcionar un barrido mejorado de detritos. En particular, una o mas implementaciones de la presente invencion incluyen herramientas de perforacion que presentan vfas de agua axialmente estrechadas.

Por ejemplo, una implementacion de una barrena de perforacion de extraccion de testigos de sondeo puede incluir un vastago y una corona anular. La corona anular puede incluir un eje longitudinal, una cara de corte, una superficie interna y una superficie externa. La corona anular puede definir un espacio interior alrededor del eje longitudinal para recibir un testigo de sondeo. La barrena de perforacion puede incluir ademas por lo menos una via de agua que se extiende desde la superficie interna hasta la superficie externa de la corona anular. La por lo menos una via de agua puede estrecharse axialmente con lo cual la dimension longitudinal de la por lo menos una via de agua en la superficie externa de la corona anular es mayor que la dimension longitudinal de la por lo menos una via de agua en la superficie interna de la corona anular.

Ademas, una implementacion de una herramienta de perforacion puede incluir un vastago y una parte de corte fijada al vastago. La parte de corte puede incluir una cara de corte, una superficie interna y una superficie externa. La herramienta de perforacion puede incluir tambien una o mas vfas de agua definidas por una primera superficie lateral que se extiende desde la superficie interna hasta la superficie externa de la parte de corte, una segunda superficie lateral opuesta que se extiende desde la superficie interna hasta la superficie externa de la parte de corte, y una superficie superior que se extiende entre la primera superficie lateral y la segunda superficie lateral y desde la superficie interna hasta la superficie externa de la parte de corte. La superficie superior puede estrecharse desde la superficie interna hasta la superficie externa de la parte de corte en un sentido generalmente desde la cara de corte hacia el vastago.

Ademas, una implementacion de una barrena de perforacion de sondeo de tierra puede incluir un vastago y una corona fijada al vastago y que se extiende alejandose de este. La corona puede incluir una cara de corte, una superficie interna y una superficie externa. La barrena de perforacion puede incluir ademas una pluralidad de muescas que se extienden hasta el interior de la cara de corte una primera distancia en la superficie interna y que se extienden hasta el interior de la cara de corte una segunda distancia en la superficie externa. La segunda distancia puede ser mayor que dicha primera distancia, y la pluralidad de muescas pueden extenderse desde la superficie interna hasta la superficie externa de la corona.

Una implementacion de un procedimiento de formacion de una barrena de perforacion que presenta vfas de agua axialmente estrechadas puede implicar formar una corona anular compuesta por un material particulado duro y una pluralidad de medios de corte abrasivos. El procedimiento puede implicar tambien colocar una pluralidad de tapones dentro de la corona anular. La dimension longitudinal de cada tapon de la pluralidad de tapones puede aumentar a lo largo de la longitud del mismo desde un primer extremo hasta un segundo extremo opuesto. El procedimiento puede implicar ademas infiltrar la corona anular con un material aglutinante configurado para unirse al material particulado duro y la pluralidad de medios de corte abrasivos. Ademas, el procedimiento puede implicar retirar la pluralidad de tapones de la corona anular infiltrada para exponer una pluralidad de vfas de agua axialmente estrechada.

Ademas de lo anterior, un sistema de perforacion puede incluir un aparato de perforacion, una columna de perforacion adaptada para fijarse al aparato de perforacion y hacerse rotar mediante el mismo, y una barrena de perforacion adaptada para fijarse a la columna de perforacion. La barrena de perforacion puede incluir un vastago y una corona anular. La corona anular puede incluir un eje longitudinal, una cara de corte, una superficie interna y una superficie externa. La corona anular puede definir un espacio interior alrededor del eje longitudinal para recibir un testigo de sondeo. La corona anular puede incluir tambien por lo menos una via de agua que se extiende desde la superficie interna hasta la superficie externa. La por lo menos una via de agua puede estrecharse axialmente mediante lo cual la dimension longitudinal de la por lo menos una via de agua en la superficie externa de la corona anular es mayor que la dimension longitudinal de la por lo menos una via de agua en la superficie interna de la corona anular.

Se expondran caractensticas y ventajas adicionales de implementaciones a modo de ejemplo de la invencion en la siguiente descripcion, y en parte resultaran evidentes a partir de la descripcion, o pueden aprenderse mediante la puesta en practica de tales implementaciones a modo de ejemplo. Las caractensticas y ventajas de tales implementaciones pueden materializarse y obtenerse por medio de los instrumentos y combinaciones particularmente indicados en las reivindicaciones adjuntas. Estas y otras caractensticas resultaran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion y las reivindicaciones adjuntas, o pueden aprenderse mediante la puesta en practica de tales implementaciones a modo de ejemplo tal como se expone a continuacion en la presente memoria.

Breve descripcion de los dibujos

Con el fin de describir la manera en la que pueden obtenerse las ventajas y caractensticas de la invencion anteriormente mencionadas y otras, se ofrecera una descripcion mas particular de la invencion anteriormente descrita de manera resumida mediante referencia a formas de realizacion espedficas de la misma que se ilustran en los dibujos adjuntos. Debera observarse que las figuras no estan dibujadas a escala, y que elementos de estructura o funcion similar se representan generalmente mediante numeros de referencia similares con fines ilustrativos en todas las figuras. Entendiendo que estos dibujos representan solamente formas de realizacion tfpicas de la invencion y que, por tanto, no ha de considerarse que limiten su alcance, la invencion se describira y explicara con especificidad y detalle adicionales a traves de la utilizacion de los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta de perforacion que incluye vfas de agua axialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion;

la figura 2 ilustra una vista desde abajo de la herramienta de perforacion de la figura 1;

la figura 3 ilustra una vista en seccion transversal parcial de la herramienta de perforacion de la figura 2 tomada a lo largo de la lmea de seccion 3-3 de la figura 2;

la figura 4 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta de perforacion que incluye vfas de agua axialmente estrechadas y radialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion;

la figura 5 ilustra una vista desde abajo de la herramienta de perforacion de la figura 4;

la figura 6 ilustra una vista en seccion transversal parcial de la herramienta de perforacion de la figura 5 tomada a lo largo de la lmea de seccion 6-6 de la figura 5;

la figura 7 ilustra una vista desde abajo de una herramienta de perforacion que incluye vfas de agua axialmente estrechadas y radialmente estrechadas dobles segun otra implementacion de la presente invencion;

la figura 8 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta de perforacion que incluye muescas axialmente estrechadas y hendiduras encerradas axialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion;

la figura 9 ilustra una vista en seccion transversal de la herramienta de perforacion de la figura 8 tomada a lo largo de la lmea de seccion 9-9 de la figura 8;

la figura 10 ilustra una vista en seccion transversal parcial de la herramienta de perforacion de la figura 9 tomada a lo largo de la lmea de seccion 10-10 de la figura 9;

la figura 11 ilustra una vista esquematica de un sistema de perforacion que incluye una herramienta de perforacion que presenta vfas de agua axialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion;

la figura 12 ilustra una vista en perspectiva de un tapon para su utilizacion en la formacion de herramientas de perforacion que presentan vfas de agua axialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion;

la figura 13 ilustra una vista lateral del tapon de la figura 11; y

la figura 14 ilustra una vista superior del tapon de la figura 11.

Descripcion detallada de las formas de realizacion preferidas

Implementaciones de la presente invencion se refieren a herramientas, sistemas y procedimientos de perforacion que pueden proporcionar un flujo mejorado de fluido de perforacion alrededor de la cara de corte de una herramienta de perforacion. Por ejemplo, una o mas implementaciones de la presente invencion incluyen herramientas de perforacion que presentan vfas de agua que pueden aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua, y de ese modo, proporcionar un barrido mejorado de detritos. En particular, una o mas implementaciones de la presente invencion incluyen herramientas de perforacion que presentan vfas de agua axialmente estrechadas.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que unas vfas de agua axialmente estrechadas segun una o mas implementaciones de la presente invencion pueden garantizar que la abertura de la via de agua en la superficie interna de la herramienta de perforacion puede ser menor que la abertura de la via de agua en la superficie externa de la herramienta de perforacion. Por tanto, la via de agua puede actuar como boquilla aumentando la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua en la superficie interna de la herramienta de perforacion. La capacidad de las vfas de agua axialmente estrechadas de aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la entrada de via de agua puede proporcionar un barrido aumentado de detritos, y puede ayudar a impedir una obstruccion de las vfas de agua. Ademas, unas vfas de agua axialmente estrechadas pueden proporcionar un flujo mejorado de fluido de perforacion sin sacrificar significativamente el volumen de cuerpo de barrena en el diametro interior o reducir la superficie de corte de la cara de barrena. Por tanto, las vfas de agua axialmente estrechadas de una o mas implementaciones de la presente invencion pueden proporcionar un rendimiento de perforacion aumentado y una vida util de perforacion aumentada.

Ademas de, o alternativamente a, presentar vfas de agua axialmente estrechadas, en una o mas implementaciones de la presente invencion las herramientas de perforacion pueden incluir vfas de agua axial y radialmente estrechadas, o dicho de otro modo, vfas de agua doblemente estrechadas. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que unas vfas de agua doblemente estrechadas pueden ayudar a garantizar que las dimensiones de la via de agua aumentan en cada eje a medida que se extiende desde la superficie interna de la herramienta de perforacion hasta la superficie externa de la herramienta de perforacion. El aumento de tamano de una via de agua doblemente estrechada puede reducir la probabilidad de que se incrusten residuos dentro de la via de agua, y por tanto, aumentar el rendimiento de perforacion de la herramienta de perforacion.

Ademas, las vfas de agua doblemente estrechadas pueden permitir tambien una abertura de via de agua menor en el diametro interior, mientras que todavfa permiten una gran abertura de via de agua en el diametro exterior. Por tanto, una o mas implementaciones de la presente invencion pueden aumentar la cantidad de material de matriz en el diametro interior, y por tanto, ayudar a aumentar la vida util de la barrena de perforacion a la vez que proporcionan un barrido eficaz. La vida util aumentada de tales barrenas de perforacion puede reducir costes de perforacion reduciendo la necesidad de extraer una columna de perforacion del pozo de sondeo para reemplazar una barrena de perforacion desgastada prematuramente.

Las herramientas de perforacion descritas en la presente memoria pueden utilizarse para cortar piedra, formaciones minerales subterraneas, ceramica, asfalto, hormigon y otros materiales duros. Estas herramientas de perforacion pueden incluir, por ejemplo, barrenas de perforacion de extraccion de testigo de sondeo, barrenas de perforacion de tipo de arrastre, barrenas de perforacion conicas de rodillos, escariadores, estabilizadores, zapatas de varilla o tubena de revestimiento, y similares. Para facilidad de descripcion, las figuras y el texto correspondiente incluidos a continuacion en la presente memoria ilustran ejemplos de barrenas de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnadas, y procedimientos de formacion y utilizacion de tales barrenas de perforacion. Sin embargo, en vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que los sistemas, procedimientos y aparatos de la presente invencion pueden utilizarse con otras herramientas de perforacion, tales como las mencionadas anteriormente en la presente memoria.

Haciendo ahora referencia a las figuras, las figuras 1 y 2 ilustran una vista en perspectiva y una vista superior, respectivamente, de una herramienta de perforacion 100. Mas particularmente, las figuras 1 y 2 ilustran una barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada 100 con vfas de agua axialmente estrechadas segun una implementacion de la presente invencion. Tal como se muestra en la figura 1, la barrena de perforacion 100 puede incluir un vastago o broca virgen 102, que puede configurarse para conectar la barrena de perforacion 100 a un componente de una columna de perforacion. La barrena de perforacion 100 puede incluir tambien una parte de corte o corona 104.

Las figuras 1 y 2 ilustran tambien que la barrena de perforacion 100 puede definir un espacio interior alrededor de su eje central 106 para recibir un testigo de sondeo. Por tanto, tanto el vastago 102 como la corona 104 pueden presentar una forma generalmente anular definida por una superficie interna 107 y una superficie externa 108. Por consiguiente, fragmentos del material que esta perforandose pueden pasar a traves del espacio interior de la barrena de perforacion 100 y hacia arriba a traves de una columna de perforacion enganchada. La barrena de perforacion 100 puede ser de cualquier tamano, y por tanto, puede utilizarse para recoger testigos de sondeo de cualquier tamano. Aunque la barrena de perforacion 100 puede presentar cualquier diametro y puede utilizarse para retirar y recoger testigo de sondeo con cualquier diametro deseado, el diametro de la barrena de perforacion 100 puede oscilar en algunas implementaciones entre aproximadamente 1 pulgada y aproximadamente 12 pulgadas. Ademas, aunque el corte de la barrena de perforacion 100 (es decir, el radio de la superficie externa menos el radio de la superficie interna) puede ser de cualquier anchura, segun algunas implementaciones el corte puede oscilar entre aproximadamente 1/4 de pulgada y aproximadamente 6 pulgadas.

La corona 104 puede configurarse para cortar o perforar los materiales deseados durante el procedimiento de perforacion. En particular, la corona 104 de la barrena de perforacion 100 puede incluir una cara de corte 109. La cara de corte 109 puede configurarse para perforar o cortar material a medida que la barrena de perforacion 100 se hace rotar y avanzar hasta el interior de una formacion. Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, en una o mas implementaciones, la cara de corte 109 puede incluir una pluralidad de ranuras 110 que se extienden de manera generalmente axial hasta el interior de la cara de corte 109. Las ranuras 110 pueden ayudar a permitir una puesta en marcha rapida de una nueva barrena de perforacion 100. En implementaciones alternativas, la cara de corte 109 puede no incluir ranuras 110 o puede incluir otras caractensticas para facilitar el procedimiento de perforacion.

La cara de corte 109 puede incluir tambien vfas de agua que pueden permitir que fluido de perforacion u otros lubricantes fluyan por la cara de corte 109 para ayudar a proporcionar enfriamiento durante la perforacion. Por ejemplo, la figura 1 ilustra que la corona 104 puede incluir una pluralidad de muescas 112 que se extienden desde la cara de corte 109 en una direccion generalmente axial hasta el interior de la corona 104 de la barrena de perforacion 100. Ademas, las muescas 112 pueden extenderse desde la superficie interna 107 de la corona 104 hasta la superficie externa 108 de la corona 104. Como las vfas de agua, las muescas 112 pueden permitir que fluya fluido de perforacion desde la superficie interna 107 de la corona 104 hasta la superficie externa 108 de la corona 104. Por tanto, las muescas 112 pueden permitir que el fluido de perforacion realice un barrido de detritos y residuos desde la superficie interna 107 hasta la superficie externa 108 de la barrena de perforacion 100, y tambien proporcionar enfriamiento a la cara de corte 109.

La corona 104 puede presentar cualquier numero de muescas que proporcione la cantidad deseada de flujo de fluido/residuos y permita tambien que la corona 104 mantenga la integridad estructural necesaria. Por ejemplo, las figuras 1 y 2 ilustran que la barrena de perforacion 100 incluye nueve muescas 112. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que la presente invencion no esta limitada en este sentido. En implementaciones adicionales, la barrena de perforacion 100 puede incluir tan solo una muesca o hasta 20 o mas muescas, dependiendo de la configuracion deseada y la formacion que va a perforarse. Ademas, las muescas 112 pueden estar espaciadas de manera uniforme o no uniforme alrededor de la circunferencia de la corona 104. Por ejemplo, la figura 2 representa nueve muescas 112 espaciadas de manera uniforme entre sf alrededor de la circunferencia de la corona 104. Sin embargo, en implementaciones alternativas, las muescas 112 pueden estar escalonadas o espaciadas de manera no uniforme de otro modo.

Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, cada muesca 112 puede estar definida por lo menos por tres superficies 112a, 112b, 112c. En particular, cada muesca 112 puede estar definida por una primera superficie lateral 112a, una superficie lateral opuesta 112b y una superficie superior 112c. En algunas implementaciones de la presente invencion, cada una de las superficies laterales 112a, 112b puede extenderse desde la superficie interna 107 de la corona 104 hasta la superficie externa 108 de la corona 104 en una direccion generalmente normal con respecto a la superficie interna de la corona 104 tal como se ilustra en la figura 2. Por tanto, en algunas implementaciones de la presente invencion, la anchura 114 de cada muesca 112 en la superficie externa 108 de la corona 104 puede ser aproximadamente igual a la anchura 116 de cada muesca 112 en la superficie interna 107 de la corona 104. Dicho de otro modo, la distancia circunferencial 114 entre la primera superficie lateral 112a y la segunda superficie lateral 112b de cada muesca 112 en la superficie externa 108 puede ser aproximadamente igual a la distancia circunferencial 116 entre la primera superficie lateral 112a y la segunda superficie lateral 112b de cada muesca 112 en la superficie interna 107. En implementaciones alternativas de la presente invencion, tal como se explica en mayor detalle a continuacion, una o mas de las superficies laterales 112a, 112b puede incluir un estrechamiento radial y/o circunferencial.

Por tanto, las muescas 112 pueden presentar cualquier forma que les permita funcionar tal como esta previsto. En particular, la forma y configuracion de las muescas 112 pueden alterarse dependiendo de las caractensticas deseadas para la barrena de perforacion 100 o las caractensticas de la formacion que va a perforarse. Por ejemplo, la figura 2 ilustra que las muescas pueden presentar una forma rectangular cuando se observan desde la cara de corte 109. Sin embargo, en una implementacion alternativa, las muescas pueden presentar una forma cuadrada, triangular, circular, trapezoidal, poligonal, elfptica o cualquier combinacion de las mismas.

Ademas, las muescas 112 pueden presentar cualquier anchura o longitud que les permita funcionar tal como esta previsto. Por ejemplo, la figura 2 ilustra que las muescas 112 pueden presentar una longitud (es decir, una distancia desde la superficie interior 107 hasta la superficie exterior 108) que es mayor que su anchura (es dedr, la distancia entre las superficies laterales opuestas 112a y 112b). Sin embargo, en implementaciones alternativas de la presente invencion, las muescas 112 pueden presentar una anchura mayor que su longitud, o una anchura que es aproximadamente igual a su longitud.

Ademas, las muescas individuales 112 en la corona 104 pueden configurarse uniformemente con un tamano y una forma iguales, o alternativamente con tamanos y formas diferentes. Por ejemplo, las figuras 1 a 3 ilustran que todas las muescas 112 en la corona 104 presentan un tamano y una configuracion iguales. Sin embargo, en una implementacion adicional, las diversas muescas 112 de la corona 104 pueden incluir tamanos y configuraciones diferentes. Por ejemplo, en algunas implementaciones la barrena de perforacion 100 puede incluir dos tamanos diferentes de muescas 112 que se alternan alrededor de la circunferencia de la corona 104.

Tal como se menciono anteriormente, las vfas de agua (es decir, las muescas 112) pueden estrecharse axialmente. En particular, tal como se muestra en la figura 3, la superficie superior 112c de cada muesca 112 puede estrecharse desde la superficie interna 107 hasta la superficie externa 108 en un sentido generalmente desde la cara de corte 109 hacia el vastago 102. Dicho de otro modo, la altura o dimension longitudinal de cada muesca 112 puede aumentar a medida que la muesca 112 se extiende desde la superficie interna 107 hasta la superficie externa 108 de la corona 104. Por tanto, tal como se muestra en la figura 3, en algunas implementaciones la dimension longitudinal 124 de cada muesca 112 en la superficie externa 108 puede ser mayor que la dimension longitudinal 120 de cada muesca 112 en la superficie interna 107. Dicho de otro modo, cada muesca 112 puede extenderse hasta el interior de la cara de corte 109 una primera distancia 120 en la superficie interna 107 y extenderse hacia el interior de la cara de corte 109 una segunda distancia 124 en la superficie externa 120, en la que la segunda distancia 124 es mayor que la primera distancia 120.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el estrechamiento axial de las muescas 112 puede ayudar a garantizar que la abertura de cada muesca 112 en la superficie interna 107 es menor que la abertura de cada muesca 112 en la superficie externa 108 de la corona 104. Esta diferencia de tamanos de abertura puede aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la superficie interior 107 a medida que pasa a la superficie exterior 108 de la corona 104. Por tanto, tal como se explico anteriormente, el estrechamiento axial de las muescas 112 puede proporcionar un barrido de detritos y un enfriamiento de la cara de corte 109 mas eficientes. Ademas, el aumento de tamano de las muescas 112 puede ayudar tambien a garantizar que los residuos no atascan u obstruyen la muesca 112 a medida que el fluido de perforacion los fuerza desde la superficie interna 107 hasta la superficie externa 108.

Ademas, tal como se muestra en las figuras 2 y 3, el estrechamiento axial de las muescas 112 puede dotar a las muescas 112 de un aumento de tamano sin reducir el tamano de la cara de corte 109. Se apreciara que en una o mas implementaciones de la presente invencion, un area de superficie aumentada de la cara de corte 109 puede proporcionar una perforacion mas eficiente. Ademas, el estrechamiento axial de las muescas 112 puede proporcionar un barrido y un enfriamiento aumentados, a la vez que no disminuye el volumen de material de corona en la superficie interior 107. El volumen aumentado de material de corona en la superficie interior 107 puede ayudar a aumentar la vida util de perforacion de la barrena de perforacion 100.

Ademas de las muescas 112, la corona 104 puede incluir caractensticas adicionales que pueden facilitar adicionalmente el direccionamiento de fluido de perforacion u otros lubricantes a la cara de corte 109 o desde la superficie interior 107 hasta la superficie exterior 108 de la corona 104. Por ejemplo, las figuras 1 a 3 ilustran que la barrena de perforacion 110 puede incluir una pluralidad de acanaladuras122, 124 que se extienden radialmente hasta el interior de la corona 104. En particular, en algunas implementaciones de la presente invencion la barrena de perforacion 100 puede incluir una pluralidad de acanaladuras internas 122 que se extienden radialmente desde la superficie interna 107 hacia la superficie externa 108. La pluralidad de acanaladuras internas 122 puede ayudar a dirigir fluido de perforacion a lo largo de la superficie interna 107 de la barrena de perforacion 100 desde el vastago 102 hacia la cara de corte 109. Tal como se muestra en las figuras 1 a 3, en algunas implementaciones de la presente invencion las acanaladuras internas 122 pueden extenderse desde el vastago 102 axialmente a lo largo de la superficie interna 107 de la corona 104 hasta las muescas 112. Por tanto, las acanaladuras internas 122 pueden ayudar a dirigir fluido de perforacion a las muescas 112. En implementaciones alternativas, las acanaladuras internas 122 pueden extenderse desde el vastago 102 hasta la cara de corte 109, o incluso a lo largo del vastago 102.

Las figuras 1 a 3 ilustran ademas que, en algunas implementaciones, la barrena de perforacion 100 puede incluir una pluralidad de acanaladuras externas 124. Las acanaladuras externas 124 pueden extenderse radialmente desde la superficie externa 108 hacia la superficie interna 107 de la corona 104. La pluralidad de acanaladuras externas 124 puede ayudar a dirigir fluido de perforacion a lo largo de la superficie externa 108 de la barrena de perforacion 100 desde las muescas 112 hacia el vastago 102. Tal como se muestra en las figuras 1 a 3, en algunas implementaciones de la presente invencion las acanaladuras externas 124 pueden extenderse desde las muescas 112 axialmente a lo largo de la superficie externa 108 hasta el vastago 102. En implementaciones alternativas, las acanaladuras externas 124 pueden extenderse desde la cara de corte 109 hasta el vastago 102, o incluso a lo largo del vastago 102.

Tal como se menciono anteriormente, una o mas implementaciones de la presente invencion pueden incluir vfas de agua doblemente estrechadas. Por ejemplo, las figuras 4 a 6 ilustran diversas vistas de una herramienta de perforacion 200 que incluye vfas de agua doblemente estrechadas. En particular, la figura 4 ilustra una vista en perspectiva, la figura 5 ilustra una vista desde abajo y la figura 6 ilustra una vista en seccion transversal parcial de una barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 200 que presenta muescas doblemente estrechadas. De manera similar a la barrena de perforacion 100, la barrena de perforacion 200 puede incluir un vastago 202 y una corona 204.

La corona 204 puede presentar una forma generalmente anular definida por una superficie interna 207 y una superficie externa 208. La corona 204 puede extenderse ademas desde el vastago 202 y terminar en una cara de corte 209. Tal como se muestra en la figura 4, en algunas implementaciones de la presente invencion, la cara de corte 209 puede extenderse desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 en una direccion generalmente normal con respecto al eje longitudinal 206 de la barrena de perforacion 200. En algunas implementaciones, la cara de corte 209 puede incluir una pluralidad de ranuras 2 l0. La corona 204 puede incluir ademas una pluralidad de vfas de agua doblemente estrechadas 212 tal como se explica en mayor detalle a continuacion.

Tal como se menciono anteriormente, la barrena de perforacion 200 puede incluir vfas de agua doblemente estrechadas Por ejemplo, la figura 5 ilustra que cada una de las muescas 212 puede incluir un estrechamiento radial ademas de un estrechamiento axial. Mas espedficamente, cada muesca 212 puede estar definida por lo menos por tres superficies 212a, 212b, 212c. En particular, cada muesca 212 puede estar definida por una primera superficie lateral 212a, una superficie lateral opuesta 212b y una superficie superior 212c. En algunas implementaciones de la presente invencion, la primera superficie lateral 212a puede extenderse desde la superficie interna 207 de la corona 204 hasta la superficie externa 208 de la corona 204 en una direccion generalmente normal con respecto a la superficie interna de la corona 204 tal como se ilustra en la figura 5.

Tal como se menciono anteriormente, las vfas de agua (es decir, las muescas 212) pueden estrecharse radialmente. En particular, tal como se muestra en la figura 5, la segunda superficie lateral 212b de cada muesca 212 puede estrecharse desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 en un sentido generalmente horario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 209. Tal como se utilizan en la presente memoria, los terminos “horario” y “antihorario” se refieren a sentidos en relacion con el eje longitudinal de una barrena de perforacion cuando se observa la cara de corte de la barrena de perforacion. Por tanto, la anchura de cada muesca 212 puede aumentar a medida que la muesca 212 se extiende desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 de la corona 204. Por tanto, tal como se muestra en la figura 5, en algunas implementaciones la anchura 214 de cada muesca 212 en la superficie externa 208 puede ser mayor que la anchura 216 de cada muesca 212 en la superficie interna 207. Dicho de otro modo, la distancia circunferencial 214 entre la primera superficie lateral 212a y la segunda superficie lateral 212b de cada muesca 212 en la superficie externa 208 puede ser mayor que la distancia circunferencial 216 entre la primera superficie lateral 212a y la segunda superficie lateral 212b de cada muesca 212 en la superficie interna 207.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el estrechamiento radial de las muescas 212 puede garantizar que la abertura de cada muesca 212 en la superficie interna 207 es menor que la abertura de cada muesca 212 en la superficie externa 208 de la corona 204. Esta diferencia de tamanos de abertura puede aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la superficie interior 207 a medida que pasa a la superficie exterior 208 de la corona 204. Por tanto, tal como se explico anteriormente, el estrechamiento radial de las muescas 212 puede proporcionar un barrido de detritos y un enfriamiento de la cara de corte 209 mas eficientes. Ademas, la anchura creciente de las muescas 212 puede ayudar tambien a garantizar que los residuos no atascan u obstruyen la muesca 212 a medida que el fluido de perforacion los fuerza desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208.

Las figuras 4 a 6 ilustran que el estrechamiento radial de las muescas 212 puede estar formado por una segunda superficie lateral estrechada 212b. Se apreciara que alternativamente la primera superficie lateral 212a puede incluir un estrechamiento. Por ejemplo, la primera superficie lateral 212a puede estrecharse desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 en un sentido generalmente antihorario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 209. Ademas, en algunas implementaciones la primera superficie lateral 212a y la segunda superficie lateral 212b pueden incluir ambas un estrechamiento que se extiende desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 en un sentido generalmente horario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 209. En tales implementaciones, el estrechamiento radial de la segunda superficie lateral 212b puede presentar un estrechamiento mas grande que la primera superficie lateral 212a de tal manera que la anchura de la muesca 212 aumenta a medida que la muesca 212 se extiende desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208.

Tal como se menciono anteriormente, las vfas de agua (es decir, las muescas 212) pueden estrecharse axialmente ademas de estrecharse radialmente. En particular, tal como se muestra en la figura 6, la superficie superior 212c de cada muesca 212 puede estrecharse desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 en un sentido generalmente desde la cara de corte 209 hacia el vastago 202. Dicho de otro modo, la dimension longitudinal de cada muesca 212 puede aumentar a medida que la muesca 212 se extiende desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208 de la corona 204. Por tanto, tal como se muestra en la figura 6, en algunas implementaciones la dimension longitudinal 224 de cada muesca 212 en la superficie externa 208 puede ser mayor que la dimension longitudinal 220 de cada muesca 212 en la superficie interna 207. Dicho de otro modo, cada muesca 212 puede extenderse hacia el interior de la cara de corte 209 una primera distancia 220 en la superficie interna 207 y extenderse hacia el interior de la cara de corte 209 una segunda distancia 224 en la superficie externa 208, en la que la segunda distancia 224 es mayor que la primera distancia 220.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el estrechamiento axial de las muescas 212 puede ayudar a garantizar que la abertura de cada muesca 212 en la superficie interna 207 es menor que la abertura de cada muesca 212 en la superficie externa 208 de la corona 204. Esta diferencia de tamanos de abertura puede aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la superficie interior 207 a medida que pasa a la superficie exterior 208 de la corona 204. Por tanto, tal como se explico anteriormente, el estrechamiento axial de las muescas 212 puede proporcionar un barrido de detritos y un enfriamiento de la cara de corte 209 mas eficientes. Ademas, el aumento de tamano de las muescas 212 puede ayudar tambien a garantizar que los residuos no atascan u obstruyen la muesca 212 a medida que el fluido de perforacion los fuerza desde la superficie interna 207 hasta la superficie externa 208.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que las muescas doblemente estrechadas 212 pueden garantizar que la dimension de las muescas 212 aumenta en cada eje (es decir, tanto radial como axialmente) a medida que se extienden desde la superficie interna 207 de la barrena de perforacion 200 hasta la superficie externa 208. El aumento de tamano de las muescas doblemente estrechadas 212 puede reducir la probabilidad de que se incrusten residuos dentro de las muescas 212, y por tanto, aumentar el rendimiento de perforacion de la barrena de perforacion 200. Ademas, tal como se comento anteriormente el aumento de tamano de las muescas doblemente estrechadas 212 puede ayudar a maximizar el volumen de material de matriz en la superficie interna 107, y de ese modo puede aumentar la vida util de la barrena de perforacion 200 reduciendo un desgaste prematuro de barrena de perforacion en la superficie interna 207.

Ademas de las vfas de agua, la corona 204 puede incluir una pluralidad de acanaladuras para dirigir fluido de perforacion, de manera similar a las acanaladuras descritas anteriormente en la presente memoria en relacion con la barrena de perforacion 100. Por ejemplo, en algunas implementaciones de la presente invencion la barrena de perforacion 200 puede incluir una pluralidad de acanaladuras internas 222 que pueden extenderse radialmente desde la superficie interna 207 hacia la superficie externa 208. La pluralidad de acanaladuras internas 222 puede ayudar a dirigir fluido de perforacion a lo largo de la superficie interna 207 de la barrena de perforacion 200 desde el vastago 202 hacia la cara de corte 209. Tal como se muestra en las figuras 4 a 6, en algunas implementaciones de la presente invencion las acanaladuras internas 222 pueden extenderse desde el vastago 202 axialmente a lo largo de la superficie interna 207 hasta las muescas 212. Por tanto, las acanaladuras internas 222 pueden ayudar a dirigir fluido de perforacion a las muescas 212.

Ademas, la corona 204 puede incluir unas acanaladuras internas completas 222a. Tal como se muestra en la figura 4, las acanaladuras internas completas 222a pueden extenderse desde el vastago 202 hasta la cara de corte 209 sin intersecarse con una muesca 212. De forma similar, la barrena de perforacion 200 puede incluir unas acanaladuras externas 224 y acanaladuras externas completas 224a. Las acanaladuras externas 224 pueden extenderse desde el vastago 202 hasta una muesca 212, mientras que las acanaladuras externas completas 224a pueden extenderse desde el vastago 202 hasta la cara de corte 209 sin intersecarse con una muesca 212. En implementaciones alternativas, las acanaladuras internas completas 222a y/o las acanaladuras externas completas 224a pueden extenderse desde el vastago 202 hasta la cara de corte 209 y discurrir tambien a lo largo de la una superficie lateral 212a, 212b de una muesca 212.

Tal como se menciono anteriormente, en una o mas implementaciones de la presente invencion las vfas de agua de las herramientas de perforacion pueden incluir un estrechamiento radial. Por ejemplo, las figuras 4 a 6 ilustran muescas 212 que presentan una segunda superficie lateral 212b que incluye un estrechamiento radial. Alternativamente, ambas superficies laterales pueden incluir un estrechamiento radial. Por ejemplo, la figura 7 ilustra una vista desde abajo de una barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 300 que incluye muescas que presentan una seccion doblemente estrechada 312 en la que ambas superficies laterales 312a, 312b incluyen un estrechamiento radial.

De manera similar a las otras barrenas de perforacion descritas anteriormente en la presente memoria, la barrena de perforacion 300 puede incluir un vastago 302 y una corona 304. La corona 304 puede presentar una forma generalmente anular definida por una superficie interna 307 y una superficie externa 308. La corona 304 puede definir por tanto un espacio alrededor de un eje central 306 para recibir un testigo de sondeo. La corona 304 puede extenderse ademas desde el vastago 302 y terminar en una cara de corte 309. La cara de corte 309 puede incluir una pluralidad de ranuras 310 que se extienden en la misma. Ademas, la barrena de perforacion 300 puede incluir unas acanaladuras internas 322 y acanaladuras externas 324 para dirigir fluido de perforacion alrededor de la barrena de perforacion 300.

Ademas, tal como se muestra en la figura 7, la segunda superficie lateral 312b de cada muesca 312 puede estrecharse desde la superficie interna 307 hasta la superficie externa 308 de la corona 304 en un sentido generalmente horario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 309. Ademas, la primera superficie lateral 312a de cada muesca 312 puede estrecharse desde la superficie interna 307 hasta la superficie externa 308 de la corona 304 en un sentido generalmente antihorario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 309. Por tanto, la anchura de cada muesca 312 puede aumentar a medida que la muesca 312 se extiende desde la superficie interna 307 hasta la superficie externa 308 de la corona 304.

Por tanto, tal como se muestra en la figura 7, en algunas implementaciones la anchura 314 de cada muesca 312 en la superficie externa 308 puede ser mayor que la anchura 316 de cada muesca 312 en la superficie interna 307. Dicho de otro modo, la distancia circunferencial 314 entre la primera superficie lateral 312a y la segunda superficie lateral 312b de cada muesca 312 en la superficie externa 308 puede ser mayor que la distancia circunferencial 316 entre la primera superficie lateral 312a y la segunda superficie lateral 312b de cada muesca 312 en la superficie interna 307.

Cada una de las vfas de agua axialmente estrechadas descritas anteriormente en la presente memoria han sido muescas que se extienden hasta el interior de una cara de corte de una corona. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que la presente invencion puede incluir diversas vfas de agua distintas o adicionales que presentan un estrechamiento axial. Por ejemplo, las herramientas de perforacion de una o mas implementaciones de la presente invencion pueden incluir una o mas hendiduras de fluido encerradas que presentan un estrechamiento axial, tales como las hendiduras de fluido encerradas descritas en la solicitud de patente estadounidense n.° 11/610,680, presentada el 14 de diciembre de 2006, titulada “Core Drill Bit with Extended Crown Longitudinal dimension” (“Barrena de perforacion de testigo con dimension longitudinal de corona extendida”).

Por ejemplo, las figuras 8 a 10 ilustran diversas vistas de una barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 400 que incluye tanto muescas axialmente estrechadas como hendiduras encerradas axialmente estrechadas. De manera similar a las otras barrenas de perforacion descritas anteriormente en la presente memoria, la barrena de perforacion 400 puede incluir un vastago 402 y una corona 404. La corona 404 puede presentar una forma generalmente anular definida por una superficie interna 407 y una superficie externa 408. La corona 404 puede extenderse ademas desde el vastago 402 y terminar en una cara de corte 409. En algunas implementaciones, la cara de corte 409 puede incluir una pluralidad de ranuras 410 que se extienden en la misma tal como se muestra en las figuras 8 a 10.

Tal como se muestra en la figura 8 la barrena de perforacion 400 puede incluir muescas doblemente estrechadas 412 de configuracion similar a las muescas doblemente estrechadas 212 descritas anteriormente en relacion con las figuras 4 a 6. Por tanto, las muescas 412 pueden presentar una superficie superior 412c que puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente desde la cara de corte 409 hacia el vastago 402. Ademas, una primera superficie lateral 412a de cada muesca 412 puede extenderse desde la superficie interna 407 de la corona 404 hasta la superficie externa 408 de la corona 404 en una direccion generalmente normal con respecto a la superficie interna de la corona 404. Ademas, una segunda superficie lateral 412b de cada muesca 412 puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente horario alrededor de la circunferencia de la cara de corte 409.

Ademas de las muescas doblemente estrechadas 412, la barrena de perforacion puede incluir una pluralidad de hendiduras 430 encerradas. Las hendiduras 430 encerradas pueden incluir un estrechamiento axial y/o radial tal como se explica en mayor detalle a continuacion. Se apreciara que a medida que la corona 404 se erosiona a traves de la perforacion, las muescas 412 pueden irse desgastando. A medida que avanza la erosion, las hendiduras 430 encerradas pueden quedar expuestas en la cara de corte 409 y, por tanto, convertirse entonces en muescas. Se apreciara que la configuracion de la barrena de perforacion 400 puede permitir, por tanto, que la dimension longitudinal de la corona 404 se extienda y se alargue sin reducir sustancialmente la integridad estructural de la barrena de perforacion 400. La dimension longitudinal extendida de la corona 404 puede permitir, a su vez, que la barrena de perforacion 400 dure mas tiempo y requiera introducirse y extraerse menos del pozo de sondeo para reemplazar la barrena de perforacion 400.

En particular, la figura 8 ilustra que la corona 404 puede incluir una pluralidad de hendiduras 430 encerradas que se extienden una distancia desde la cara de corte 409 hacia el vastago 402 de la barrena de perforacion 400. Ademas, las hendiduras 430 encerradas pueden extenderse desde la superficie interna 407 de la corona 404 hasta la superficie externa 408 de la corona 404. Como las vfas de agua, las hendiduras 430 encerradas pueden permitir que fluya fluido de perforacion desde la superficie interna 407 de la corona 404 hasta la superficie externa 408 de la corona 404. Por tanto, las hendiduras 430 encerradas pueden permitir que el fluido de perforacion realice un barrido de detritos y residuos desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 de la barrena de perforacion 400, y tambien proporcionar enfriamiento a la cara de corte 409.

La corona 404 puede presentar cualquier numero de hendiduras 430 encerradas que proporcione la cantidad deseada de flujo de fluido/residuos o dimension longitudinal de corona, a la vez que permita que la corona 404 mantenga la integridad estructural necesaria. Por ejemplo, las figuras 8 y 10 ilustran que la barrena de perforacion 400 puede incluir seis hendiduras 430 encerradas. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que la presente invencion no esta limitada en este sentido. En implementaciones adicionales, la barrena de perforacion 400 puede incluir tan solo una hendidura encerrada o hasta 20 o mas hendiduras encerradas, dependiendo de la configuracion deseada y la formacion que va a perforarse. Ademas, las hendiduras 430 encerradas pueden estar espaciadas de manera uniforme o de manera no uniforme alrededor de la circunferencia de la corona 404. Por ejemplo, las figuras 8 a 10 representan hendiduras 430 encerradas espaciadas de manera uniforme entre sf alrededor de la circunferencia de la corona 404. Sin embargo, en implementaciones alternativas, las hendiduras 430 encerradas pueden estar escalonadas o espaciadas de manera no uniforme de otro modo.

Tal como se muestra en la figura 8, cada hendidura 430 encerrada puede estar definida por cuatro superficies 430a, 430b, 430c, 430d. En particular, cada hendidura 430 encerrada puede estar definida por una primera superficie lateral 430a, una superficie lateral opuesta 430b, una superficie superior 430c y una superficie inferior opuesta 430d. En algunas implementaciones de la presente invencion, cada una de las superficies laterales 430a, 430b puede extenderse desde la superficie interna 407 de la corona 404 hasta la superficie externa 408 de la corona 404 en una direccion generalmente normal con respecto a la superficie interna de la corona 404. En implementaciones alternativas de la presente invencion, tal como se explica en mayor detalle a continuacion, una o mas de las superficies laterales 430a, 430b pueden incluir un estrechamiento circunferencial y/o radial.

Por tanto, las hendiduras 430 encerradas pueden presentar cualquier forma que les permita funcionar tal como esta previsto, y la forma puede alterarse dependiendo de las caractensticas deseadas para la barrena de perforacion 400 o las caractensticas de la formacion que va a perforarse. Por ejemplo, la figura 9 ilustra que las hendiduras encerradas pueden presentar una forma trapezoidal. Sin embargo, en una implementacion alternativa, las hendiduras 430 encerradas pueden presentar formas cuadradas, triangulares, circulares, rectangulares, poligonales o elfpticas, o cualquier combinacion de las mismas.

Ademas, las hendiduras 430 encerradas pueden presentar cualquier anchura o longitud que les permita funcionar tal como esta previsto. Por ejemplo, la figura 9 ilustra que las hendiduras 430 encerradas presentan una longitud (es decir, la distancia desde la superficie interior 407 hasta la superficie exterior 408) que es mayor que su anchura (es decir, la distancia entre las superficies laterales opuestas 430a y 430b). Ademas, las hendiduras 430 encerradas individuales en la corona 404 pueden configurarse uniformemente con un tamano y una forma iguales, o alternativamente con tamanos y formas diferentes. Por ejemplo, las figuras 8 a 10 ilustran que todas las hendiduras 430 encerradas en la corona 404 pueden presentar un tamano y una configuracion iguales. Sin embargo, en una implementacion adicional, las diversas hendiduras 430 encerradas de la corona 404 pueden incluir tamanos y configuraciones diferentes.

Ademas, la corona 404 puede incluir diversas filas de vfas de agua. Por ejemplo, la figura 8 ilustra que la corona 404 puede incluir una fila de muescas 412 que se extienden una primera distancia 432 desde la cara de corte 409 hasta el interior de la corona 404. Ademas, la figura 8 ilustra que la corona 404 puede incluir una primera fila de hendiduras 430 encerradas que comienza en la corona 404 a una segunda distancia 434 desde la cara de corte 409, y una segunda fila de hendiduras 430 encerradas que comienza en la corona 404 a una tercera distancia 436 desde la cara de corte 409. En implementaciones alternativas de la presente invencion, la corona 404 puede incluir una unica fila de hendiduras 430 encerradas o multiples filas de hendiduras 430 encerradas escalonadas axialmente unas con respecto a otras.

En algunos casos, una parte de las muescas 412 puede superponerse axialmente sobre la primera fila de hendiduras 430 encerradas. Dicho de otro modo, la primera distancia 432 puede ser mayor que la segunda distancia 434. De manera similar, una parte de las hendiduras 430 encerradas en la primera fila puede superponerse axialmente sobre las hendiduras encerradas en la segunda fila. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que la superposicion axial de las vfas de agua 412, 430 puede ayudar a garantizar que antes de que las muescas 412 se hayan erosionado por completo durante la perforacion, la primera fila de hendiduras 430 encerradas se abrira para convertirse en muescas 412, permitiendo que la barrena de perforacion 400 continue cortando de manera eficiente a medida que se erosiona la barrena de perforacion 400.

Ademas, tal como ilustra la figura 8, las hendiduras 430 encerradas en la primera fila pueden estar desviadas circunferencialmente con respecto a las muescas 412. De manera similar, las hendiduras 430 encerradas en la segunda fila pueden estar desviadas circunferencialmente con respecto a las hendiduras 430 encerradas en la primera fila y las muescas 412. En implementaciones alternativas, una o mas de las hendiduras 430 encerradas en las filas primera y segunda pueden estar alineadas circunferencialmente entre sf o con las muescas 412.

Tal como se menciono anteriormente, en una o mas implementaciones las hendiduras 430 encerradas pueden incluir un estrechamiento doble. Por ejemplo, la figura 9 ilustra que cada una de las hendiduras 430 encerradas puede incluir un estrechamiento radial. En algunas implementaciones de la presente invencion, la primera superficie lateral 430a puede extenderse desde la superficie interna 407 de la corona 404 hasta la superficie externa 408 de la corona 404 en una direccion generalmente normal con respecto a la superficie interna 407 de la corona 404 tal como se ilustra en la figura 9.

Ademas, la segunda superficie lateral 430b de cada hendidura 430 encerrada puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente horario alrededor de la circunferencia de la corona 404. Dicho de otro modo, la anchura de cada hendidura 430 encerrada puede aumentar a medida que la hendidura 430 encerrada se extiende desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 de la corona 404. Por tanto, tal como se muestra en la figura 9, en algunas implementaciones la anchura 414 de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 puede ser mayor que la anchura 416 de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407. Dicho de otro modo, la distancia circunferencial 414 entre la primera superficie lateral 430a y la segunda superficie lateral 430b de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 puede ser mayor que la distancia circunferencial 416 entre la primera superficie lateral 430a y la segunda superficie lateral 430b de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el estrechamiento radial de las hendiduras 430 encerradas puede garantizar que la abertura de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407 es menor que la abertura de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 de la corona 404. Esta diferencia de tamanos de abertura puede aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la superficie interior 407 a medida que pasa a la superficie exterior 408 de la corona 404. Por tanto, tal como se explico anteriormente, la seccion radialmente estrechada de las hendiduras 430 encerradas puede proporcionar un barrido de detritos y un enfriamiento de la barrena de perforacion 400 mas eficientes. Ademas, el aumento de anchura de las hendiduras 430 encerradas puede ayudar tambien a garantizar que los residuos no atascan u obstruyen la hendidura 430 encerrada a medida que el fluido de perforacion los fuerza desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408.

Las figuras 8 a 10 ilustran tambien que el estrechamiento radial de las hendiduras 430 encerradas puede estar formado por una segunda superficie lateral estrechada 430b. Se apreciara que alternativamente, o ademas, la primera superficie lateral 430a puede incluir un estrechamiento. Por ejemplo, la primera superficie lateral 430a puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente antihorario alrededor de la circunferencia de la corona 404.

Tal como se menciono anteriormente, las vfas de agua (es decir, las hendiduras 430 encerradas) pueden estrecharse axialmente ademas de estrecharse radialmente. En particular, tal como se muestra en la figura 10, la superficie superior 430c de cada hendidura 430 encerrada puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente desde la cara de corte 409 hacia el vastago 402. Dicho de otro modo, la dimension longitudinal de cada hendidura 430 encerrada puede aumentar a medida que la hendidura 430 encerrada se extiende desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 de la corona 404. Por tanto, tal como se muestra en la figura 10, en algunas implementaciones la dimension longitudinal 444 de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 puede ser mayor que la dimension longitudinal 442 de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407. O dicho de otro modo, la superficie superior 430c de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 puede estar mas lejos de la cara de corte 409 que la superficie superior 430c de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407.

Alternativamente, o ademas, la superficie inferior 430d de cada hendidura 430 encerrada puede estrecharse desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 en un sentido generalmente desde el vastago 402 hacia la cara de corte 409. Dicho de otro modo, la dimension longitudinal de cada hendidura 430 encerrada puede aumentar a medida que la hendidura 430 encerrada se extiende desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408 de la corona 404. O dicho de otro modo, la superficie inferior 430d de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 puede estar mas cerca de la cara de corte 409 que la superficie inferior 430d de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407. Por tanto, en algunas implementaciones las hendiduras 430 encerradas pueden incluir un estrechamiento axial doble en el que tanto la superficie superior 430c como la superficie inferior 430d incluyen un estrechamiento.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el estrechamiento axial de las hendiduras 430 encerradas puede garantizar que la abertura de cada hendidura 430 encerrada en la superficie interna 407 es menor que la abertura de cada hendidura 430 encerrada en la superficie externa 408 de la corona 404. Esta diferencia de tamanos de abertura puede aumentar la velocidad del fluido de perforacion en la superficie interior 407 a medida que pasa a la superficie exterior 408 de la corona. Por tanto, tal como se explico anteriormente, el estrechamiento axial de las hendiduras 430 encerradas puede proporcionar un barrido de detritos y un enfriamiento de la barrena de perforacion 404 mas eficientes. Ademas, el tamano creciente de las hendiduras 430 encerradas puede ayudar tambien a garantizar que los residuos no atascan u obstruyen las hendiduras 430 encerradas a medida que el fluido de perforacion los fuerza desde la superficie interna 407 hasta la superficie externa 408.

En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que las hendiduras 430 encerradas doblemente estrechadas pueden garantizar que la dimension de las hendiduras 430 encerradas aumenta en cada eje a medida que se extienden desde la superficie interna 407 de la barrena de perforacion 400 hasta la superficie externa 408. El tamano creciente de las hendiduras 430 encerradas doblemente estrechadas puede reducir la probabilidad de que se incrusten residuos dentro de las hendiduras 430 encerradas, y por tanto, aumentar el rendimiento de perforacion de la barrena de perforacion 400. Ademas, las hendiduras 430 encerradas doblemente estrechadas pueden proporcionar un barrido eficiente a la vez que reducen tambien la retirada de material en la superficie interna 407 de la barrena de perforacion 400. Por tanto, las hendiduras 430 encerradas doblemente estrechadas pueden ayudar a aumentar la vida util de perforacion de la barrena de perforacion ayudando a reducir el desgaste prematuro de la barrena de perforacion 400 cerca de la superficie interna 407.

Las figuras 8 a 10 ilustran adicionalmente que las esquinas de las vfas de agua 412, 430 pueden incluir una superficie redondeada o chaflan. La superficie redondeada de las esquinas de las vfas de agua 412, 430 puede ayudar a reducir la concentracion de esfuerzos, y por tanto puede ayudar a aumentar la resistencia de la barrena de perforacion 400.

Ademas de las vfas de agua, la corona 404 puede incluir una pluralidad de acanaladuras para dirigir fluido de perforacion, similares a las acanaladuras descritas anteriormente en la presente memoria en relacion con la barrena de perforacion 200. Por ejemplo, en algunas implementaciones de la presente invencion la barrena de perforacion 400 puede incluir una pluralidad de acanaladuras internas 422 que se extienden radialmente desde la superficie interna 407 hacia la superficie externa 408. La pluralidad de acanaladuras internas 422 puede ayudar a dirigir fluido de perforacion a lo largo de la superficie interna 407 de la barrena de perforacion 400 desde el vastago 402 hacia la cara de corte 409. Tal como se muestra en las figuras 8 a 10, en algunas implementaciones de la presente invencion las acanaladuras internas 422 pueden extenderse desde el vastago 402 axialmente a lo largo de la superficie interna 407 hasta las muescas 412. Por tanto, las acanaladuras internas 422 pueden ayudar a dirigir fluido de perforacion a las muescas 412.

Ademas, la corona 404 puede incluir unas acanaladuras internas completas 422b que se intersecan con una hendidura 430 encerrada. Tal como se muestra en la figura 10, las acanaladuras internas completas 422b pueden extenderse desde el vastago 402 hasta la cara de corte 409. En algunas implementaciones de la presente invencion, las acanaladuras internas completas 422b pueden intersecarse con una o mas hendiduras 430 encerradas tal como se ilustra en la figura 10. De manera similar, la barrena de perforacion 400 puede incluir unas acanaladuras externas 424 y acanaladuras externas completas 424a. Las acanaladuras externas 424 pueden extenderse desde el vastago 402 hasta una muesca 412, mientras que las acanaladuras externas completas 424a pueden extenderse desde el vastago 402 hasta la cara de corte 409 a la vez que se intersecan tambien con una hendidura 430 encerrada.

Ademas de las vfas de agua 412, 430 y las acanaladuras 422, 424, la barrena de perforacion 400 puede incluir ademas canales 440 de fluido encerrados. Los canales 440 de fluido encerrados pueden estar encerrados dentro de la barrena de perforacion 400 entre la superficie interna 407 y la superficie externa 408. Ademas, tal como se muestra en la figura 10, los canales 440 de fluido encerrados pueden extenderse desde el vastago 402 hasta una via de agua 412, 430, o hasta la cara de corte 409. Por tanto, los canales 440 de fluido encerrados pueden dirigir fluido de perforacion a la cara de corte 409 sin que deba fluir por la superficie interna 407 de la corona 404. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que cuando se perfora en formaciones arenosas, accidentadas o fragmentadas, los canales 440 de fluido encerrados pueden ayudar a garantizar que el fluido de perforacion no arrastra mediante barrido un testigo de sondeo fuera de la barrena de perforacion 400.

Algunas implementaciones de la presente invencion pueden incluir caractensticas adicionales o alternativas a los canales 440 de fluido encerrados que pueden ayudar a impedir que se arrastre mediante lavado un testigo de sondeo. Por ejemplo, en algunas implementaciones la barrena de perforacion 400 puede incluir una pared delgada a lo largo de la superficie interna 407 de la corona 404. La pared delgada puede cerrar las vfas de agua 412, 430 de manera que no se extiendan radialmente al interior de la corona 404. La pared delgada puede ayudar a reducir cualquier fluido que fluye al interior de la corona 404, y por tanto, ayudar a impedir que se arrastre mediante lavado un testigo de sondeo arenoso o fragmentado. Ademas, puede que la barrena de perforacion 400 no incluya las acanaladuras internas 422. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que en tales implementaciones, puede fluir fluido de perforacion al interior de los canales 440 de fluido encerrados, axialmente dentro de la corona 404 hasta una via de agua 412, 430, y luego fuera de la via de agua 412, 430 hasta la cara de corte 409 o la superficie externa 408.

Tal como se menciono anteriormente, los vastagos 102, 202, 302, 402 de las diversas herramientas de perforacion de la presente invencion pueden configurarse para fijar la barrena de perforacion a un componente de columna de perforacion. Por ejemplo, el vastago 102, 202, 302, 402 puede incluir una parte de conexion roscada segun el American Petroleum Institute (API) u otras caractensticas para facilitar el enganche a un componente de columna de perforacion. A modo de ejemplo y no de limitacion, la parte de vastago 102, 202, 302, 402 puede formarse a partir de acero, otra aleacion a base de hierro, o cualquier otro material que presente propiedades ffsicas aceptables.

En algunas implementaciones de la presente invencion, la corona 104, 204, 304, 404 de las herramientas de perforacion de la presente invencion puede estar compuesta por una o mas capas. Por ejemplo, segun algunas implementaciones de la presente invencion, la corona 104, 204, 304, 404 puede incluir dos capas. En particular, la corona 104, 204, 304, 404 puede incluir una capa de matriz, que realiza la operacion de perforacion, y una capa de soporte, que conecta la capa de matriz al vastago 102, 202, 302, 402. En estas implementaciones, la capa de matriz puede contener los medios de corte abrasivos que corroen y erosionan el material que esta perforandose.

En algunas implementaciones, la corona 104, 204, 304, 404 puede formarse a partir de una matriz de material particulado duro, tal como por ejemplo, un metal. En vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el material particulado duro puede incluir un material pulverizado, tal como por ejemplo, una aleacion o un metal pulverizado, asf como compuestos de ceramica. Segun algunas implementaciones de la presente invencion el material particulado duro puede incluir carburo de wolframio. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino “carburo de wolframio” significa cualquier composicion de material que contiene compuestos qmmicos de wolframio y carbono, tal como, por ejemplo, W c , W2C y combinaciones de WC y W2C. Por tanto, carburo de wolframio incluye, por ejemplo, carburo de wolframio fundido, carburo de wolframio sinterizado y wolframio macrocristalino. Segun implementaciones adicionales o alternativas de la presente invencion, el material particulado duro puede incluir carburo, wolframio, hierro, cobalto y/o molibdeno y carburos, boruros, aleaciones de los mismos, o cualquier otro material adecuado.

Tal como se menciono anteriormente, la corona 104, 204, 304, 404 puede incluir tambien una pluralidad de medios de corte abrasivos dispersos por todo el material particulado duro. Los medios de corte abrasivos pueden incluir uno o mas de diamantes naturales, diamantes sinteticos, diamante policristalino o productos de diamante termicamente estables, oxido de aluminio, carburo de silicio, nitruro de silicio, carburo de wolframio, nitruro de boro cubico, alumina, alumina sol-gel sembrada o sin sembrar u otros materiales adecuados.

Los medios de corte abrasivos utilizados en las herramientas de perforacion de una o mas implementaciones de la presente invencion pueden presentar cualquier caractenstica o combinacion de caractensticas deseada. Por ejemplo, los medios de corte abrasivos pueden ser de cualquier tamano, forma, grano, calidad, granulos, concentracion, etc. En algunas formas de realizacion, los medios de corte abrasivos pueden ser muy pequenos y sustancialmente redondos con el fin de dejar un acabado liso en el material que se esta cortando mediante la barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 100, 200, 300, 400. En otras formas de realizacion, los medios de corte pueden ser mas grandes para cortar de manera agresiva el material o la formacion que se esta perforando.

Los medios de corte abrasivos pueden estar dispersos de manera homogenea o de manera heterogenea por toda la corona 104, 204, 304, 404. Ademas, los medios de corte abrasivos pueden estar alineados de una manera particular de modo que las propiedades de perforacion de los medios se presentan en una posicion ventajosa con respecto a la corona 104, 204, 304, 404. De manera similar, los medios de corte abrasivos pueden estar contenidos en la corona 104, 204, 304, 404 en una variedad de densidades tal como se desee para una utilizacion particular. Por ejemplo, medios de corte abrasivos grandes espaciados con una mayor separacion pueden cortar material mas rapidamente que medios de corte abrasivos pequenos agrupados estrechamente entre s f Por tanto, en vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que el tamano, la densidad y la forma de los medios de corte abrasivos pueden proporcionarse en una variedad de combinaciones dependiendo del coste y el rendimiento deseados de la barrena de perforacion 100, 200, 300, 400.

Por ejemplo, la corona 104, 204, 304, 404 puede fabricarse segun cualquier especificacion deseada o dada cualquier caractenstica o caractensticas deseadas. De esta manera, la corona 104, 204, 304, 404 puede disenarse a medida para que presente caractensticas optimas para perforar materiales espedficos. Por ejemplo, puede realizarse una matriz dura resistente a la abrasion para perforar formaciones no consolidadas abrasivas blandas, mientras que puede realizarse una matriz blanda ductil para perforar una formacion consolidada no abrasiva extremadamente dura. De esta manera, la dureza de matriz puede hacerse coincidir con formaciones particulares, permitiendo que la capa de matriz se erosione a una tasa deseada controlada.

Se apreciara que las herramientas de perforacion con una parte de corte adaptada especialmente segun implementaciones de la presente invencion pueden utilizarse con casi cualquier tipo de sistema de perforacion para realizar diversas operaciones de perforacion. Por ejemplo, la figura 11, y el texto correspondiente, ilustran o describen un sistema de perforacion de este tipo con el que pueden utilizarse herramientas de perforacion de la presente invencion. Sin embargo, se apreciara que el sistema de perforacion mostrado y descrito en la figura 11 es solamente un ejemplo de un sistema con el que pueden utilizarse herramientas de perforacion de la presente invencion.

Por ejemplo, la figura 11 ilustra un sistema 500 de perforacion que incluye una cabeza 510 de perforacion. La cabeza 510 de perforacion puede acoplarse a un mastil 520 que a su vez se acopla a un aparato de perforacion 530. La cabeza 510 de perforacion puede configurarse para que presente uno o mas elementos 540 tubulares acoplados a la misma. Los elementos tubulares pueden incluir, sin limitacion, varillas de perforacion, tubenas de revestimiento y martillos de fondo de pozo. Para facilidad de referencia, los elementos 540 tubulares se describiran a continuacion en la presente memoria como componentes de columna de perforacion. El componente 540 de columna de perforacion puede a su vez acoplarse a componentes 540 de columna de perforacion adicionales para formar una columna 550 de herramienta o perforacion. A su vez, la columna 550 de perforacion puede acoplarse a la herramienta 560 de perforacion que incluye vfas de agua axialmente estrechadas, tal como las barrenas de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 100, 200, 300, 400 descritas anteriormente en la presente memoria. Tal como se indico anteriormente, la herramienta 560 de perforacion puede configurarse para que interactue con el material 570, o la formacion, que va a perforarse.

En por lo menos un ejemplo, la cabeza 510 de perforacion ilustrada en la figura 11 puede configurarse para hacer rotar la columna 550 de perforacion durante un procedimiento de perforacion. En particular, la cabeza 510 de perforacion puede variar la velocidad a la que rota la cabeza 510 de perforacion. Por ejemplo, la tasa de rotacion de la cabeza de perforacion y/o el par de torsion que la cabeza 510 de perforacion transmite a la columna 550 de perforacion pueden seleccionarse tal como se desee segun el procedimiento de perforacion.

Ademas, el sistema 500 de perforacion puede configurarse para aplicar una fuerza hacia abajo generalmente longitudinal a la columna 550 de perforacion para impulsar la herramienta 560 de perforacion al interior de la formacion 570 durante una operacion de perforacion. Por ejemplo, el sistema 500 de perforacion puede incluir un conjunto de accionamiento por cadena que esta configurado para mover un conjunto de corredera en relacion con el mastil 520 para aplicar la fuerza generalmente longitudinal a la barrena de herramienta de perforacion 560 tal como se describio anteriormente.

Tal como se utiliza en la presente memoria el termino “longitudinal” significa a lo largo de la longitud de la columna 550 de perforacion. Ademas, tal como se utilizan en la presente memoria los terminos “de arriba”, “superior” y “por encima de” y “de abajo” y “por debajo de” se refieren a posiciones longitudinales en la columna 550 de perforacion. Los terminos “de arriba”, “superior” y “por encima de” se refieren a posiciones mas cercanas a la cabeza 510 de perforacion y “de abajo” y “por debajo de” se refieren a posiciones mas cercanas a la herramienta 560 de perforacion.

Por tanto, en vista de la exposicion en la presente memoria se apreciara que las herramientas de perforacion de la presente invencion pueden utilizarse para cualquier fin conocido en la tecnica. Por ejemplo, una barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo 100, 200, 300, 400 impregnada con diamante puede engancharse al extremo de la columna 550 de perforacion, que a su vez se conecta a un equipo o maquina de perforacion 530. A medida que la columna 550 de perforacion y por tanto la barrena de perforacion 560 se hacen rotar y se empujan mediante la maquina de perforacion 530, la barrena de perforacion 560 puede desprender mediante amoladura los materiales en las formaciones subterraneas 570 que estan perforandose. Los testigos de sondeo que se desprenden mediante perforacion pueden extraerse de la columna 550 de perforacion. La parte de corte de sondeo de la barrena de perforacion 560 puede erosionarse con el tiempo a causa de la accion de amoladura. Este procedimiento puede continuar hasta que la parte de corte de una barrena de perforacion 560 se ha consumido y entonces puede extraerse la columna 550 de perforacion del pozo de sondeo y reemplazarse la barrena de perforacion 560.

Las implementaciones de la presente invencion tambien incluyen procedimientos de formacion de herramientas de perforacion que presentan vfas de agua axialmente estrechadas. A continuacion se describe por lo menos un procedimiento de formacion de herramientas de perforacion que presentan vfas de agua axialmente estrechadas. Naturalmente, como cuestion preliminar, un experto habitual en la materia reconocera que los procedimientos explicados en detalle pueden modificarse para instalar una amplia variedad de configuraciones utilizando uno o mas componentes de la presente invencion.

Como cuestion inicial, el termino “ infiltracion” o “ infiltrar” tal como se utiliza en la presente memoria implica fundir un material aglutinante y provocar que el aglutinante fundido penetre en y llene los espacios o poros de una matriz. Al enfriarse, el aglutinante puede solidificarse, aglutinando las partfculas de la matriz. El termino “sinterizacion” tal como se utiliza en la presente memoria significa la retirada de por lo menos una parte de los poros entre las partfculas (que puede estar acompanada de contraccion) combinada con coalescencia y union entre partfculas adyacentes.

Uno o mas de los procedimientos de la presente invencion pueden incluir utilizar tapones para formar las vfas de agua axialmente estrechadas en una herramienta de perforacion. Por ejemplo, las figuras 12 a 14 ilustran diversas vistas de un tapon 600 que puede utilizarse para formar una via de agua axialmente estrechada, tal como las muescas 212 de la barrena de perforacion 200 o las hendiduras 430 de la barrena de perforacion 400. Tal como se muestra en las figuras 12 a 14, el tapon 600 puede incluir superficies correspondientes a las superficies de una via de agua axialmente estrechada. Por ejemplo, el tapon 600 puede incluir una superficie superior 602, una superficie inferior 604, una primera superficie lateral 608 y una segunda superficie lateral 606. Ademas, el tapon 600 puede incluir chaflanes 610 que conectan las superficies 602, 604, 606, 608 del tapon 600.

Tal como se muestra en la figura 13, la superficie superior 602 del tapon 600 puede incluir un estrechamiento de tal manera que un primer extremo del tapon 600 puede presentar una primera dimension longitudinal 612 y un segundo extremo del tapon 600 puede presentar una segunda dimension longitudinal 614 que es mayor que la primera dimension longitudinal 612. Por tanto, tal como se explica en mayor detalle a continuacion el estrechamiento de la superficie superior 602 puede ayudar a formar el estrechamiento axial de una via de agua.

De manera similar, la figura 14 ilustra que la segunda superficie lateral 606 puede incluir un estrechamiento de tal manera que el primer extremo del tapon 600 puede presentar una primera anchura 616 y el segundo extremo del tapon 600 puede presentar una segunda anchura 618 que es mayor que la primera anchura 616. Por tanto, tal como se explica en mayor detalle a continuacion el estrechamiento de la segunda superficie lateral 606 puede ayudar a formar el estrechamiento radial de una via de agua. Se apreciara que la forma y la configuracion del tapon 600 pueden variar dependiendo de la forma y la configuracion deseadas de una via de agua que va a formarse con el tapon 600.

En algunas implementaciones de la presente invencion el tapon 600 puede formarse a partir de grafito, carbono u otro material con caractensticas de material adecuadas. Por ejemplo, el tapon 600 puede formarse a partir de un material que no se fundira o degradara significativamente durante la infiltracion o sinterizacion. Tal como se explica en mayor detalle a continuacion, utilizando un tapon 600 formado a partir de un material que no se funde significativamente, el tapon 600 puede retirarse con relativa facilidad de una herramienta de perforacion infiltrada.

Un procedimiento de la presente invencion puede incluir proporcionar una matriz de material particulado duro y medios de corte abrasivos, tales como los materiales particulados duros y materiales de medios de corte abrasivos descritos anteriormente. En algunas implementaciones de la presente invencion, el material particulado duro puede comprender una mezcla de polvos. El procedimiento puede implicar tambien prensar o conformar de otro modo la matriz para dar una forma deseada. Por ejemplo, el procedimiento puede implicar formar la matriz para dar la forma de una corona anular. El procedimiento puede implicar entonces colocar una pluralidad de tapones en la matriz. Por ejemplo, el procedimiento puede implicar colocar la superficie inferior 602 en una superficie de la corona anular que corresponde a una cara de corte con el fin de formar una muesca 112, 212, 312, 412. Ademas, o alternativamente, el procedimiento puede implicar colocar un tapon 600 en el cuerpo de la corona anular a una distancia desde la superficie de la corona anular que corresponde a una cara de corte para formar una hendidura 430 encerrada.

El procedimiento puede infiltrar entonces la matriz con un aglutinante. El aglutinante puede comprender cobre, cinc, plata, molibdeno, mquel, cobalto o una mezcla y aleaciones de los mismos. El aglutinante puede enfriarse uniendose de ese modo a la matriz (material particulado duro y medios de corte abrasivos), aglutinando de ese modo la matriz. Puede que el aglutinante no se una significativamente al tapon 600, permitiendo de ese modo la retirada del tapon 600 para exponer una via de agua axial o doblemente estrechada.

Otro procedimiento de la presente invencion incluye de manera general proporcionar una matriz y llenar un molde que presenta tapones 600 colocados en el mismo con la matriz. El molde puede formarse a partir de un material al que puede que no se una significativamente un material aglutinante, tal como, por ejemplo, grafito o carbono. El procedimiento puede implicar entonces una densificacion de la matriz mediante gravedad y/o vibracion. El procedimiento puede implicar entonces infiltrar la matriz con un aglutinante que comprende uno o mas de los materiales mencionados anteriormente. El aglutinante puede enfriarse uniendose de ese modo a la matriz (material particulado duro y medios de corte abrasivos), aglutinando de ese modo la matriz conjuntamente. Puede que el aglutinante no se una significativamente al tapon 600 o al molde, permitiendo de ese modo la retirada del tapon 600 para exponer una via de agua axial o doblemente estrechada.

Antes, despues o junto con la infiltracion de la matriz, uno o mas procedimientos de la presente invencion pueden incluir sinterizar la matriz hasta una densidad deseada. Como la sinterizacion implica una densificacion y una retirada de porosidad dentro de una estructura, la estructura que se esta sinterizando puede contraerse durante el procedimiento de sinterizacion. Una estructura puede experimentar una contraccion lineal de entre el 1% y el 40% durante la sinterizacion. Como resultado, puede ser deseable considerar y tener en cuenta la contraccion dimensional al disenar caractensticas de mecanizado o herramientas (moldes, troqueles, etc.) en estructuras que no se sinterizan completamente.

Segun algunas implementaciones de la presente invencion, el tiempo y/o la temperatura del procedimiento de infiltracion pueden aumentarse para permitir que el aglutinante rellene un elevado numero y una cantidad mayor de los poros de la matriz. Esto puede tanto reducir la contraccion durante la sinterizacion como aumentar la resistencia de la herramienta de perforacion resultante.

Por tanto, la presente invencion puede realizarse en otras formas espedficas sin apartarse de sus caractensticas esenciales. Las formas de realizacion descritas han de considerarse en todos los sentidos solamente como ilustrativas y no restrictivas. Por ejemplo, en algunas implementaciones de la presente invencion, las vfas de agua axialmente estrechadas pueden formarse retirando material de la corona en lugar de utilizando tapones. Por tanto, en algunas implementaciones, las vfas de agua axialmente estrechadas pueden formarse mecanizando o cortando las vfas de agua en la corona utilizando chorros de agua, laseres, mecanizado por descarga electrica (EDM) u otras tecnicas. Por tanto, el alcance de la invencion se indica mediante las reivindicaciones adjuntas en vez de mediante la descripcion anterior.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400), que comprende:

un vastago (102, 202, 302, 402);

una corona anular (104, 204, 304, 404) que incluye un eje longitudinal a su traves, una cara de corte (109, 209, 309, 409), una superficie interna (107, 207, 307, 407), y una superficie externa (108, 208, 308, 408), definiendo la corona anular un espacio interior alrededor del eje longitudinal para recibir un testigo de sondeo, definiendo la corona anular una pluralidad de muescas (112, 212, 312, 412), extendiendose cada muesca una primera distancia desde la cara de corte (109, 209, 309, 409) hacia el interior de la corona anular en relacion con el eje longitudinal y radialmente desde la superficie interna (107, 207, 307, 407) hasta la superficie externa (108, 208, 308, 408), en la que cada muesca (112, 212, 312, 412) de la pluralidad de muescas esta axialmente estrechada, en la que la dimension longitudinal de cada muesca en la superficie externa es mayor que la dimension longitudinal de la muesca en la superficie interna, en la que cada muesca de la pluralidad de muescas esta radialmente estrechada mediante lo cual la anchura (114, 214, 314, 414) de cada muesca es mayor en la superficie externa (108, 208, 308, 408) que la anchura (116, 216, 316, 416) de la muesca en la superficie interna (107, 207, 307, 407),

en la que la corona anular (104, 204, 304, 404) esta formada de un material de matriz seleccionado, comprendiendo el material de matriz seleccionado una matriz y una pluralidad de medios de corte abrasivos dispersos por toda la matriz, en la que la matriz del material de matriz seleccionado esta configurada para erosionarse a fin de exponer los medios de corte abrasivos dentro de la matriz.

2. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400) segun la reivindicacion 1, en la que cada muesca (112, 212, 312, 412) define por lo menos una primera superficie lateral (112a, 212a, 312a, 412a) y una segunda superficie lateral opuesta (112b, 212b, 312b, 412b), extendiendose la primera superficie lateral desde la superficie interna (107, 207, 307, 407) de la corona (104, 204, 304, 404) hasta la superficie externa (108, 208, 308, 408) de la corona (104, 204, 304, 404) en una direccion normal con respecto a la superficie interna de la corona, y estrechandose la segunda superficie lateral desde la superficie interna hasta la superficie externa de la corona.

3. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400) segun la reivindicacion 1, en la que cada muesca (112, 212, 312, 412) define por lo menos una primera superficie lateral (112a, 212a, 312a, 412a) y una segunda superficie lateral opuesta (112b, 212b, 312b, 412b), estrechandose radialmente las primera y segunda superficies laterales desde la superficie interna de la corona (104, 204, 304, 404) hasta la superficie externa de la corona, en la que el estrechamiento radial de la segunda superficie lateral es mas grande que el estrechamiento radial de la primera superficie lateral.

4. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (400) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas una hendidura (430) encerrada formada en la corona (404) a una segunda distancia de la cara de corte (409).

5. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (400) segun la reivindicacion 4, en la que la primera distancia es mayor que la segunda distancia.

6. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas por lo menos una acanaladura interna (122, 222, 322, 422) que se extiende desde la superficie interna (107, 207, 307, 407) hacia la superficie externa (108, 208, 308, 408), extendiendose dicha por lo menos una acanaladura interna (122, 222, 322, 422) axialmente a lo largo de la superficie interna desde una muesca (112, 212, 312, 412) de la pluralidad de muescas hacia el vastago (102, 202, 302, 402).

7. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (100, 200, 300, 400) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas por lo menos una acanaladura externa (122, 222, 322, 422) que se extiende desde la superficie externa (108, 208, 308, 408) hacia la superficie interna (107, 207, 307, 407), extendiendose dicha por lo menos una acanaladura externa (122, 222, 322, 422) axialmente a lo largo de la superficie externa desde una muesca (112, 212, 312, 412) de la pluralidad de muescas hacia el vastago (102, 202, 302, 402).

8. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (400) segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un canal (440) de fluido encerrado dentro de la corona (404), extendiendose el canal de fluido desde el vastago (402) hasta una muesca (412) de la pluralidad de muescas.

9. Barrena de perforacion de extraccion de testigo de sondeo impregnada (400) segun la reivindicacion 8, que comprende ademas una pared delgada que se extiende alrededor de la superficie interna de la corona (404), en la que la pared delgada separa del espacio interior la muesca (412) de la pluralidad de muescas..

10. Procedimiento de formacion de una barrena de perforacion (100, 200, 300, 400) que presenta unas muescas axialmente estrechadas (112, 212, 312, 412), que comprende:

formar una corona anular (104, 204, 304, 404) constituida por un material particulado duro y una pluralidad de medios de corte abrasivos;

colocar una pluralidad de tapones (600) dentro de la corona anular, aumentando la dimension longitudinal de cada tapon de la pluralidad de tapones a lo largo de la longitud del mismo desde un primer extremo hasta un segundo extremo opuesto;

infiltrar la corona anular con un material aglutinante configurado para unirse al material particulado duro y la pluralidad de medios de corte abrasivos; y

retirar la pluralidad de tapones de la corona anular para exponer una pluralidad de muescas axialmente estrechadas (112, 212, 312, 412).

11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, que comprende ademas sinterizar la corona anular infiltrada.

12. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que el material aglutinante comprende una aleacion de cobre y la pluralidad de tapones comprende grafito.

13. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que la pluralidad de medios de corte abrasivos comprende uno o mas de diamantes naturales, diamantes sinteticos, oxido de aluminio, carburo de silicio, nitruro de silicio, carburo de wolframio, nitruro de boro cubico, alumina o alumina sol-gel sembrada o sin sembrar.

14. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que la anchura de cada tapon (600) de la pluralidad de tapones aumenta a lo largo de la longitud del mismo desde el primer extremo hasta el segundo extremo opuesto.

15. Sistema (500) de perforacion, que comprende:

un aparato de perforacion (530);

una columna (550) de perforacion adaptada para fijarse al aparato de perforacion y hacerse rotar mediante el mismo; y

una barrena de perforacion (100, 200, 300, 400) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.