ES2970559T3 - Método para la colocación de tuberías subterráneas - Google Patents

Abstract

En un método para tender tuberías bajo tierra, en el que se perfora un pozo sustancialmente horizontal en el suelo por medio de al menos un tubo de perforación de un dispositivo de perforación, es esencial para la invención que el tubo de perforación se retire del pozo después de la perforación. finalizado y que el tubo a tender se introduzca en el pozo empezando por el lado de inserción del pozo. Otro aspecto de la invención se refiere al uso de un dispositivo de perforación horizontal para tender una tubería bajo tierra desde un punto de entrada hacia un punto de salida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la colocación de tuberías subterráneas

La invención se refiere a un método para colocar tuberías subterráneas en el que es introducido un agujero de perforación sustancialmente horizontal en el suelo mediante un dispositivo de perforación.

Las tuberías pueden ser colocadas bajo tierra cavando zanjas, colocando las tuberías en las zanjas y, una vez terminadas las tuberías, las zanjas vuelven a ser llenadas de tierra. Esto es complejo debido a los movimientos de tierra y, por lo tanto, requiere mucho tiempo y dinero. En particular, la excavación de zanjas plantea problemas cuando se deben tender tuberías por ejemplo debajo de obstáculos, tales como carreteras, zanjas o similares.

Como método de colocación sin zanjas son conocidos métodos de perforación horizontal, como por ejemplo el método de perforación direccional horizontal, con los que se puede colocar una tubería sin necesidad de cavar una zanja. Partiendo de un punto de entrada, es decir de un punto de partida, mediante un dispositivo de perforación horizontal es introducido en primer lugar un agujero de perforación inclinado en el suelo hasta que se ha alcanzado la profundidad deseada para guiar la tubería de forma segura por debajo de un obstáculo. La perforación puede ser conducida esencialmente de forma horizontal hasta que la perforación vuelva a subir para alcanzar el punto objetivo, es decir el punto de salida. Mediante este método también se pueden realizar perforaciones en zonas cercanas a la costa y lejos de la costa, encontrándose el punto de entrada en el lado terrestre y el punto de salida, por ejemplo, en el fondo del mar. En casos excepcionales, el punto de entrada también puede estar dispuesto en el lado del agua o del mar y el punto de salida puede estar en el lado terrestre.

Para introducir la tubería, por ejemplo cuando se alcanza el punto objetivo con la tubería unida al varillaje de perforación, al reconducir el varillaje de perforación al punto de inicio, la tubería es introducida en el agujero de perforación terminado.

En el documento WO 2012/056011 A1 se describe un método para la introducción de una tubería subterránea, en el que en primer lugar es creada una perforación piloto desde el lado de inicio hasta el lado objetivo con un cabezal de perforación que se mueve hacia adelante mediante un varillaje de perforación. En el lado objetivo es montado un escariador diseñado para el diámetro final del agujero de perforación y se acopla a la tubería preparada previamente en el lado objetivo mediante un dispositivo de acoplamiento. Luego, el escariador y la tubería son movidos desde el lado objetivo al lado de inicio, de modo que el escariador amplía el agujero de perforación hasta el diámetro final y la tubería es depositada en el agujero de perforación.

Además, en el documento DE 10 2010 006 824 B3 se da a conocer un método para la colocación de tuberías sin zanjas. En el método, un avance controlado de la tubería es conducido desde un punto de inicio a través del suelo hasta un punto objetivo para producir un agujero de perforación, siendo creado el agujero de perforación en el primer paso de trabajo con un cabezal de perforación y una sarta de perforación formada por tubos de avance unidos entre sí de forma resistente a la tracción con el diámetro final de la tubería. La tierra liberada por el cabezal de perforación durante el proceso de perforación es transportada fuera del agujero de perforación. Después de alcanzar el punto objetivo, el cabezal de perforación es desacoplado del primer tubo de avance. La sarta de perforación está curvada en su radio con respecto al eje en la dirección longitudinal de la sarta de perforación, siendo una tubería precurvada con el mismo radio que el de la sarta de perforación precurvada unida a la sarta de perforación. La tubería es instalada en el agujero de perforación sacando la sarta de perforación del agujero de perforación mediante fuerzas de tracción y retirándola, empujando así la tubería en el agujero de perforación.

En el documento EP 2 085 567 A1 se describe un método para la colocación de tuberías sin zanjas, en el que un avance controlado del tubo es guiado desde un punto de inicio debajo de un obstáculo hasta un punto objetivo. Un cabezal de perforación es empujado hacia delante partiendo desde el punto de inicio con tubos de soporte en dirección al punto objetivo, de modo que el agujero de perforación generado ya está abocardado hasta el diámetro final y es sostenido por los tubos de soporte. A la sarta de tubos de soporte formada por los tubos de soporte es acoplada una tubería preparada al menos en tramos parciales y es movida a través del agujero de perforación.

La desventaja de esta forma de proceder es que debe haber suficiente espacio en el punto objetivo para proporcionar la tubería y prepararla para su introducción en el agujero de perforación. Esto es difícil de lograr en particular en medidas de construcción lejos de la costa, ya que las tuberías deben estar disponibles en las construcciones hidráulicas.

La invención se plantea el objeto de proponer un método para la colocación de tuberías subterráneas en el que se puedan reducir el esfuerzo de montaje y la necesidad de espacio en el lado de salida.

Este objeto se lleva a cabo con un método con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos y realizaciones ventajosas se indican en las reivindicaciones subordinadas.

En un método para la colocación de tuberías subterráneas, en el que es introducido un agujero de perforación sustancialmente horizontal desde un lado de inicio en el suelo por medio de al menos un varillaje de perforación de un dispositivo de perforación, está previsto de forma esencial para la invención que el varillaje de perforación sea retirado del agujero de perforación después de que se haya completado el agujero de perforación para liberar el agujero de perforación y que después de que el varillaje de perforación haya sido retirado completamente del agujero de perforación la tubería a ser colocada sea introducida procediendo desde el lado de introducción del agujero de perforación, que está constituido por el lado de inicio desde el que fue introducido el agujero de perforación en el suelo, dentro del agujero de perforación libre en la dirección de un punto objetivo. Para colocar una tubería, en particular para colocar una tubería subterránea, es introducido un agujero de perforación en el suelo mediante un dispositivo de perforación. Para guiar la perforación por debajo de un obstáculo, como por ejemplo un río, una carretera o similar, el agujero de perforación puede ser introducido en primer lugar inclinado en el suelo y luego puede ser guiado esencialmente horizontal por debajo del obstáculo. Para ello se preverá un varillaje de perforación con un cabezal de perforación. Para la producción del agujero de perforación se pueden utilizar diferentes métodos de perforación. También pueden estar previstas perforaciones en las que el punto de entrada de la perforación se encuentre en el lado de tierra y el punto de salida de la perforación se encuentre por ejemplo por debajo del nivel del agua, por ejemplo en el fondo del mar. También pueden estar previstas perforaciones de agujero ciego, en las que una perforación no es conducida completamente hasta el punto objetivo, sino que la perforación termina delante del punto objetivo a una distancia definida del mismo.

Una vez finalizado el agujero de perforación es retirado el varillaje de perforación del dispositivo de perforación fuera del agujero de perforación, de modo que el agujero de perforación queda ahora libre. Después de retirar el dispositivo de perforación, la tubería que va a ser colocada es introducida en el agujero de perforación partiendo del lado de inicio, es decir por el lado desde el que fue introducido el agujero de perforación en el suelo, en dirección al punto objetivo. Para ello la tubería es avanzada hasta el punto objetivo o, en el caso de un agujero de perforación ciego, la tubería termina en correspondencia con el final del agujero de perforación. La tubería puede ser introducida en el agujero de perforación como una sarta continua o en forma de segmentos. Al insertar la tubería partiendo del punto de partida se reducen considerablemente el esfuerzo de montaje y la necesidad de superficie en el lado objetivo, ya que aquí no es necesario disponer de una tubería que pueda ser introducida en el agujero de perforación. Esto reduce en gran medida el esfuerzo de montaje en el lado del agua, particularmente para los puntos objetivo del lado del agua. La producción del agujero de perforación o el recorrido del agujero de perforación se puede controlar, por ejemplo realizando el varillaje de perforación de manera controlable. Esto significa que la posición del agujero de perforación es conocida sin métodos topográficos adicionales. La tubería insertada puede ser llenada y se pueden bombear tacos de limpieza en la tubería. De igual modo pueden ser montados cables de tracción después de la colocación de la tubería.

En una forma de realización del método, la tubería que se va a colocar es introducida en el agujero de perforación segmento a segmento en forma de tramos de tubería y los tramos de tubería se unen a tramos de tubería contiguos en cada caso. La tubería que va a ser insertada en el agujero de perforación puede ser introducida en el agujero de perforación ya realizado segmento a segmento, es decir, en forma de tramos de tubería. Para ello se pueden tener preparados desde el principio tramos de tubería que luego se introducen uno tras otro en el agujero de perforación. Según el caso de aplicación, los tramos de tubería se unen entre sí por ejemplo de forma estanca a los fluidos, a prueba de escape bajo presión, resistente al cizallamiento, resistente a la tracción o solidaria en rotación. Para ello se pueden utilizar por ejemplo uniones de manguito, uniones de soldadura directa o indirecta, uniones roscadas, uniones enchufables o combinaciones de estas u otras uniones. Al introducir la tubería segmento a segmento se simplifica el manejo de la tubería a insertar en comparación con una tubería larga continua. Además, el almacenamiento de los tramos de tubería se simplifica en comparación con una tubería completa. En comparación con una tubería completa que debe insertarse en el agujero de perforación, los segmentos de tubería están sujetos a menores exigencias en cuanto a su flexibilidad.

En un perfeccionamiento del método, un tramo de tubería introducido por sectores en el agujero de perforación es unido a un tramo de tubería siguiente por su extremo que sobresale en el agujero de perforación. Para producir una tubería completa puede ser insertado en cada caso un tramo de tubería en el agujero de perforación de tal manera que su extremo trasero sobresalga por el agujero de perforación. Según el requisito, a este extremo trasero del tramo de tubería sobresaliente se conecta un tramo de tubería siguiente. Después de unir el tramo de tubería que sobresale y el siguiente, la tubería es empujada más hacia el interior del agujero de perforación, de modo que el tramo de tubería unido al tramo de tubería anterior sobresale ahora por el agujero de perforación. El método puede proseguir hasta la producción completa de la tubería. Por la conexión de un tramo de tubería insertado con el siguiente tramo de tubería se puede realizar de forma sencilla la unión completa de la tubería.

En una forma de realización del método, las conexiones entre los tramos de tubería se realizan fuera del agujero de perforación. La conexión de los tramos de tubería se puede realizar de tal manera que un tramo de tubería sea unido fuera del suelo con un tramo de tubería anterior, en particular un tramo de tubería que sobresale por el agujero de perforación. Por la conexión fuera del agujero de perforación se tiene un fácil manejo de la conexión, ya que por ejemplo pueden ser realizadas conexiones de soldadura entre los tramos de tubería fácilmente por encima del suelo. En particular, la unión de los tramos de tubería puede realizarse en una posición fija, si los tramos de tubería tienen la misma longitud.

En un perfeccionamiento del método, el tramo de tubería delantero que va a ser introducido en el agujero de perforación es un tramo de tubería con un extremo delantero cerrado en la dirección de inserción. El segmento de tubería, es decir el tramo de tubería que se introduce primero en el agujero de perforación, es decir, el tramo de tubería que forma el comienzo de la tubería, tiene un extremo cerrado. Por la realización de un extremo delantero cerrado del primer tramo de tubería es más fácil insertar la tubería en el agujero de perforación. En particular se evita que llegue material, como por ejemplo tierra, desde las paredes del agujero de perforación hasta la tubería. El extremo delantero puede estar configurado por ejemplo de forma semiesférica, cónica o similar. En particular, según la forma de realización, el extremo delantero de tubería puede servir para guiar la sarta de tuberías en el agujero de perforación existente.

En un perfeccionamiento del método, la tubería es introducida en el agujero de perforación mediante un dispositivo de perforación para introducir perforaciones horizontales. Para insertar los segmentos de tubería se puede utilizar ventajosamente un dispositivo de perforación, en particular la instalación de perforación horizontal con la que fue producido el agujero de perforación. Después de retirar el varillaje de perforación del agujero de perforación, el dispositivo de perforación puede ser usado para insertar la tubería o los tramos de tubería individuales en el agujero de perforación, de manera análoga a la inserción del varillaje de perforación. De ello resulta una reducción del esfuerzo de trabajo, ya que no es necesario montar ningún dispositivo extra destinado específicamente a la introducción de los segmentos de tubería y no es necesario desmontar el dispositivo de perforación.

En una forma de realización del método, el dispositivo de perforación es el mismo dispositivo de perforación con el que también fue introducido el agujero de perforación en el suelo. Al utilizar un mismo dispositivo de perforación horizontal para producir el agujero de perforación y para insertar los segmentos de tubería, es posible ahorrar costes considerables y trabajar con eficiencia de tiempo. Para ello, la instalación de perforación horizontal puede ser equipada o reequipada con un adaptador para la inserción de la tubería.

En una forma de realización del método, el diámetro del agujero de perforación producido mediante el varillaje de perforación es mayor que el diámetro de la tubería que va a ser colocada, en particular el diámetro del agujero de perforación es del 20 % al 50 % mayor que el diámetro de la tubería que va a ser colocada. Mediante el varillaje de perforación, por ejemplo en el caso de una perforación piloto, se puede realizar un agujero de perforación cuyo diámetro sea mayor que el diámetro de la tubería que va a ser insertada. En particular, el diámetro del agujero de perforación puede ser entre un 20 % y un 50 % mayor que el diámetro de la tubería que va a ser colocada. Esto permite insertar fácilmente la tubería en el agujero de perforación prefabricado. El diámetro del agujero de perforación también es significativamente mayor que el diámetro del varillaje de perforación utilizado. El gran diámetro del agujero de perforación se puede lograr mediante un proceso de perforación direccional.

En una forma de realización del método se introduce un líquido de soporte en el agujero de perforación y el agujero de perforación es sostenido por el líquido de soporte. En el agujero de perforación puede ser introducido un líquido de soporte para lograr la estabilización de la pared interior del agujero de perforación.

Un líquido de soporte es una suspensión de agua y polvo de arcilla a base de bentonita. En caso necesario, el líquido de soporte puede ser adaptado y/o ampliado a las respectivas condiciones de uso mediante aditivos o productos alternativos. Durante los trabajos de perforación, el líquido de soporte puede ser bombeado a través de la sarta de perforación hasta el conjunto de perforación y salir de allí a través de boquillas en el agujero de perforación. También se pueden utilizar líquidos de perforación alternativos.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso de un dispositivo de perforación horizontal para colocar una tubería subterránea en un agujero de perforación libre desde un punto de entrada en dirección al punto de salida. Fue creada una instalación de perforación horizontal con la que un agujero de perforación, en particular un agujero de perforación dirigido esencialmente horizontal, se utiliza para el avance de la tubería en el agujero de perforación fabricado mediante la instalación de perforación horizontal. Para ello, la instalación de perforación horizontal puede ser equipada con un adaptador para la inserción de tuberías. En particular, la tubería puede ser insertada en una sarta o segmento a segmento en el agujero de perforación prefabricado, empezando por el lado de entrada en dirección al punto objetivo.

En caso de inserción segmento a segmento, los tramos de tubería individuales pueden ser unidos entre sí fuera del suelo. El uso de un dispositivo de perforación horizontal para crear el agujero de perforación y para introducir la tubería es ventajoso ya que para introducir la tubería no es necesario utilizar ningún dispositivo extra previsto para ello.

La invención se explica con más detalle a continuación utilizando un ejemplo de realización representado en la figura. Las representaciones esquemáticas muestran en particular en:

Las Figuras 1a a 1d: etapas de método para la producción de una perforación horizontal, aquí una perforación piloto;

las Figuras 2a y 2b: etapas de método de una perforación horizontal con un punto objetivo fuera de la costa, aquí una perforación piloto con perforación en el fondo del agua;

las Figuras 3a y 3b: etapas de método de una perforación horizontal con un agujero ciego;

las Figuras 4a a 4d: etapas de método de la introducción de una tubería según la invención; y

las Figuras 5a y 5b: etapas de método de una introducción según la invención de una tubería hasta un punto objetivo fuera de la costa.

En la Figura 1a está representada en una vista esquemática en sección lateral la introducción de un agujero de perforación 1 en el suelo 2 por debajo de un obstáculo 3. En este caso, el obstáculo 3 está constituido por un río. El agujero de perforación 1 es producido desde un punto de entrada 4 hasta un punto de salida 5. Para ello se utiliza un dispositivo de perforación 6. Cuando se alcanza una profundidad suficiente, el agujero de perforación 1 es guiado esencialmente horizontal hasta que es llevado hacia arriba hasta el punto de salida 5.

En la Figura 1b está representado el fragmento de detalle A de la Figura 1a. En el punto de entrada 4 es introducido en el suelo 2 un varillaje de perforación 7 con un cabezal de perforación 8 mediante un dispositivo de perforación horizontal 6.

En la Figura 1c está representado en detalle el fragmento B de la Figura 1a. Después de alcanzar una profundidad deseada, el varillaje de perforación 7 con el cabezal de perforación 8 es guiado esencialmente horizontal.

En la Figura 1 d está representado en detalle el fragmento C de la Figura 1 a. El varillaje de perforación 7 con el cabezal de perforación 8 llega a la superficie del suelo en el punto de salida 5, de modo que el agujero perforación 1 está completamente producido.

En la Figura 2a, está representada en una vista lateral esquemática en sección la producción de un agujero de perforación 1 con un punto de salida 9 fuera de la costa. El punto de entrada 4 está situado en el lado de tierra, de modo que el agujero de perforación 1 se dirige a un punto de salida 9 fuera de la costa. El punto de salida 9 se encuentra aquí por debajo del nivel del agua 10 y puede estar situado, por ejemplo, en el fondo del mar.

En la Figura 2b está representada en detalle la zona de salida fuera de la costa 9. El varillaje de perforación 7 atraviesa el fondo del mar por el punto de salida 9, de modo que el agujero de perforación 1 está producido por completo. En la Figura 3a está representada la producción de una perforación de agujero ciego en una vista lateral en sección esquemática. Partiendo de un punto de entrada 4 es introducido el agujero de perforación 1 en el suelo 2, siendo conducido el agujero de perforación 1 no hasta el fondo del mar, sino que el agujero de perforación termina en un agujero ciego 11.

En la Figura 3b está representado en detalle el agujero ciego 11. El agujero de perforación 1 termina por debajo del fondo del mar 12 o del punto de salida como agujero ciego 11.

En la Figura 4a está representada en una vista lateral esquemática en sección la introducción de una tubería 13 según la invención en un agujero de perforación 1. Después de retirar el varillaje de perforación 7 del agujero de perforación 1, se introduce la tubería 13 en el agujero de perforación 1 mediante el dispositivo de perforación horizontal 18 desde el lado de entrada 4 en dirección al punto de salida 5.

En la Figura 4b está representada en detalle la zona A de la Figura 4a. Un primer tramo de tubería 14 es introducido por tramos en el agujero de perforación 1. El tramo de tubería 14 tiene un extremo cerrado 15 delantero, que es introducido primero en el agujero de perforación 1. El extremo cerrado 15 puede estar realizado en particular con forma semiesférica. El tramo de tubería 14 delantero y el tramo de tubería 16 siguiente tienen una unión 17. La unión 17 puede ser una unión por manguito, una unión soldada, una unión roscada o algo similar.

En la Figura 4c está representada la inserción de la tubería 13 con los tramos de tubería 14 y 16 representados a través del agujero de perforación 1.

En la Figura 4d está representado cómo se alcanza el punto de salida 5 por los tramos de tubería 14 y 16.

En la Figura 5 está representada la inserción de una tubería 13 con un punto de salida fuera de la costa 9 de manera análoga a la Figura 4.

En la Figura 5b el tramo de tubería 14 delantero y el siguiente tramo de tubería 16 llegan al punto de salida 9, que se sitúa en el fondo del mar 12, es decir, por debajo del nivel del agua 10.

Todas las características mencionadas en la descripción anterior y en las reivindicaciones pueden ser combinadas en una selección discrecional con las características de las reivindicaciones independientes. Por lo tanto, la divulgación de la invención no se limita a las combinaciones de características descritas o reivindicadas; sino que todas las combinaciones de características que tengan sentido en el marco de la invención deben considerarse como dadas a conocer.

Lista de números de referencia:

1 agujero de perforación

2 suelo

3 obstáculo

4 punto de entrada

5 punto de salida

6 dispositivo de perforación

7 varillaje de perforación

8 cabezal de perforación

9 punto de salida alejado de la costa

10 nivel de agua

11 agujero ciego

12 fondo del mar

13 tubería

14 tramo de tubería

15 extremo cerrado

16 tramo de tubería

17 conexión

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Método para la colocación de tuberías (13) subterráneas, en el que es introducido un agujero de perforación (1) esencialmente horizontal desde un lado inicial en el suelo (2) por medio de al menos un varillaje de perforación (7) de un dispositivo de perforación (6),caracterizado por que

el varillaje de perforación (7) es retirado del agujero de perforación (1) después de haber sido completado el agujero de perforación (1) para liberar el agujero de perforación (1) y que después de que el varillaje de perforación (7) haya sido retirado completamente del agujero de perforación (1), la tubería (13) a ser colocada es introducida partiendo desde el lado de introducción del agujero de perforación (1), que está constituido por el lado de inicio desde el que ha sido introducido el agujero de perforación (1) en el suelo (2), dentro del agujero de perforación (1) en la dirección a un punto objetivo.

2. Método según la reivindicación 1,caracterizado por quela tubería (13) que va a ser colocada es introducida en el agujero de perforación (1) segmento a segmento en forma de tramos de tubería (14) ypor quelos tramos de tubería (14) están conectados en cada caso a tramos de tubería (14) adyacentes.

3. Método según la reivindicación 2,caracterizado por queun tramo de tubería (14, 16) introducido por sectores en el agujero de perforación (1) es unido por su extremo que sobresale por el agujero de perforación (1) con un tramo de tubería (14, 16) siguiente.

4. Método según una de las reivindicaciones 2 o 3,caracterizado por quelas uniones (17) entre los tramos de tubería (14, 16) son realizadas fuera del agujero de perforación (1).

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por queel tramo de tubería (14) delantero que va a ser introducido en el agujero de perforación (1) es un tramo de tubería (14) con un extremo delantero cerrado (15) en la dirección de inserción.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por quela tubería (13) es introducida mediante un dispositivo de perforación (6) para introducir perforaciones horizontales en el agujero de perforación (1).

7. Método según la reivindicación 6,caracterizado por queel dispositivo de perforación (6) es el mismo dispositivo de perforación (6) con el que fue introducido el agujero de perforación (1) en el suelo (2).

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por queel diámetro del agujero de perforación (1) producido por medio del varillaje de perforación (7) es mayor que el diámetro de la tubería (13) que va a ser colocada, en particular que el diámetro del agujero de perforación (1) es de 20 % - 50 % mayor que el diámetro de la tubería (13) que se va a colocar.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por quees introducido un líquido de soporte en el agujero de perforación (1) ypor queel agujero de perforación (1) es sostenido por el líquido de soporte.

10. Uso de un dispositivo de perforación horizontal (6) para la colocación de una tubería (13) subterránea en un agujero de perforación libre desde un punto de entrada (4) en dirección al punto de salida (5, 9), en el que el punto de entrada (4) está definido por el lado inicial desde el cual fue introducido un agujero de perforación (1) en el suelo (2).