ES3023862T3 - Impact device for a drill string - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de impacto para una sarta de perforación, compuesto por un tubo de longitud y extensión longitudinal variables, con un primer elemento tubular (21) y un segundo elemento tubular (22) desplazable longitudinalmente con respecto al primero (21) y alojado en el primero (21). Un cable eléctrico (7) se extiende desde el primer elemento tubular (21) hasta el segundo (22), está conectado a ambos y se enrolla helicoidalmente alrededor del segundo (22) en una sección central (23). Una ranura helicoidal (25, 26), en la que se encuentra una zona de la sección central (23) del cable (7), está dispuesta en el primer elemento tubular (21) y/o en el segundo (22). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de impacto para una sarta de perforación

La invención se refiere a un dispositivo de impacto, en particular para una sarta de perforación, que presenta un tubo con longitud variable y una extensión longitudinal, que presenta un primer elemento de tubo y un segundo elemento de tubo que puede desplazarse en la dirección de la extensión longitudinal con respecto al primer elemento de tubo que está alojado por lo menos por secciones en el primer elemento de tubo, discurriendo desde el primer elemento de tubo hasta el segundo elemento de tubo por lo menos una línea eléctrica que está conectada con el primer elemento de tubo y el segundo elemento de tubo y está enrollada en una sección central de manera helicoidal alrededor de por lo menos uno de los dos elementos de tubo, preferentemente el segundo elemento de tubo (documento US 2003/070842 A1).

A partir de los documentos US 2018/073306 A1 y US 2004/150533 A1 se conocen igualmente sartas de perforación con un tubo de longitud variable y con elementos de tubo, discurriendo en el tubo una línea eléctrica que está enrollada de manera helicoidal alrededor de uno de los elementos de tubo en una sección central.

Los dispositivos de impacto (en inglés “jars” o “drilling jars” (percusores o percusores de perforación)) son componentes conocidos de los equipos de perforación en el campo de la tecnología de perforación, en particular, en los pozos de petróleo, gas natural y geotérmicos. Un dispositivo de impacto es una herramienta que se utiliza cuando la sarta de perforación está atascada y ya no puede liberarse ni moverse fácilmente hacia arriba o hacia abajo en el pozo. El dispositivo de impacto normalmente se encuentra aproximadamente en la zona del “punto neutro” de la sarta de perforación, es decir, la zona en la que la sarta de perforación no experimenta fuerzas de tracción ni de compresión durante la perforación. Esta zona se encuentra generalmente en la parte superior del “conjunto de herramienta” (en inglés “Bottom Hole Assembly” (BHA) (ensamblaje de fondo)), es decir, aproximadamente entre 100 m y 200 m por encima del cabezal de perforación. Sin embargo, el dispositivo de impacto también puede estar dispuesto en un lugar diferente y permite a un operario en la superficie aplicar golpes a la sarta de perforación o al cabezal de perforación y liberar la sarta de perforación o el cabezal de perforación nuevamente. En un modo constructivo utilizado frecuentemente de un dispositivo de impacto de este tipo, éste presenta dos piezas que pueden desplazarse una con respecto a la otra en la dirección longitudinal de la sarta de perforación, con lo que la pieza que puede desplazarse generalmente presenta un martillo que golpea un yunque que está montado de manera no desplazable en la sarta de perforación, con lo que la pieza de la sarta de perforación que está sujetada de manera firme en el pozo puede liberarse nuevamente por el impacto o varios impactos.

Un elemento esencial en los procesos de perforación modernos, en particular, en los pozos de petróleo, gas natural y geotérmicos, es la adquisición de datos y el control de los distintos módulos de la sarta de perforación durante el proceso de perforación, al entrar y salir del pozo o durante otros trabajos de tratamiento con la sarta de perforación en el pozo, así como, dado el caso, el suministro de energía eléctrica de los módulos. Para este propósito, una o más líneas se extienden a lo largo de la sarta de perforación desde la superficie hasta el cabezal de perforación. Sin embargo, en la zona de un dispositivo de impacto surgen problemas con el tendido ordenado de líneas, ya que debe compensarse el cambio de longitud axial de la sarta de perforación en la zona del dispositivo de impacto. Se sabe desde hace mucho tiempo (por ejemplo, por el documento US 6 991 035 B2), que la línea se enrolla de manera helicoidal alrededor de uno de los dos elementos de tubos que pueden desplazarse axialmente uno con respecto al otro, con lo que el cambio de longitud de la sarta de perforación puede compensarse sin problemas mediante el enrollado helicoidal. Sin embargo, la zona de transición entre la sección enrollada de manera helicoidal de la línea y las secciones de conexión que siguen a la misma en ambos lados es problemática porque la línea allí presenta un pliegue o una curvatura con un radio relativamente pequeño, que está sujeto a altas tensiones durante el funcionamiento repetido del dispositivo de impacto y debido a las vibraciones que se producen durante el proceso de perforación.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de mejorar la sujeción de la línea en el dispositivo de impacto.

Este objetivo se alcanza con un dispositivo de impacto con las características de la reivindicación 1.

Según la invención está dispuesta por lo menos en una sección de tubo, preferentemente en ambas secciones de tubo, una ranura helicoidal, en la que se encuentra en cada caso una zona de la sección central helicoidal de la línea. Dado que la línea se retiene en la ranura helicoidal esencialmente en la misma posición, que, en la zona intermedia, en la que la línea enrollada de manera helicoidal compensa el cambio de longitud, la línea puede estar conectada en su mayor parte libre de cargas con uno o ambos elementos de tubo, por medio de lo cual la siguiente zona de transición se mantiene libre de cargas con respecto a la(s) sección/secciones de conexión.

Aunque la línea no debería estar alojada en la zona de un extremo de la sección central en la ranura, sino que la zona intermedia enrollada de manera helicoidal puede extenderse hacia fuera más allá de la ranura respectiva, no obstante, se prefiere en la invención que la línea esté alojada en la ranura en la zona de un extremo de la sección central. Inmediatamente siguiendo a esto puede encontrarse la zona de transición hacia la(s) sección/secciones de conexión.

La línea puede retenerse mediante un medio de sujeción, preferentemente una abrazadera o un casquillo, en la ranura.

Alternativamente, también es posible en la invención que la línea esté sujetada a la sección de conexión en el elemento de tubo, preferentemente por medio de una abrazadera, realizándose esta sujeción idealmente (pero no necesariamente) inmediatamente después de la ranura o del extremo de la sección central helicoidal.

Según la invención, la ranura helicoidal podría colocarse directamente en uno y/u otro elemento de tubo. Sin embargo, se prefiere que la ranura helicoidal esté dispuesta en un casquillo que está sujetado en un elemento de tubo, porque esto es más sencillo en cuanto a la técnica de producción.

Se conoce a partir del estado de la técnica que la línea está alojada por lo menos en la sección central, dado el caso también en las secciones de conexión que siguen a la misma, en una envuelta elástica, preferentemente metálica. Esto también es preferible en el dispositivo de impacto según la invención. Según la invención, en este caso, la envuelta se encuentra en la ranura, cumpliéndose todas las formas de realización descritas anteriormente en relación con la línea y también todas las ventajas sobre la envuelta con la línea alojada en la misma.

Otras formas de realización preferidas de la invención son el objetivo de las restantes reivindicaciones subordinadas.

Otras características y ventajas de la invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización de la invención preferidos que no limitan el alcance de la protección, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestra:

la figura 1 una representación esquemática de una instalación de perforación,

la figura 2 una forma de realización de un dispositivo de impacto según la invención en vista oblicua, parcialmente cortada,

la figura 3 una pieza central del dispositivo de impacto de la figura 2 en estado extendido,

la figura 4 la pieza central del dispositivo de impacto de la figura 2 en estado plegado,

la figura 5 un detalle de la figura 2 a mayor escala,

la figura 6 un detalle de la figura 3 a mayor escala,

la figura 7 otro detalle del dispositivo de impacto según la invención a mayor escala,

la figura 8 aún otro detalle del dispositivo de impacto según la invención a mayor escala, y

la figura 9 la estructura de un conductor eléctrico que está protegida en una envuelta parcialmente truncada. En los dibujos están representadas formas de realización de un dispositivo de impacto según la invención, que, sin embargo, son solo a modo de ejemplo y, aparte de las características según la invención tal como se definen en las reivindicaciones, también pueden definirse de otra manera con respecto a muchos componentes dentro del alcance de la presente invención sin que esto requiera una mención especial a continuación.

En la figura 1 está representada esquemáticamente una instalación de perforación 1 con una torre de perforación 2 con la que se accionan de manera giratoria unos tubos de varillaje 4 unidos a una sarta de perforación a través de un accionamiento 3, un denominado “accionamiento superior”, para producir un pozo 5. Se entiende que la estructura de la instalación de perforación 1 es únicamente a modo de ejemplo y también puede realizarse de otras maneras diferentes conocidas en el estado de la técnica.

Los tubos de varillaje 4 están unidos a través de unos acoplamientos 6 a un varillaje, estando dispuestas una o varias líneas eléctricas 7 en los tubos de varillaje 4, que pueden discurrir, por ejemplo, tal como se representa y describe en el documento WO 2013/126936 A en el interior de los tubos de varillaje 4. Los acoplamientos 6 permiten una conexión galvánica de las líneas eléctricas 7 que discurren en los tubos de varillaje 4 individuales y pueden estar construidos, por ejemplo, tal como se representa y describe en el documento WO 2010/141969 A. Por supuesto, también es posible otro recorrido de las líneas eléctricas 7 en el interior de los tubos de varillaje y otra estructura de los acoplamientos 6. Es preferible, una conexión galvánica de las líneas eléctricas 7 en la zona de los acoplamientos 6, pero no obligatoria.

En la forma de realización representada está previsto un dispositivo de impacto 8 según la invención en lugar del tubo de varillaje 4 más inferior. En el extremo inferior del dispositivo de impacto está montado un cabezal de perforación 9 o cualquier otra herramienta o elemento de la sarta de perforación. En el cabezal de perforación 9 y, por lo demás, también sobre o en algunos, posiblemente todos, los tubos de varillaje 4 puede haber consumidores eléctricos, sensores, módulos o similares no representados que estén conectados a las líneas eléctricas 7.

En la superficie, es decir, sobre el suelo 11 o, por ejemplo, sobre una plataforma de una instalación en el mar, sobre la que puede estar dispuesta la instalación de perforación 1, una conexión 13 para energía eléctrica y/o una unidad de control 14 para introducir y/o recibir señales de control o datos de medición se encuentra en una zona protegida, por ejemplo, un edificio 12, un contenedor o similar.

En la figura 2 está representada parcialmente en sección una forma de realización de un dispositivo de impacto 8 según la invención. Se compone esencialmente de una pieza central 15 con en cada caso una pieza de conexión 16a, 16b en ambos extremos. La pieza de conexión 16a presenta en la forma de realización representada una caja 6a con una rosca interna cónica, y la pieza de conexión 16b presenta un pasador 6b con una rosca externa cónica. También cada tubo de varillaje 4 presenta una caja 6a y un pasador 6b correspondientes, que juntos forman un acoplamiento 6, en el que pueden estar atornillados juntos tubos de varillaje 4, uno o varios dispositivos de impacto 8, así como otros dispositivos técnicos que pueden estar dispuestos en caso necesario en el interior de la sarta de perforación o en su extremo (por ejemplo, el cabezal de perforación 9).

La pieza central 15, que forma la pieza funcionalmente eficaz del dispositivo de impacto 8, presenta una pieza superior 17 y una pieza inferior 18 en la posición de montaje que pueden desplazarse una con respecto a la otra. En particular, en la forma de realización representada la pieza superior 17 que presenta un diámetro más pequeño puede desplazarse en el interior de la pieza inferior 18 que presenta un diámetro más grande.

La pieza inferior 18 presenta un tubo envolvente 19, en el que están alojados un primer elemento de tubo 21 y un elemento de tubo de tubo 22 que pueden desplazarse uno con respecto al otro. En la forma de realización representada en los dibujos, el primer elemento de tubo 21 presenta un diámetro mayor que el segundo elemento de tubo 22 y el segundo elemento de tubo 22 puede desplazarse en el interior del primer elemento de tubo 21 en la extensión longitudinal de los elementos de tubo 21, 22 o del dispositivo de impacto 8.

La pieza superior 17 está unida de manera fija mecánicamente con el segundo elemento de tubo 22. Cuando la pieza superior 17 se extrae de la pieza inferior 18, también se extrae así el segundo elemento de tubo 22 del primer elemento de tubo 21. En las figuras 3 y 5 está representada la posición en la que el segundo elemento de tubo 22 se extrae de manera operativa tanto como sea posible del primer elemento de tubo 21 y, en las figuras 4 y 6 está representada la posición en la que el segundo elemento de tubo 22 se saca empujando de manera operativa tanto como sea posible en el primer elemento de tubo 21.

La línea eléctrica 7 también discurre por el dispositivo 8 de impacto desde la caja 6a hasta el pasador 6b. Puesto que la pieza de conexión 16a está unida de manera rígida con la pieza superior 17, y la pieza superior 17 está unida de manera fija con el segundo elemento de tubo 22, el conductor 7 puede extenderse esencialmente en esta zona y, discurrir en la dirección de la extensión longitudinal del dispositivo de impacto 8. La pieza inferior 16b está unida de manera rígida a su vez con el primer elemento de tubo 21 de modo que el conductor 7 también discurre esencialmente en esta zona y, puede discurrir en la dirección de la extensión longitudinal del dispositivo de impacto 8.

Sin embargo, entre el primer elemento de tubo 21 y el segundo elemento de tubo 22 es necesaria una compensación de longitud de la línea 7, porque estos dos elementos de tubo 21, 22 pueden desplazarse uno con respecto al otro en la dirección longitudinal. Con este fin, la línea 7 está enrollada en una sección central 23 de manera helicoidal alrededor del segundo elemento de tubo 22, siendo posible mediante los arrollamientos una compensación de longitud sin problemas, tal como muestran, en particular, las figuras 3 a 6.

La línea 7 (también pueden ser varias líneas) está alojada en el dispositivo de impacto 8 desde la caja 6a hasta el pasador 6b en una envuelta metálica 24 o un tubo metálico, mediante lo cual la línea 7 está protegida de influencias ambientales nocivas. En la figura 9 está representada una sección de extremo 34 de la sección central 23 de la línea 7 con la sección que sigue a la misma. Resulta evidente que la línea 7 está alojada en la envuelta 24, que está representada parcialmente en sección.

Para conectar la línea 7 o su envuelta 24 con el primer elemento de tubo 21 y el segundo elemento de tubo 22, está colocada sobre cada uno de los elementos de tubo 21,22 una ranura helicoidal 25, 26, en la que se encuentra en cada caso una sección de extremo 34, 35 de la sección central 23 de la línea 7 o la envuelta 24. Esto se observa mejor en las figuras 7 y 8.

En las secciones de extremo 34, 35 de la sección central helicoidal 23 de la línea 7 o de la envuelta 24 siguen una primera sección de conexión 29 y una segunda sección de conexión 30 de la línea 7 o la envuelta 24.

En teoría, las ranuras 25 y 26 podrían estar conformadas directamente sobre los elementos de tubo 21, 22, por ejemplo, mediante mecanizado con arranque de virutas. Sin embargo, en las formas de realización preferidas representadas en los dibujos (véanse en particular las figuras 7 y 8), las ranuras helicoidales están dispuestas en casquillos 27, 28 que están fijados a los elementos de tubo 21, 22. Naturalmente, también sería posible una combinación de formas de realización previendo un casquillo 27 o 28 sólo en uno de los dos elementos de tubo 21 o 22.

Si las ranuras 25, 26 son suficientemente profundas, la envuelta 24 es suficientemente resistente y el número de arrollamientos es suficientemente grande, la línea 7 o su envuelta 24 pueden retenerse sin ninguna sujeción especial adicional sin que la envuelta 24 se salga de las ranuras 25, 26 cuando el primer elemento de tubo 21 y el segundo elemento de tubo 22 se extienden en la posición representada en las figuras 3 y 5.

Sin embargo, por motivos de seguridad también es posible que la envuelta 24 esté fijada adicionalmente en las ranuras 25, 26. Esto puede realizarse mediante cualquier técnica de unión, en particular, una conexión por arrastre de fuerza, por arrastre de forma y/o por adherencia de materiales, por ejemplo, mediante pegado, o mediante una abrazadera o un casquillo no mostrado en los dibujos, que se desliza sobre la zona de conexión. También es posible estabilizar la envuelta 24 por medio de un tubo envolvente 19 dispuesto en la zona crítica por encima de las ranuras 25, 26 (a una pequeña distancia de la envuelta 24), lo que evita que la envuelta 24 se deslice fuera de las ranuras 25, 26. Esta forma de realización se representa, por ejemplo, en la figura 8.

En una forma de realización especialmente preferida del dispositivo de impacto según la invención las secciones de conexión 29, 30 están retenidas adicionalmente después de la zona de transición curvada (entre el extremo 34, 35 de la sección central helicoidal 23 y las secciones de conexión 29, 30 extendidas) por medio de abrazaderas 31, 32, por medio de lo cual se logra por un lado una descarga detracción fiable de las secciones de conexión 29, 30 y, por otro lado, una retención, de modo que la envuelta 24 no se sale de las ranuras 25, 26.

En las figuras 7 y 8 está representada una forma de realización sin abrazaderas 31, 32.

Naturalmente, también es posible cualquier combinación de las medidas descritas anteriormente para retener frente a la extracción del conductor 7 o la envuelta 24 de las ranuras 25, 26.

La estructura de la unidad de impacto 33, es decir, la unidad en el interior del dispositivo de impacto 8, que en caso necesario genera el golpe o impacto, no se describe con más detalle de manera constructiva puesto que se conoce suficientemente a partir del estado de la técnica. La función de la unidad de impacto 33 consiste en almacenar el trabajo de deformación (en el caso de unidades de impacto de doble acción, tanto por tracción como por compresión) de la sarta de perforación cuando una sarta de perforación inmovilizada se extrae del pozo 5 o se presiona dentro del pozo 5 porque, por ejemplo, el cabezal de perforación 9 o una parte de la barra de perforación están atascados.

En la presente invención, utilizando el ejemplo de una unidad de impacto que actúa únicamente bajo tracción, partiendo de la posición representada en las figuras 4 y 6, la pieza superior 17 se extrae de la pieza inferior 18 y, en consecuencia, también se extrae el segundo elemento de tubo 22 del primer elemento de tubo 21 en la posición representada en las figuras 3 y 5. El segundo elemento de tubo 22 o una pieza unida con el mismo sobresale en la unidad de impacto 33 y, a través del movimiento relativo, crea una fuerza (en unidades de impacto hidráulicas, una presión), que se libera repentinamente después de que se ha superado una determinada distancia o una determinada fuerza (o una determinada presión), lo que también se denomina “disparo”, de modo que, por ejemplo, un martillo sujetado en el segundo elemento de tubo 22 o en la pieza unida con el mismo golpea con gran fuerza un yunque sujetado, por ejemplo, en la unidad de impacto 33 y mediante este impacto se libera el componente inmovilizado de la sarta de perforación. En el caso de que un primer impacto no sea suficiente y la sarta de perforación esté todavía bloqueada, se baja nuevamente la sarta de perforación, de modo que el dispositivo de impacto 8 alcance nuevamente la posición representada en las figuras 4 y 6, con lo que puede generarse un nuevo impacto extrayendo de nuevo la pieza superior 17 de la pieza inferior 18 para liberar el componente inmovilizado.

La invención es igualmente aplicable a una unidad de impacto que funciona por presión. En este caso, la posición inicial sería la posición extendida mostrada en las figuras 3 y 5, y el dispositivo de impacto se comprime a la posición representada en las figuras 4 y 6 hasta que se dispara. En un dispositivo de impacto de doble acción, la posición inicial neutra sería una posición intermedia entre la posición representada en las figuras 3 y 5 por un lado y la posición representada en las figuras 4 y 6 por otro lado. Entonces el dispositivo de impacto puede extenderse para dispararlo tanto en la posición representada en las figuras 3 y 5, como también puede comprimirse a la posición representada en las figuras 4 y 6.

Lista de signos de referencia:

1 instalación de perforación

2 torre de perforación

3 accionamiento

4 tubo de varillaje

5 pozo

6 acoplamiento

6a caja

6b pasador

7 línea eléctrica

8 dispositivo de impacto

9 cabezal de perforación

10 -11 suelo

12 edificio

13 conexión

14 unidad de control

15 pieza central

16a pieza de conexión

16b pieza de conexión

17 pieza superior

18 pieza inferior

19 tubo envolvente

20 -21 primer elemento de tubo

22 segundo elemento de tubo

23 sección central

24 envuelta

25 ranura helicoidal

26 ranura helicoidal

27 casquillo

28 casquillo

29 primera sección de conexión

30 segunda sección de conexión

31 abrazadera

32 abrazadera

33 unidad de impacto

34 extremo de la sección central

35 extremo de la sección central

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de impacto, en particular para una sarta de perforación, que presenta un tubo con longitud variable y una extensión longitudinal, que presenta un primer elemento de tubo (21) y un segundo elemento de tubo (22), que puede desplazarse en la dirección de la extensión longitudinal con respecto al primer elemento de tubo (21), que está alojado por lo menos por secciones en el primer elemento de tubo (21), discurriendo desde el primer elemento de tubo (21) hasta el segundo elemento de tubo (22) por lo menos una línea eléctrica (7), que está conectada con el primer elemento de tubo (21) y el segundo elemento de tubo (22) y está enrollada en una sección central (23) de manera helicoidal alrededor de por lo menos uno de los dos elementos de tubo, preferentemente el segundo elemento de tubo (22), caracterizado por que en el primer elemento de tubo (21) y/o en el segundo elemento de tubo (22) está dispuesta una ranura helicoidal (25, 26), en la que se encuentra una zona de la sección central (23) de la línea (7).

2. Dispositivo de impacto según la reivindicación 1, caracterizado por que la línea (7) está alojada en la ranura (25, 26) en la zona de un extremo (34, 35) de la sección central (23).

3. Dispositivo de impacto según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por un medio de sujeción, preferentemente una abrazadera o casquillo, con el que se retiene la línea (7) en la ranura (25, 26).

4. Dispositivo de impacto según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la línea (7) presenta en por lo menos un extremo (34, 35), preferentemente en ambos extremos (34, 35), una sección de conexión (29, 30) que sigue a la sección central (23).

5. Dispositivo de impacto según la reivindicación 4, caracterizado por que la sección de conexión (29, 30) está dispuesta a continuación de la sección central (23) de manera sustancialmente estirada y discurriendo preferentemente en paralelo a la extensión longitudinal.

6. Dispositivo de impacto según la reivindicación 4 o 5, caracterizado por que la línea (7) está sujetada a la sección de conexión (29, 30) en el elemento de tubo (21, 22), preferentemente por medio de una abrazadera (31, 32).

7. Dispositivo de impacto según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la ranura helicoidal (25, 26) está dispuesta en un casquillo (27, 28), que está sujetado a un elemento de tubo (21, 22).

8. Dispositivo de impacto según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la línea (7) está alojada por lo menos en la sección central (23) en una envuelta (24) elástica, preferentemente metálica, y por que la envuelta (24) se encuentra en la ranura (25, 26).

9. Dispositivo de impacto según la reivindicación 4 y 8, caracterizado por que la línea (7) está alojada en la sección de conexión (29, 30) en la envuelta (24).

10. Dispositivo de impacto según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el tubo está rodeado por lo menos en una parte de su longitud por un tubo envolvente (19).