ITNA20100029A1 - Sistema per contrastare la fuoriuscita di fluidi in pressione e non, dal perforo durante le perforazioni nel sottosuolo. - Google Patents

Description

Brevetto per invenzione industriale dal titolo:

SISTEMA PER CONTRASTARE LA FUORIUSCITA DI FLUIDI IN PRESSIONE E NON. DAL PERFORO DURANTE LE PERFORAZIONI NEL. SOTTOSUOLO,

DESCRIZIONE

In alcune lavorazioni afferenti le perforazioni nel sottosuolo (micropolì, tiranti , pali, chiodature, sondaggi geognostic etc. ), può capitare di intercettare terreni e materiali, a'interno dei quali, vi è acqua in pressione (falde in pressione, perforazioni o lavorazioni effettuate sotto battente idraulico, presenza di petrolio, gas etc, etc).

Ovviamente, appena l'utensile di scavo perfora il terreno o il materiale che contiene l’acqua (il petrolio o il gas), questi ove in pressione, sì incuneano nel forti creato fuoriuscendo nelle aree di lavoro, rallentando o pregiudicando le attività

La conseguenza e che d sì trova ed effettuare le lavorazioni sotto continuo carico idraulico (0 gas) , con difficoltà che possono anche indurre a rinunciare o variare le lavorazioni.

Si pensi infatti a cosa può accadere ad esempio durante la realizzazione di perforazioni in sotterraneo (gallerie, realizzazioni di strutture interrate etc.) se allimprovviso, si riversa negli ambienti di lavoro acqua anche a pressione elevata, creando oltre che disagi, anche pericolo per persone e cose.

Inoltre l’acqua (così come il gas n il petrolio) che invade le aree di lavoro, può trascinare con se anche particelle dì terreno o materiale e ciò oltre ad aumentare tl disagio per chi lavora, genera anche un allentamento dei terreni in aree distali a quelle di intervento con ripercussioni anche sullambiente circostante,

I metodi per contrastare tale situazione di lavoro sono vari ma è forse opportuno effettuare prima una veloce descrizione delle lavorazioni occorrenti per realizzare un foro nel terreno ad esempio di 250 rom. in presenza dì terreni (o materiali) che non franano nel foro che man mano si realizza, è sufficiente utilizzare delle aste di perforazione ad esempio dal diametro compreso tra 70 e 100 mm. , precedute da una punta (con diametro uguale a quello di progetto) il cui compito è quello di distruggere e asportare il materiale da perforare.

L' utensile di perforazione “rompe " il terreno e crea foro; vi è quindi sempre un’intercapedine tra il foro realizzato (250 ram.) e le aste occorrenti a movimentare l'utensile dì perforazione (70 - 100 mm> .

Nel caso di presenza d'acqua (gas 0 idrocarburi) in pressione è in questa intercapedine che si incunea l'elemento fuoriuscendo poi nel punto ove si sta perforando.

Per ovviare a questi inconvenienti vi sono i seguenti metodi:

* utilizzo di tubi di rivestimento : ;in pratica man mano che si effettua la perforazione, si effettua il temporanei) rivestimento del foro con un tubo, il quale limita la fuoriuscita nel foro di perforazione del liquido (acqua idrocarburi gas etc.) , e quindi nelTambiente di lavoro: cioè vero ma lia questi limiti tecnologici e concettuali : ;- è necessario raddoppiare il lavoro perchè prima si deve perforare con l'utensile di rivestimento {LI tubo di rivestimento) e poi si deve utilizzare un utensile per effettuare il foro, ;-è necessario utilizzare una attrezzatura di perforazione di maggiore potenza perchè rattrito generato da 'utilizzo del tubo di rivestiineuto è enorme rispetto alla perforazione tradizionale e cioè senza utilizzo di tubi di rivestimento, ;- le perforatrici tradizionali per i motivi su descritti, raramente riescono a rivestile fori con lunghezze oltre 140 - 60 metri, oltre è concettualmente possibile ma nella pratica ha dei costi rilevanti, ;- il tubo di rivestimento poi, impedisce solo in parte all'acqua in pressione dì penetrare nel foro creato, perchè in avanzamento il tubo è aperto sempre alta punta c Tacque penetra ovviamente indisturbata nel foro, si pensi ad esempio a quanta acqua può penetrare in un tubo di rivestimento da ago mm , sotto battente idraulico di soli io metri, pur se tamponata intorno al tubo dì rivestimento. ;Altro metodo, consiste nel utilìzzo di miscele impermeabilizzanti (polimeri , bentoniti etc,) il cui compito è quello di "intasare “ i vuoti tra la particelle di terreno , impedendo 0 limitando la fuoriuscita di acqua; questo metodo, è efficace solo sotto modesti carichi idraulici , in quanto la forza dell’acqua in pressione, agevolmente rompe la barriera create dalle sostanza utilizzate; il metodo quindi è valido sole sotto bassissime pressioni idrauliche. ;Altro metodo è quello di perforare con l’atilizzo di un sistema inizialmente utilizzato in ambito di ricerche e perforazioni petrolifere, detto BLOVV OLT o PREVENTER o BOP, il sistema brevettato nel 1932 da WA TROOT Patented USA 1,861,726, consiste nell'applicare nella parte esterna di un tubo di rivestimento una serie di semilune in vario materiale (acciaio, gomma , telatic.) che grazie ad un meccanismo, si spostano e ostruiscono l’interra pedine tra il tubo di rivestimento e le aste di perforazione impedendo quindi all'acqua di penetrare nell'intercapedine tubo di rivestimento/tubo di perforazione^ si tratta quindi di una specie di chiave di arresto meccanica, ;Lo stesso accade con il brevetto U.S.A. u. 1,777,564 dellOttobrc 1930 a nome di C.C. Hosmer dove al posto delle semilune vi sono dei dischi in ferro che grazie ad uno snodo, ruotando si avvicinano al tubo di perforazione e all' occorrenza lo strozzano. ;Abbiamo ancora il brevetto USA n 6,966,373 del 22/11/2005 dì Von Gynz-Rekowski ma anch'csso strozza con una serie di levismi Pili tema pedine di cui sopra, impedendo al gas (o all’acqua ) dì fuoriuscire. ;In buona sostanza, tutti questi meccanismi, sona classificati in funzione della loro architettura, abbiamo quindi i sistemi anulari {emmiiar bfoioowf preuenier), e quelli a ganasce ( ram hfowout preventer). ;! primi, sono costituiti da un anello di gomma, forato al centro e il cui diametro del foro è pari a quello de! pozzo. L’anello è contenuto in un carter d'acciaio. All'interno del carter , e sotto allineilo di gomma, è montato un pistone idraulico o un il quale se azionato comprime o decomprime l’anello dal basso verso l'alto o da alto verso il basso In questo modo fanello viene chiuso o aperto. ;I sistemi a ganasce, sono costituiti andi’esst da un involucro di metallo, aU mtemo del quale sono presenti delle camere. All'interno di ogni camera sono alleggiate a ganasce, una opposta all'altra. Le ganasce sono comandate da pistoni idraulici, tramite i quali possono essere chiuse o aperte ;Questi metodi, hanno i seguenti lìmiti strutturali : ;• vi è una forte usura delle partì meccaniche in gioco in quanto te aste di perforazione che realizzano il foro, hanno un gioco notevole e subiscono continue oscillazioni nella loro rotazione e ciò va a disarticolare le guarnizioni e/o i cinematìsmi dei vari Preventer di cui sopra; ;• i sistemi bloccano di fatto la fuoriuscita dell'acqua ma impediscono anche al materiale escavato di fuoriuscire liberamente, ;• terminata la perforazione, quando bisogna fare uscire le aste di perforazione, bisogna aprire il preventer per far fuoriuscire le aste di perforazione e l’utensile che ha generato il foro, e ciò causa ingresso di acqua gas o idrocarburi nelle aree di lavoro, ;• il foro è di norma utilizzato per installarvi all'Interno delle strumentazioni o attrezzature (tubi , trefoli, tiranti, strumentazioni varie etc.etc.), vi è quindi una fase del lavoro durante la quale è necessario aprire il preventer per poter consentire alla strumentazione di entrare nel foro ciò causa {in presenza di acqua in pressione) fuoriuscita di acqua in pressione che di fatto impedisce anche fisicamente l'ingresso di strumentazioni nel foro, rendendo l'operazione diffìcile ed a volte impossibile. ;* Nel caso di tiranti o micropali poi, dopo aver inserito i trefoli (a i tubi) è necessario completare le operazioni immettendo nel foro miscele cementizie, chimiche, polveri stabilizzanti etc.»operazione quasi impossibile tu presenza di acqua in pressione che fuoriescendo dal boccaforo, non certo agevola l'immissione di altri elementi,

I metodi fin qui in uso, e sopra descritti, quindi mitigano le difficoltà, ma non risolvono del tutto il problema delle perforazioni effettuate sotto battente di: gas, acqua, idrocarburi, esalazioni di vapore eie .

Scopo della presente domanda di brevetto per invenzione industriale è quello di: consentire le perforazioni c le escavazioni in presenza di liquido /gas e sostanze in pressione , che tendono a fuoriuscire verso l'area di lavoro, invadendone gli spazi e rendendo difficoltose le attività ,

Un’ulteriore scopo è quello dì consentire il completamento del foro o dello scavo {per indagini geognostiche, per rinserimento dei tubi, delle attrezzature, cementazione etc. eie) , senza che la, fuoriuscita di acqua , gas, idrocarburi eie ne impedisca l’agevole completamento.

Un non ultimo scopo dellinvenzione è quello di consentire l'iniezione, ove ritenuto necessario, di sostanze/elementi nel terreno al fin e dì modifica me te caratteristiche (polveri di cemento, betoniti, elementi chimici etc.) durante la stessa fase di realizzazione del foro.

Questi ed altri scopi, vengono conseguiti secondo idea di soluzione del breveto, prevedendo un sistema costituito da una serie di tubi disposti in modo opportuno tramite ì quali far fuoriuscire aria con una pressione superiore o uguale a quella del materiale che tende ad invadere le aree di lavoro, in modo che si stabilisca un equilibrio tra l'aria immessa e relemento che tende a fuoriuscire,

Ϊ tubi di cui sopra, possono essere comandati da una chiave di arresto meccanica o automatica, die può regolare la quantità c la pressione di aria da immettere nel circuito, in modo da consentire la fuoriuscita degli scarti di perforazione, o la fuoriuscita controllata dell'acqua, del gas o del materiale che tende a refluire verso esterno,

Il meccanismo oggetto di brevetto, può Inoltre essere dotato di sistemi che consentono dì immettere (insieme all'aria in pressione che serva a stabilizzare il foro ) nel terreno o nei materiali che si stanno perforando, elementi o sostanze stabilizzanti, impermeabilizzanti etc. ( cementi, betoniti, polimeri, traccianti etc. etc.)

Il sistema oggetto di breveto risulterà più chiaro, facendo riferimento ad una realizzazione data a scopo indicativo e non vincolativo, riportata sulle tavole allegate-la tavole allegate mostrano una possibile schematizzazione del dispositivo che consente la realizzazione del sistema,

La Tav. 1/5 in fig. 1, 2, 3, mostra il dispositivo in pianta, prospetto e sezione, La Tav.2/5 in fig. 4 e 5 mostra un altro possibile posizionamento del collare d’immissione rispetto alla tav, 1/5.

La Tav. 3/5 in fig.6 mostra il dispositivo in una vista assonometrica.

Li Tav, 4/5 in fig. 7 mostra ancora una rista assonometrica de! dispositivo con il supporta applicala ad uno paratia, è ipotizzabile anche una applicazione direttamente su terreni nel caso ad esempio di perforazioni di falde in pressione. La Tav. 5/5 in fig- 8 e fig. 9 mostrano una schematizzazione del dispositivo applicato ad una paratìa rispettivamente senza fazione del contrasto delfaria e con fazione di contrasto delfaria.

Con riferimento alle figure tì dispositivo è costituito da un tubo anulare (i), intorno al quale si dipartono un certo numero di tubicini adduttori (2) ed i tubi dì alimentazione (3) e (4).

tl dispositivo può essere applicato ai tubo (s) come da figure 2 0 3 0 essere tutt'uno con esso, come da figura 4, a questo punto, immessa l'aria compressa nel circuito anulare (1). questa viene convogliata tramite (2) all'itero del tubo (5) cd effettua da subito l’azione di contrasto.

Dosando e regolando la pressione del fa ria è possibile ottenere che essa contrasti ìt getto fluido in ingresso a seguito della trivellazione, realizzando una condizione stazionaria dì equilibrio tra fluido in uscita ed aria in ingresso.

L'ingresso dell'aria ( 3) , può essere regolato attraverso vari sistemi, ad esemplò valvola meccanica 0 aut omatica, servocomandata in modo che il sistema può essere manovrato alToecorrenza o porsi automaticamente in stand by e ripartire appena rileva la fuoriuscita dì elementi dal foro, o per esempio con sistemi a tempo. Analogamente, sari possìbile regolare le pressioni di ira missione deirari A nel foro, secondo necessità. Dall'aticllci (s), come detto, si dipartono una serie dì tubi provvisti o non di chiavi di arresto, che hanno il compito di convogliare l'aria nel foro che si stà realizzando dal quale non si vuol far fuoriuscire l'acqua , il gas o il materiale in pressione. 1! numero di questi tubi ed U loro diametro, è funzione della quantità d'aria che si vuole immettere nel foro e della sua pressione. I tubi rii cui sopra, possono essere completati da apposite boccole o sagomature die meglio fanno fuoriuscire l'aria distribuendola nel modo più opportuno. E’ possibile utilizzando i tubi di mandata (3) e (4), immetere sostanze o miscele (cemento, polìmeri, traccianti etc.) ove si ritiene ed esempio dì stabilizzare il foro man mano che procedono le lavorazioni

E stata descritta ed illustrata una possibile realizzazióne del concedo inventivo che sì vuole proteggere, ma è ipotizzabile che Γ applicazioni possano realizzarsi attraverso dispositivi diversi che rientrano nelambito della stessa idea dì soluzione il cui dominio risulta definito dalle rivendicazioni che seguono ,

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema atto a contrastare la fuoriuscita di fluidi in pressione o non, dai fori effettuati durante le perforazioni, caratterizzato dal fatto che viene inviato un getto d’aria compressa contro il fluido che tende ad invadere il perforo impedendone o limitandone la fuoriuscita in modo da avere sempre il foro libero o parzialmente libero.
2. 2) Sistema come e per lo scopo della precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che, oltre all’aria compresa è possibile inviare anche sostanze stabilizzanti o impermeabilizzanti (cementi, betoniti, polimeri, ecc).
3. 3) Dispositivo atto a realizzare il sistema di cui alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che a tale scopo viene utilizzato un’ apposito distributore posizionato sull’avanpozzo (5), munito di canne d insufflaggio (2), di diversa forma, numero e dimensioni.
4. 4) Dispositivo come la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il distributore è costituito da un anello toroidale (1) munito tutto in giro di camme d’insuflaggio (2) orientate in modo da inviare aria nel perforo.
5. 5) Dispositivo come la rivendicazione 3), caratterizzato dal fatto che l’aria compressa viene addotta al collettore (1) attraverso opportuni tubi (3) e (4) ad esso connessi.
6. 6) Dispositivo come le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che attraverso i tubi (3) e (4) è possibile inviare unitamente o disgiuntamente afl’aria, anche elementi o sostanze stabilizzanti, impermeabilizzanti, quali cementi, betoniti, polimeri, traccianti, ecc.).