ITTO20090306A1 - Asta di perforazione con contatti elettrici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Asta di perforazione con contatti elettrici”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad aste di perforazione con contatti elettrici. L’invenzione può trovare applicazione sia nella pratica delle perforazioni direzionate o nel settore del consolidamento del terreno.

Nelle apparecchiature per l’esecuzione di perforazioni direzionate, gli strumenti per il rilievo della direzione di perforazione sono posti nell’estremità inferiore di una batteria di perforazione, in prossimità del fondo del foro di scavo. La trasmissione dei dati può avvenire via radio, mediante impulsi trasmessi attraverso le aste o il fango di perforazione, oppure attraverso un cavo elettrico che passa all’interno della batteria di aste cave. Questa seconda opzione è generalmente meno problematica. Sono stati finora proposti diversi sistemi per garantire la continuità elettrica del cavo a mano a mano che vengono aggiunte nuove aste per allungare la batteria durante la perforazione. Questi sistemi richiedono tuttavia tempo e non sempre garantiscono la continuità del conduttore e, di conseguenza, la sicurezza del contatto.

In anni recenti negli U.S.A. è stato introdotto un sistema (commercializzato sotto il nome CableLink® dalla ditta DigiTrak®) che prevede un cavo elettrico di opportuna lunghezza che corre internamente lungo le aste. Alle due estremità opposte di ciascuna delle aste sono montati rispettivi connettori maschio-femmina collegati alle terminazioni del cavo elettrico stesso. Una volta avvitate tra loro, le aste sono in grado di garantire la continuità tra i tronconi di cavo contenuti al loro interno. Il cavo ed i contatti sono posizionati esattamente lungo l’asse centrale delle aste, cosicché durante l’avvitamento la rotazione non costituisce un problema per i contatti elettrici, che, essendo di forma cilindrica, ruotano semplicemente su se stessi, il maschio dentro la femmina o viceversa la femmina attorno al maschio.

La domanda di brevetto tedesca DE 10313758 descrive aste composte da due tubi coassiali e munite di due cavi elettrici posizionati nell’intercapedine tra i tubi, quindi nel condotto esterno di sezione anulare. Questa soluzione comporta la complicazione di dover prevedere un sistema di accoppiamenti elettrici striscianti tra boccole maschio/femmina, che durante l’avvitamento dell’asta (e dunque durante la rotazione di un pezzo rispetto ad un altro) consenta ai contatti di rimanere uniti. Per questo motivo una estremità dei cavi è collegata ad un anello conduttore solidale con il condotto interno, mentre l’altra estremità è collegata ad una linguetta, anch’essa conduttrice, che preme strisciando su questo anello al momento dell’avvitamento con un’altra asta. Un’ulteriore complicazione è data dal fatto che gli anelli conduttori di due aste adiacenti devono essere portati a contatto con una certa precisione reciproca nel senso della lunghezza della batteria. La posizione assiale relativa delle aste è però determinata all’accoppiamento meccanico delle loro estremità filettate, che è solitamente piuttosto grossolano. Imprecisioni di posizione assiale relativa di pochi millimetri tra due aste consecutive possono vanificare la continuità elettrica lungo la batteria.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di semplificare e rendere affidabile il collegamento elettrico, in una batteria di aste, tra uno strumento elettronico di fondo foro con un’apparecchiatura di ricezione ed elaborazione posta in superficie. Si desidera inoltre isolare elettricamente e proteggere i conduttori elettrici che collegano lo strumento con l’apparecchiatura suddetta dagli urti e dai fluidi che vengono iniettati attraverso una batteria di aste cave.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo l’invenzione da un’asta da perforazione avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse.

Le caratteristiche e i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione fatta con riferimento ai disegni allegati, dati a titolo indicativo e non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista parziale in sezione assiale di alcune aste secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

la figura 2 è una vista parziale e semplificata, in sezione assiale di parte di due aste secondo l’invenzione;

la figura 3 è una vista ingrandita in sezione assiale di due contatti elettrici di cui sono provviste le aste della figura 1; nella figura 2 questi contatti non sono illustrati; e

la figura 4 è una vista ingrandita in sezione assiale di un componente di una delle aste illustrate nella figura 1.

Si fa inizialmente riferimento alla figura 1, dove è rappresentato il tratto più basso di una batteria di perforazione composta da aste collegabili meccanicamente l’una con l’altra in modo filettato. Ciascuna asta 10 comprende due tubi metallici coassiali, uno interno 12 ed uno esterno 14, definenti una cavità cilindrica centrale 11 circondata da un condotto a sezione anulare 13.

In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni che seguono, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti si intendono riferiti alla condizione operativa in cui l’asse longitudinale delle aste è verticale. Espressioni quali “esterno” ed “interno” sono da interpretare con riferimento all’asse geometrico centrale della batteria.

L’estremità superiore a perno 15 del tubo esterno 14 è filettata per accoppiarsi meccanicamen te con una corrispondente estremità inferiore filettata a bicchiere 16 dell’asta adiacente superiore. La configurazione di accoppiamento delle aste filettate è di per sé nota. Qui nel seguito verranno descritti in modo particolareggiato i soli elementi di specifico rilievo ed interesse ai fini dell'attuazione dell’invenzione. Per la realizzazione di parti ed elementi non illustrati in dettaglio si può far riferimento ad aste a tubi coassiali del tipo utilizzato nella tecnologia del jet grouting bi-fluido.

Ad entrambe le sue estremità, il tubo esterno di ciascuna asta presenta una rispettiva porzione anulare interna ispessita 17, 18 per bloccare saldamente le estremità del tubo interno 12. Attraverso queste parti di estremità sono formati passaggi 17a e 18a che mettono in comunicazione di fluido le aste per consentire il flusso di un liquido usato nella trivellazione. Una porzione terminale superiore 12a del tubo interno sporge assialmente oltre il lato sommitale 14a del tubo esterno. La porzione terminale sporgente 12a porta al suo interno un inserto cilindrico 20 di materiale elettricamente isolante, preferibilmente un materiale plastico, con un foro passante centrale 21 nel quale è ospitato un contatto elettrico femmina 22 a forma di presa allungata in senso longitudinale. Un corrispondente contatto elettrico maschio o spinotto 23 è portato da un simile inserto cilindrico elettricamente isolante 24, forato anch’esso centralmente in 19, ed alloggiato al fondo del tubo interno 12 dell’asta superiore a quella precedentemente considerata. Un cavo elettrico 25 corre all’interno della cavità centrale 11 tra i connettori maschio 23 e femmina 22 di una medesima asta. Lo spinotto 23 è circondato da un bicchiere 12b disposto all’estremità inferiore del tubo interno 12.

Quando due aste vengono avvitate insieme, la giunzione meccanica data dagli accoppiamenti filettati 15, 16 dei tubi esterni produce anche la connessione tra l’estremità 12a ed il bicchiere 12b in grado di isolare ermeticamente il condotto interno 11 dal condotto anulare 13; contemporaneamente si produce la connessione elettrica, per inserimento dello spinotto 23 nel connettore femmina 22 dell’asta adiacente.

In questo modo si realizza un collegamento elettrico tra uno strumento elettronico 26 di fondo foro con un’apparecchiatura di ricezione ed elaborazione (non illustrata) posta in superficie. A seconda delle applicazioni specifiche, il collegamento elettrico serve per trasmettere dati relativi alla direzione e posizione dell’asta di perforazione oppure dati indicativi di valori di pressione dei fluidi internamente ed esternamente all’asta di perforazione.

Come si potrà apprezzare, il cavo elettrico 25 è protetto e sigillato ermeticamente dal fluido di trivellazione, che viene mandato attraverso il condotto a sezione anulare 13 a pressioni operative dell’ordine di 200 bar. Il cavo è così isolato dall’ambiente aggressivo della trivellazione, oltre che dagli urti cui è inevitabilmente soggetto il tubo esterno 14. La posizione centrale del cavo permette di tenerlo ordinatamente teso e distanziato dal tubo interno. I movimenti di avvitamento e svitamento tra aste non muovono i cavi elettrici rispetto alle rispettive aste che li contengono.

Per la connessione elettrica con lo strumento elettronico 26 al piede della batteria è previsto un dispositivo pressacavo cilindrico 27 (illustrato separatamente nella figura 4) all’estremità inferiore del tubo interno 12 dell’asta immediatamente sopra a quella contenente lo strumento 26. L’”insieme pressacavo” comprende un tappo cilindrico 28 di materiale rigido con un foro centrale passante 30 attraverso il quale passa il tratto terminale del cavo 25. Serrando una ghiera montata su un pressacavo commerciale 29 si comprime un gommino all’interno dello stesso in modo da serrare il cavo elettrico. Nell’altra estremità del dispositivo 27 è montata una boccola 35 destinata all’innesto di una guaina protettiva 33. Due O-ring 31 accolti in rispettive gole circolari 32 perfezionano la tenuta ermetica, impedendo così ai liquidi presenti nella cavità dell’asta più inferiore di penetrare nella cavità centrale della batteria. Il tratto terminale del cavo 25 che va dalla boccola 35 al terminale dello strumento 34 è adeguatamente protetto da una guaina 33 (adesiva o termorestringente) o un tubo idraulico (avvitato alle estremità o fissato a pressione) a tenuta stagna.

Si intende che l’invenzione non è limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio di attuazione delle aste; l’invenzione è suscettibile di modifiche relative a forme, dimensioni e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e materiali usati, come noto alle persone esperte nel settore.

Ad esempio, potrà essere previsto più di un cavo elettrico lungo l’interno della batteria.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Asta (10) per la perforazione del terreno, comprendente: due tubi coassiali saldamente collegati, uno interno (12) ed uno esterno (14), definenti una cavità centrale longitudinale (11) circondata da un condotto a sezione anulare (13), dove il tubo esterno presenta porzioni terminali opposte filettate (15, 16) per la giunzione ad altre aste (10) simili; un primo connettore elettrico (22) ad una estremità del’asta ed un secondo connettore elettrico (23) all’altra estremità dell’asta; almeno un conduttore elettrico (25) che collega elettricamente il primo e il secondo connettore; caratterizzata dal fatto che il conduttore (25) è contenuto nella cavità centrale (11) e che i connettori elettrici (22, 23) sono fissati ad estremità opposte del tubo interno (12).
2. 2. Asta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i connettori elettrici (22, 23) sono allineati lungo un asse geometrico centrale longitudinale dell’asta.
3. 3. Asta secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i connettori elettrici (22, 23) includono uno spinotto (23) ed una corrispondente presa (22) accoppiabili in una direzione parallela o coincidente con l’asse centrale dell’asta ed allungati in tale direzione.
4. 4. Asta secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i connettori (22, 23) sono fissati in fori passanti (21, 19) di rispettivi inserti (20, 24) di materiale elettricamente isolante montati a tenuta nelle parti terminali del tubo interno (12).
5. 5. Asta secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il conduttore (25) è un cavo elettrico i cui capi sono vincolati alle estremità opposte del tubo interno (12) in modo tale per cui il cavo rimane elettricamente isolato dal tubo interno.
6. 6. Asta secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il cavo (25) è teso in modo tale da rimanere distanziato dalla parete interna dal tubo interno (12), sostanzialmente lungo l’asse geometrico centrale dell’asta.
7. 7. Asta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che quando due di tali aste vengono avvitate insieme, la giunzione meccanica data dagli accoppiamenti filettati (15, 16) dei tubi esterni (14) produce anche la connessione elettrica, per inserimento dello spinotto (23) di un’asta nella presa (22) dell’asta adiacente.
8. 8. Asta secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che quando due di tali aste vengono avvitate insieme, la giunzione meccanica data dagli accoppiamenti filettati (15, 16) dei tubi esterni (14) produce anche l’inserimento di un’estremità (12a) del tubo interno di un’asta, dove detta estremità (12a) sporge assialmente oltre un’estremità (14a) del tubo esterno di quell’asta e porta un contatto femmina (22), in un bicchiere (12b) solidale o integrale ad un’estremità del tubo interno dell’asta adiacente, dove il bicchiere (12b) circonda un rispettivo contatto maschio (23); per cui l’inserimento dell’estremità (12a) nel bicchiere (12b) isola ermeticamente il condotto interno (11) dal condotto a sezione anulare (13).