MX2011004400A - Puntal telescópico para un ensamble de sujeción. - Google Patents

Puntal telescópico para un ensamble de sujeción.

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MX2011004400A
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Keith J Orgeron
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    • F16D65/562Slack adjusters mechanical self-acting in one direction for adjusting excessive play with screw-thread and nut for mounting within the confines of a drum brake arranged between service brake actuator and braking member, and subjected to service brake force

Abstract

Un aparato para manejo de tuberías (10) tiene una base (214), un miembro estructural principal giratorio (16) conectado a manera de pivote a la base (214), un manejador de tubos (218) conectado al miembro estructural principal giratorio (214) para mover un tubo (18) a partir de una orientación generalmente horizontal a una orientación vertical, y un puntal (200) conectado al manejador de tubos (218); el puntal (200) ejerce una fuerza hacia abajo en relación generalmente paralela al tubo cuando el tubo se encuentra en la orientación vertical; el manejador de tubos (218) tiene una estructura de sujeción (26) para sujetar una superficie exterior del tubo; la estructura de sujeción (26) tiene un marco auxiliar (28); el puntal (200) se fija al marco auxiliar (28); el puntal (200) tiene un ensamble de pistón y cilindro colocado en relación con el marco auxiliar y un accionador hidráulico (212) conectado al ensamble de pistón y cilindro; el accionador hidráulico (212) es adecuado para pasar fluido hidráulico al ensamble de pistón y cilindro para mover el ensamble de pistón y cilindro de una posición retraída a una posición extendida.

Description

PUNTAL TELESCÓPICO PARA UN ENSAMBLE DE SUJECIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato de manipulación de tuberías. Más particularmente, la presente invención se relaciona con un aparato de manipulación de tuberías, para mover una tubería desde una orientación horizontal a una orientación vertical. Más en particular, la presente invención se relaciona con un aparato de manipulación de tuberías que retira tubos de un cabezal de pozo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los equipos de perforación han utilizado muchos métodos para transferir miembros tubulares desde un estante de tubos adyacente al piso de perforación hasta un hueco de conexión en el piso de perforación o el pozo perforado, para conectarlo a un tubular o sarta tubular previamente transferida. El término "tubular" o "tubo" como se usa en la presente incluye todas las formas de tubo de perforación, collares de perforación, ademes, forros, ensambles de fondo de pozo (BHA), y otros tipos de miembros tubulares conocidos en la técnica.
Convencionalmente los equipos de perforación han utilizado una combinación de grúas de torre y el sistema de traslado para transferir un tubular desde el estante de tubos hasta una posición vertical arriba del centro del pozo. La obvia desventaja de los sistemas de la técnica anterior es que hay mucho involucramiento manual en la unión de los elevadores de tubería con el tubular y el movimiento de la tubería desde el estante de perforación hasta la mesa giratoria. Esta operación de transferencia manual cerca de los trabajadores es potencialmente peligrosa y ha causado numerosas lesiones en las operaciones de perforación. Además, el sistema de izado puede permitir que el tubular haga contacto con la pasarela u otras porciones del equipo cuando el tubular es transferido desde el estante de tubos hasta el piso de perforación. Esto puede dañar al tubular y puede afectar la integridad de las conexiones entre los tubulares sucesivos en el pozo.
Un método para transferir la tubería desde el estante hasta la plataforma del pozo comprende atar un extremo de una línea en la torre alrededor de un tubo seleccionado en el estante de tubos. Después el tubo es elevado hasta la plataforma y el extremo inferior del mismo se coloca dentro del hueco de conexión. El hueco de conexión es simplemente un contenedor vertical, alargado y cilindrico adyacente a la mesa giratoria que soporta temporalmente la tubería. Cuando es necesario añadir el tubo a la cadena de perforación, se aseguran cuñas alrededor de la cadena de perforación en la mesa giratoria, soportando así a la misma en el pozo perforado. El tubo se desconecta del equipo de traslado, y se conectan elevadores, o el vástago cuadrado de transmisión, a la tubería en el hueco de conexión. Después, se eleva el bloque de desplazamiento posicionando así el tubo sobre la sarta de perforación y se utilizan tenazas para asegurar el tubo en el extremo superior de la sarta de perforación. Los elevadores de la tubería de perforación suspenden a la tubería de perforación desde un collar, que está formado alrededor de un extremo de la tubería y no afianza el tubo, permitiendo así el movimiento giratorio del tubo para acoplar el mismo por roscado a la cadena de perforación.
Una técnica del arte previo para mover uniones de ademe de estantes adyacentes al equipo de perforación, comprende atar una línea del equipo sobre un extremo de una unión de ademe seleccionada en el estante. La línea es levantada elevando la unión de ademe hasta una rampa que lleva a la plataforma de la torre. A medida que la cuerda eleva el ademe desde el estante, el extremo inferior del ademe se balancea a través de la plataforma en una forma peligrosa. El peligro aumenta cuando se usa un sistema flotante en conexión con la perforación. Como la cuerda está atada alrededor del revestimiento en un extremo del mismo, el ademe no cuelga verticalmente, sino que más bien se inclina. Un hombre que trabaja en una plataforma elevada arriba del piso de la torre, deben de sujetar la parte superior del ademe y enderezarlo mientras el ademe es atornillado en la sarta de ademe que está suspendida en el pozo perforado, por medio de cuñas ubicadas en la mesa giratoria.
Sería preferible poder sujetar el ademe o el tubo ubicado en un estante adyacente al pozo de perforación, mover al mismo en una orientación vertical sobre el pozo perforado, y después bajarlo sobre la sarta suspendida en el pozo perforado.
En el pasado se crearon varios dispositivos que movían mecánicamente un tubo dése una orientación horizontal hasta una orientación vertical, de manera que el tubo orientado verticalmente podía instalarse dentro del agujero del pozo perforado. Normalmente estos dispositivos han utilizado varios brazos interconectados que se asocian con un miembro estructural principal giratorio. Para mover el tubo se debe realizar una sucesión de movimientos individuales de las palancas, brazos y otros componentes de la pluma, de una manera coordinada para lograr el resultado deseado. Normalmente se conecta una amplia variedad de accíonadores hidráulicos a cada uno de los componentes, para llevar a cabo el movimiento prescrito. Un complejo mecanismo de control se conecta a cada uno de estos accíonadores para lograr el movimiento deseado. Se necesita de una programación avanzada del controlador para coordinar adecuadamente los movimientos, para lograr este resultado deseado.
Desafortunadamente, con estos sistemas, los accíonadores hidráulicos, junto con otros componentes, con el tiempo se pueden desgastar. Además, con el tiempo también se puede ver comprometida la integridad hidráulica de cada uno de los accíonadores. Por lo tanto pueden ocurrir pequeñas variaciones en los accíonadores. Cuando ocurren estas variaciones, pueden hacer que el mecanismo complejo se vuelva impreciso. La falla de un componente hidráulico puede exacerbar los problemas asociados con la alineación del tubo en una orientación vertical. Con frecuencia son necesarios ajustes en la programación para poder seguir obteniendo los resultados deseados. Fundamentalmente, mientras más accionadores hidráulicos estén incorporados en dicho sistema, mayor es la probabilidad de que ocurran errores, imprecisiones y desviaciones en el perfil de suministro deseado del tubular. Típicamente se necesitan operadores muy experimentados y conocedores para llevar a cabo esta operación de movimiento de tubería. Esto aumenta significativamente el costo asociado con el suministro de tubos.
En el pasado se publicaron varias patentes relacionadas con dichos dispositivos de manipulación de tuberías. Por ejemplo, la patente de E.U.A No. 3,177,944, publicada el 13 de abril de 1965 de R.N. Knight, describe un mecanismo de apilado para un equipo de perforación de tierra que proporciona el almacenamiento horizontal de tramos de tubería a un lado de y lejos de la torre. Esto se logra por medio de un brazo de transporte que pivota hacia la base de la torre para un movimiento de balanceo en un plano vertical. El extremo exterior del brazo trabaja entre una posición sustancialmente vertical, en la que puede aceptar la longitud de un tubo desde, o suministrar la longitud de un tubo a una estación en la torre, y una porción sustancialmente horizontal en la que el brazo puede suministrar la longitud de un tubo a, o aceptar la longitud de un tubo desde una estación asociada con medios de almacenamiento en un lado de la torre.
La patente de E.U.A. No. 3,464,507, emitida el 2 de septiembre de 1969 de E.L. Alexander et al., enseña un sistema de manejo de tubería portátil y giratorio. Este sistema incluye un mástil montado en forma pivotal y móvil entre una posición de transporte de reclinable a una posición deseada en el sitio de operaciones de perforación que puede estar en cualquier ángulo hasta la vertical. El mástil tiene guias para un mecanismo de desplazamiento que incluye un bloque que se mueve hacia arriba y hacia abajo del mástil por la operación de cables que pasan desde el bloque de desplazamiento sobre las poleas del bloque de corona hacia un malacate. Una transmisión de energía de perforación es transportada por el bloque de desplazamiento. Un elevador para tubería de perforación es transportado por un brazo que está montado de manera oscilatoria con relación a la unidad de energía. Las tenazas eléctricas, cuñas y casquillos de desplazamiento están soportados en forma adyacente al extremo inferior del mástil y adaptados para recibir una extensión de tubería de perforación a través de los mismos desde una unidad de buje conectada a una unidad de energía, con lo que la tubería de perforación se extiende en la dirección del agujero que será perforado.
La patente de E.U.A. No. 3,633,771 , publicada el 1 1 de enero de 1972 de Woolslayer et al., describe un aparato para mover una tubería de perforación dentro y fuera de una torre de pozo petrolero. Un segmento de tubería es sujetado por una cadena de cerramiento que está montada pivotalmente en un extremo de una pluma. La pluma hace oscilar el larguero sobre la mesa giratoria, de tal modo alineando verticalmente el soporte de tubos con la sarta de perforación. Cunado se agrega o remueve un tubo de la cadena de perforación, todo el movimiento vertical del tubo se logra con el elevador suspendido desde el bloque de desplazamiento.
La patente de E.U.A. No. 3,860,122, emitida el 14 de enero de 1975 de L. C. Cernosek, describe un aparato para transferir un miembro tubular, como un tubo, desde un área de almacenamiento hasta una plataforma de perforación de pozo petrolero. El aparato de posicionamiento incluye un tubo montado y posicionado en una plataforma para mover el tubo a una posición de liberación, en la que el tubo puede ser liberado para bajarlo a una posición sumergida. Un medio de carga está unido o asociado operativamente con la plataforma y un medio de posicionamiento para mover el tubo dése una posición almacenada hasta una posición de transferencia, en la que el tubo es transferido al posicionador. El posicionador incluye una torre que tiene una vía de tubo montada pivotalmente en el mismo con una pluralidad de ensambles de abrazadera de tubo que están adaptados para recibir un tramo de tubo. La vía de tubo se mueve pivotalmente por medio de energía hidráulica o por engranajes, entre una posición de transferencia en la que el tubo se mueve en una pluralidad de ensambles de abrazadera, y la posición de liberación en la que el tubo es liberado para moverse a una posición sumergida.
La patente de E.U.A. No. 3,986,619, publicada el 19 de octubre de 1976 de Woolslayer et al., muestra un aparato de manipulación de tuberías para una torre de pozo petrolero. En este aparato el extremo interior de la pluma está soportado pivotalmente en un eje horizontal en frente de un pozo. Un medio de sujeción está conectado pivotalmente con el extremo exterior de la pluma en un eje paralelo al eje horizontal en un extremo. El medio de sujeción permite que el extremo libre del tubo de perforación oscile a través de la pluma conforme el extremo exterior de la pluma se eleva o desciende. Se conecta una línea en un extremo con el bloque de desplazamiento que sube y baja los elevadores, y en el otro extremo con la pluma para pasar alrededor de poleas acanaladas.
La patente de E.U.A. No. 4,172,684, publicada el 30 de octubre de 1979 de C. Jenkins, muestra un aparato de manipulación de tuberías a nivel del suelo, que se monta en el piso de una estructura adecuada de torre de pozo petrolero. Este aparato incluye un soporte que se puede balancear sobre un eje perpendicular a la línea central de un pozo en perforación. Un extremo de un brazo se monta pivotalmente en el soporte, en un eje transversal a la línea central del pozo. El extremo opuesto del brazo porta un par de zapatas que tiene asientos de recepción de tubo que se abren lateralmente, orientadas en alejamiento del brazo. El extremo libre del brazo se puede balancear hacia y desde la línea central del pozo, y el soporte del brazo puede ser movido para balancear lateralmente el brazo.
La patente de E.U.A. No. 4,403,666, publicada el 13 de septiembre de 1983 de C. A. Willís, muestra tenazas de auto centrado y un brazo de transferencia para un aparato de perforación. Las abrazaderas del brazo de transferencia se montan de manera flexible al brazo de transferencia con el fin de proporcionar un movimiento axial limitado de las abrazaderas y por lo tanto de un conjunto de tubos sujetados en el fondo del pozo. Se proporciona un par de tenazas hidráulicas automáticas de auto centrado para constituir y deshacer conexiones roscadas de los tubulares.
La patente de E.U.A. No. 4,407,629, emitida el martes, 04 de octubre de 1983 de C. A. Willis, enseña un aparato de elevación para tubulares de fondo de pozo. Este aparato de elevación incluye dos abrazaderas montadas giratoriamente que pueden girar entre una posición de carga lateral para facilitar la carga y descarga en la posición horizontal, y una posición central, en la que un tubular sujetado se alinea con el eje de perforación cuando la pluma está en la posición vertical. Se proporciona un circuito de secuenciación hidráulica automática, para hacer girar automáticamente las abrazaderas en la posición de carga lateral cada vez que la pluma pivota con un tubular de fondo de pozo ubicado en la abrazadera. En esta posición, el tubular atrapado se alinea con una placa de seguridad montada en la pluma para evitar que el tubular atrapado se deslice de las abrazaderas.
La patente de E.U.A No. 4,492,501 proporciona un sistema de posicionamiento de plataforma para una operación de perforación, que incluye una estructura de soporte y un brazo de transferencia que está conectado pivotalmente con la estructura de soporte, para girar alrededor de un primer eje. Este sistema de posicionamiento de plataforma incluye una plataforma que se conecta pivotalmente con la estructura de soporte para girar alrededor de un segundo eje, y una varilla que está montada entre el brazo de transferencia y la plataforma. La posición de los ejes del brazo y la plataforma y la longitud de la varilla se seleccionan de tal manera que el brazo de transferencia eleve de manera automática y progresiva la plataforma a la posición elevada por medio de la varilla, a medida que el brazo de transferencia se mueve a la posición elevada. El brazo de transferencia hace descender de manera automática y progresiva la plataforma a la posición inferior por medio de la varilla, a medida que el brazo de transferencia se mueve a la posición inferior.
La patente de E.U.A. No. 4,595,066, publicada el 7 de junio de 1986 de Nelmark et. al., proporciona un aparato de manipulación de tuberías de perforación y que se usa en asociación con barrenos de detonación. Este sistema permite conectar y desconectar más fácilmente un tubo de perforación en un agujero que está siendo perforado en un ángulo. Se forma un receptáculo en el extremo inferior del portador, que tiene puertas que funcionan hidráulicamente aseguradas por un seguro que funciona hidráulicamente. Una compuerta que está cerca del extremo superior funciona neumáticamente como respuesta a la operación hidráulica del seguro del receptáculo.
La patente de E.U.A. No. 4,822,230, publicada el 18 de abril de 1989 de P. Slettedal, muestra un aparato de manipulación de tuberías que está adaptado para operaciones de perforación automáticas. Los tubos de perforación son manipulados entre sustancialmente las posiciones horizontal y vertical. El aparato se usa con un dispositivo de perforación montado en la parte superior, que puede girar alrededor de un eje sustancialmente horizontal. El aparato utiliza una cadena de cerramiento provista con abrazaderas para sujetar y manipular tubos. La cadena de cerramiento está conectada giratoriamente al mismo eje que el dispositivo de perforación. La cadena de cerramiento se mueve hacia arriba y hacia abajo con el dispositivo de perforación. Una unidad de tirante se une a la cadena de cerramiento para girar alrededor de un segundo eje.
La patente de No. 4,834,604, publicada el 30 de mayo de 1989 de Brittain et al., proporciona un aparato para mover tubos y un método para mover ademes o tubos de una posición horizontal adyacente a un pozo hasta una posición vertical sobre el pozo perforado. La máquina incluye una pluma que se mueve entre una posición inferior y una posición elevada por medio de un brazo hidráulico. Un largero sujeta el tubo y sostiene el mismo hasta que el tubo está en posición vertical. A partir de entonces, un cilindro hidráulico en el larguero se acciona de tal modo bajando el tubo o el ademe en la sarta suspendida en el pozo perforado y el tubo o acoplamiento de ademe se enrosca a éste.
La patente de E.U.A. No. 4,708,581 , emitida el 24 de noviembre de 1987 de H.L. Adair, proporciona un método para posicionar un brazo de transferencia para mover una tubería de perforación. Se monta un mástil de perforación y un brazo de transferencia en un primer eje adyacente al mástil, para moverse entre una posición inferior cerca del nivel del suelo y una posición superior alineada con el mástil. Se fija un anclaje de punto de reacción con respecto al mástil de perforación y separado del primer eje. Un enlace de longitud fija se monta pivotalmente en el brazo de transferencia en un segundo eje, separado del primer eje, y se monta pivotalmente en un extremo un primer cilindro de etapa única en el extremo distal del enlace, y en el otro extremo en el brazo de transferencia. Un segundo cilindro hidráulico de etapa única se monta pivotalmente en un extremo en el extremo distal del enlace, y en el otro extremo en el punto de reacción.
La patente de E.U.A. No. 4,759,414, publicada el martes, 26 de julio de 1988 de C. A. Willis, proporciona una máquina de perforación que incluye un patín para una superestructura de perforación, que define dos correderas de patín separadas y paralelas y una plataforma. La plataforma soporta un malacate montado en un patín de malacate, y se monta una pluma de tubos en un patín de pluma de tubos que tiene un tamaño adecuado para ajustarse entre las correderas de patín, del patín de la subestructura de perforación. El patín de la subestructura de perforación soporta cuatro extremidades, que a su vez soportan una plataforma de perforación sobre la que está montado un tramo inferior del mástil. El patín de pluma de tubos monta una pluma de tubos, así como un enlace de pluma, un motor y una bomba hidráulica que está adaptada para energizar al enlace de pluma de tubos. Seguros mecánicos de posición sujetan al patín superior en una posición relativa sobre el patín inferior.
La patente de E.U.A. No. 5,458,454, emitida el 17 de octubre de 1995 de R.S. Sorokan, describe un método de manipulación de tuberías que se usa para mover miembros tubulares, los cuales se mueven de una posición horizontal en un estante de tubos adyacente al pozo perforado, hasta una posición vertical sobre el centro del pozo. Este método utiliza ensambles de bíceps y antebrazo, y una cabeza de sujeción para unirse al tubular. La trayectoria en la que se mueve el tubular es cercana a la trayectoria convencional del tubular utilizando las técnicas conocidas de transferencia con cables, para permitir el acceso el suelo de perforación a través de la puerta en V del equipo de perforación. La patente de E.U.A No. 6,220,807 describe un aparato para llevar a cabo el método de la patente de E.U.A No. 5,458,454.
La patente de E.U.A. No. 6,609,573, emitida el 26 de agosto de 2003 de H.W.F. Day, enseña un sistema de manipulación de tuberías para una estructura fuera de la costa. El sistema de manipulación de tuberías transfiere las tuberías de un estante de tubería horizontal adyacente al piso de perforación a una orientación vertical en un área de reserva del piso de perforación donde la sarta de perforación está hecha para bajar el fondo de pozo. El piso de perforación en voladizo se utiliza con el sistema de manipulación de tubería para ahorrar espacio de plataforma.
La patente de E.U.A No. 6,705,414 publicada el 16 de marzo de 2004 de Simpson et al,, describe un sistema de transferencia de miembros tubulares para mover tubos entre una posición sustancialmente horizontal en la pasarela y una posición sustancialmente vertical en la entrada del piso de la torre. Haces de miembros tubulares individuales son movidos a un área de procesamiento en la que una máquina de montaje/desmontado de soporte monta los soportes tubulares. La máquina de remachado alinea y enchufa las conexiones y hace la conexión con el torque correcto. Entonces el tubular es transferido desde la máquina hasta un área de almacenamiento de soportes. Un carro se pone en posición sobre el área de recolección para proveer soportes. Los soportes son afianzados en el carro y ésta se mueve desde una posición sustancialmente horizontal hasta una posición sustancialmente vertical en la entrada del piso de la torre. Una máquina de acomodo de tubos vertical transfiere los soportes al equipo de desplazamiento. El equipo de desplazamiento constituye la conexión de soporte y el soporte es transferido dentro del hoyo.
La patente de E.U.A. No. 6,779,614, emitida el 24 de agosto de 2004 de M.S. Oser, muestra otro sistema y método para transferir tubos. Se utiliza un transportador de tubos para mover una unión de tubo en una primera posición y después elevarlo hasta una segunda posición superior.
Como respuesta a los problemas antes identificados del aparato de manipulación de tuberías, el presente inventor presentó la solicitud de patente de E.U.A. No. 1 1/923,451 el 24 de octubre de 2007. La solicitud describe un aparato de manipulación de tuberías que tiene una pluma que se puede mover pivotalmente entre una primera posición y una segunda posición, un ensamble de tubo ascendente conectado pivotalmente con la pluma, un brazo conectado pivotalmente en un extremo con la primera porción del ensamble de tubo ascendente y que se extiende hacia afuera desde el mismo, un sujetador que se fija en un extremo opuesto del brazo, que es adecuado para sujetar un diámetro de la tubería, un enlace que se conecta al ensamble elevador y es pivotal, de manera que se pueda mover con relación al movimiento de la pluma entre primera y segunda posiciones, y un tirante que tiene un extremo que está conectado pivotalmente a la pluma y un extremo opuesto que está conectado pivotalmente con el brazo entre los extremos del brazo. El ensamble elevador tiene una primera porción que se extiende hacia afuera en un ángulo obtuso con respecto a la segunda porción.
Un problema asociado con el aparato de manipulación de tuberías que se describió antes ocurre cuando el aparato de manipulación de tuberías remueve un tubo de un cabezal de pozo. A veces el tubo removido del cabezal del pozo se pega en el cabezal de pozo por varias razones. Cuando sucede esto, la fuerza que se necesita para remover el tubo del cabezal del pozo es mayor que la fuerza ascendente del aparato de manipulación de tuberías. Es decir, cuando cuando los sujetadores del aparato de manipulación de tuberías agarran el tubular que está siendo removido del cabezal del pozo, el aparato de manipulación de tuberías no tiene la suficiente fuerza ascendente para remover un tubo que está pegado en el cabezal del pozo. Por lo tanto existe la necesidad de un aparato de manipulación de tuberías que pueda superar la fuerza de un tubo pegado en el cabezal del pozo, para remover el tubo del cabezal del pozo.
Se han publicado varias patentes relacionadas con elevadores telescópicos. Por ejemplo, la patente de E.U.A No. 5,597,987, publicada el 28 de enero de 1997 de Gilliland et al., describe un sistema elevador hidráulico con elevador telescópico de doble poste. El elevador telescópico tiene un primer cilindro, un cilindro intermedio dispuesto dentro del primer cilindro que se desliza con relación al mismo a través de un sello hidráulico, y un émbolo interior dispuesto en el cilindro intermedio que se desliza con relación al mismo a través de un sello hidráulico. El cilindro intermedio tiene un pistón que está montado deslizantemente en el primer cilindro. El pistón divide al cilindro principal en una cámara inferior y una cámara superior. Un par de sensores dinámicos determinan cuándo están sincronizados los elevadores telescópicos. El elevador del sistema incluye sensores estáticos que determinan si uno o ambos cilindros intermedios de los elevadores están a más de una distancia predeterminada de sus posiciones normales cuando un carro se detiene en el piso.
La patente de E.U.A No. 5,060,762, publicada el 29 de octubre de 1991 de White, describe un sistema elevador hidráulico. El sistema incluye un cilindro telescópico sincronizado con émbolos alternantes interior y exterior que están montados en un cilindro fijo. Un intensificador de presión de fluido hidráulico se conecta a una cámara de presión del émbolo exterior y a una cámara de presión del émbolo interior. Válvulas solenoides controlan el flujo del fluido hidráulico entre el intensificador de presión y las dos cámaras de presión del émbolo. Interruptores montados en el émbolo exterior controlan la operación de las válvulas solenoides. Cuando el émbolo interior está demasiado bajo con relación al émbolo exterior, el intensificador de presión elevará la presión en la cámara de presión del émbolo interior para elevar adecuadamente al émbolo interior. Cuando el émbolo interior está demasiado alto con relación al émbolo exterior, el intensificador de presión bajará la presión en la cámara de presión del émbolo interior para bajar el émbolo interior.
La patente de E.U.A. No. 7,172,038, publicada el 6 de febrero de 2007 de Terry et al., describe un sistema de perforación que tiene una cadena de trabajo que soporta un ensamble para fondo de perforación. La cadena de trabajo incluye longitudes de tubo que tienen una porción no metálica. La cadena de trabajo incluye de preferencia una tubería mixta-enroscada que tiene in forro impermeable a los fluidos, múltiples capas para portar cargas, y una capa de desgaste. Se pueden integrar múltiples conductores eléctricos y conductores de transmisión de datos en las capas para portar cargas, para transportar una corriente o transmitir datos entre el ensamble del fondo de la perforación y la superficie. El ensamble del fondo de la perforación incluye una punta, un paquete de rayos gama e inclinómetro, un ensamble elástico, una sección de circuitos eléctricos, una sección de transmisión y energía para hacer girar la punta. Se utilizan elevadores de ademe hidráulico para afianzar el ademe en el agujero perforado.
La patente de EE.UU. No. 5,186,264, presentada el 16 de febrero de 1993 a Chaffaut, describe un dispositivo para guiar una herramienta de perforación en un pozo y para ejercer una fuerza hidráulica sobre la herramienta de perforación. El dispositivo incluye un cuerpo tubular y un manguito externo que gira sobre el cuerpo y se puede desplazar longitudinalmente con respecto al cuerpo. Los pistones radicalmente desplazable se acoplan en ancla con la pared del pozo e inmovilizan el manguito externo en una posición extendida. Un elevador desplaza el cuerpo y la herramienta de perforación integral con el mismo con respecto al manguito externo. El elevador ejerce una fuerza de empuje en la herramienta. Los circuitos hidráulicos y los ensambles de control adecuado se proporcionan para controlar la ejecución de una serie de ciclos sucesivos de anclaje del manguito externo en el pozo y de desplazamiento de la herramienta de perforación con respecto al manguito externo.
La patente de EE.UU. No. 5,649,745 presentada el 22 de julio de 1997 a Anderson, describe un ensamble de sujeción inflable para una máquina taladradora o de corte de rocas. El ensamble de sujeción inflable tiene un miembro base y una hoja elastomérica fijada de una manera segura hermética al fluido y de fuerza de reacción al miembro base. La hoja elastomérica se expande cuando el fluido se suministra entre el miembro base y la hoja elastomérica. La hoja elastomérica se contrae cuando el fluido se elimina de entre el miembro base y la hoja elastomérica.
La patente de EE.UU. No. 4,030,698 presentada 21 de junio de 1977 a Hansen, describe un ensamble de elevación para uso en el ascenso y descenso de plataformas sobre las columnas. El ensamble de elevación tiene porciones anulares superiores e inferiores interconectadas mediante un motor hidráulico para el movimiento vertical relativo entre ellos, y ensambles de sujeción operados neumáticamente arqueados colocados en las porciones superiores e inferiores del elevador. Cada uno de los ensambles de sujeción se puede reemplazar de manera desprendióle de su posición en el ensamble de elevación sin desprender el ensamble de elevación de la plataforma que lo rodea.
Es un objetivo de la presente invención para proporcionar un aparato de manipulación de tuberías para desprender una tubería que se atascó en un cabezal de pozo.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que disminuye el número de componentes agregados a tales sistemas.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un elevador telescópico que ejerce una fuerza hacia arriba sobre el aparato de manipulación de tuberías para remover una tubería de un cabezal de pozo.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una aparato de manipulación de tuberías que ejerce una fuerza hacía arriba sobre el ensamble de sujeción del mismo para remover una tubería de un cabezal de pozo.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que tenga un elevador telescópico para remover una tubería atascada de un cabezal de pozo.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que disminuye la cantidad de calibración requerida para mover la tubería de una orientación horizontal a una orientación vertical.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que funciona con un solo grado de libertad para mover la tubería sin ajustes entre los componentes.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que puede transportarse en un patín o sobre un camión.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que permite el autocentrado de la tubería.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que se puede utilizarse independientemente de la plataforma existente.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que evita el uso de múltiples cilindros hidráulicos y accionadores para mover la tubería entre una orientación horizontal y vertical.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que disminuya la cantidad de instrumentación y controles utilizados para llevar a cabo las actividades de manipulación de tuberías.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que permite que la tubería se cargue debajo del miembro estructural giratorio principal de elevación.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que es de mínimo costo y fácil de usar.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de manipulación de tuberías que permite a los trabajadores no expertos llevar a cabo las actividades de manipulación de tuberías.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la lectura de la especificación y reivindicaciones anexas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un aparato de manipulación de tuberías que comprende una base, un miembro estructural giratorio principal pivotalmente conectado a la base, un medio de manipulación de tuberías conectado al miembro estructural giratorio principal, y un medio de elevación conectado al medio de manipulación de tuberías. El medio de manipulación de tuberías mueve la tubería de una orientación generalmente horizontal a una orientación vertical. El medio de elevación ejerce una fuerza hacia abajo en relación generalmente paralela a la tubería cuando la tubería se encuentra en la orientación vertical.
El medio de manipulación de tubería comprende un medio de sujeción para sujetar una superficie externa de la tubería. El medio de tuberías también tiene un ensamble de palanca conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal donde el ensamble de palanca tiene una primera porción que se extiende hacia afuera en un ángulo obtuso con respeto una segunda porción, un brazo conectado pivotalmente en un extremo a la primera porción del ensamble de palanca y que se extiende hacia afuera del mismo, un enlace conectado pivotalmente a la segunda porción del ensamble de palanca donde el enlace es giratorio en un extremo de la segunda porción opuesta a la primera porción para mover en relación con el movimiento del miembro estructural giratorio principal entre la primera y segunda posiciones, y un tirante que tiene un extremo conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal y un extremo opuesto conectado pivotalmente entre los extremos del brazo. El medio de manipulación de tuberías mueve la tubería entre la orientación generalmente horizontal a la orientación vertical dentro de un solo grado de libertad.
El medio de sujeción comprende un bastidor de enchufado fijo al extremo opuesto del brazo, un primer sujetador que se extiende hacia afuera del bastidor de enchufado en un lado opuesto del brazo, y un segundo sujetador que se extiende hacia afuera del bastidor de enchufado en el lado opuesto del brazo en relación separada al primer sujetador. El primer y segundo sujetadores se pueden trasladar a lo largo del bastidor de enchufado, el medio de elevación está conectado al bastidor de enchufado del medio de sujeción. El medio de elevación está fijo al bastidor de enchufado del medio de sujeción.
El medio de elevación comprende un ensamble de pistón y cilindro colocado en relación con el bastidor de enchufado, un accionador hidráulico conectado al ensamble pistón y cilindro. El accionador hidráulico es adecuado para pasar fluido hidráulico al ensamble de pistón y cilindro para mover el ensamble de pistón y cilindro de una posición retraída a una posición extendida. El ensamble de pistón y cilindro comprende un cilindro colocado en relación con el bastidor de enchufado y un pistón colocado de manera que se pueda trasladar dentro del cilindro. El pistón comprende un cabezal colocado dentro del cilindro y una varilla que se extiende desde el cabeza. La varilla es adecuada para extenderse hacia afuera del cilindro. El cilindro tiene un primera interior y un segundo interior. El cabezal del pistón está colocado entre el primer interior y el segundo interior. La varilla del pistón está colocado dentro del segundo interior. El accionador hidráulico tiene una primera línea conectada al primer interior del cilindro. El accionador hidráulico tiene una segunda línea conectada al segundo interior del cilindro. El accionador hidráulico adecuado para pasar fluido hidráulico para mover el pistón entre la posición retraída y la posición extendida.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías de acuerdo con las enseñanzas de la modalidad preferida de la presente invención.
La figura 2 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías de la presente invención en una primera posición.
La figura 3 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías que se mueve de la primera posición hacia la segunda posición.
La figura 4 es una vista en elevación lateral del aparato de manipulación de tuberías que muestra el aparato de manipulación de tuberías mientras mueve la tubería adicionalmente hacia la segunda posición.
La figura 5 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías en su segunda posición en la que la tubería se extiende en una orientación vertical.
La figura 6 es una ilustración del ensamble de sujeción mientras traslada verticalmente la tubería.
La figura 7 es una vista en elevación lateral de una primera modalidad alternativa del ensamble de sujeción de la presente invención.
La figura 8 es una vista en elevación lateral que muestra una segunda modalidad alternativa del ensamble de sujeción de la presente invención.
La figura 9 es una vista en elevación lateral que muestra una tercera modalidad alternativa del ensamble de sujeción de la presente invención.
La figura 10 muestra una vista en elevación lateral aislada de la modalidad preferida del medio de elevación en la posición extendida.
La figura 1 1 muestra una vista en elevación lateral aislada de la modalidad preferida del medio de elevación en la posición retraída.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con respecto a la figura 1 , se muestra el aparato de manipulación de tuberías 10 de acuerdo con la modalidad preferida de la invención. El aparato de manipulación de tuberías 10 está montado en un patín 12 que está soportado al lecho 14 de un vehículo, como un camión. El aparato de manipulación de tuberías 10 en particular incluye un miembro estructural giratorio principal 16 que es pivotalmente movible entre una primera posición y una segunda posición. En la figura 1 , se muestra particularmente una posición intermedia del aparato de manipulación de tuberías 10. En esta posición, la tubería 18 está ilustrada en su posición antes de la instalación en la plataforma de perforación 20. Un ensamble de palanca 22 está conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal 16. Un brazo 24 está conectado pivotalmente a un extremo del ensamble de palanca 22 opuesto al miembro estructural giratorio principal 16. Un medio de sujeción 26 está fijamente conectado a un extremo opuesto del brazo 24 opuesto al ensamble de palanca 22. El medio de sujeción 26 incluye el cuerpo 28 y los sujetadores 30 y 32. Un enlace 34 tiene un extremo conectado pivotalmente al patín 12 y un extremo opuesto conectado pivotalmente al extremo del ensamble de palanca 22 opuesto al brazo 24. Un tirante 36 está conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal 16 y también pivotalmente conectada al brazo 24 entre el ensamble de palanca 22 y el cuerpo 28 del medio de sujeción 26.
En la presente invención, el miembro estructural giratorio principal 16 es un armazón estructural de puntales, miembros cruzados y vigas. En particular, en la presente invención, el miembro estructural giratorio principal 16 está configurada para tener una parte interna abierta de tal modo que la tubería 18 podrá levantarse de una manera que pase a través del interior del miembro estructural giratorio principal 16. De tal modo, el extremo 38 del miembro estructural giratorio principal 16 debe reforzarse sólidamente para proveer la integridad estructural necesaria al miembro estructural giratorio principal 16. Una oreja 40 se extiende hacia afuera desde un lado del miembro estructural giratorio principal 16. Esta oreja 40 es adecuada para la conexión pivotable al ensamble de palanca 22. El miembro estructural giratorio principal 16 está conectado pivotablemente a un extremo opuesto 42 a una ubicación en el patín 12. La conexión pivotable en el extremo 42 del miembro estructural giratorio principal 16 está ubicada en relación compensada y sobre la conexión giratoria 44 del enlace 34 con el patín 12. Un miembro de marco pequeño 46 se extiende hacia afuera desde el miembro estructural giratorio principal 16 opuesta al enlace 34. Este ensamble de marco 46 tiene una conexión pivotable con el tirante 36.
El ensamble de palanca 22 incluye una primera porción 48 y una segunda porción 50. La primera porción 48 se extiende a un ángulo obtuso con respecto a la segunda porción 50. Un enlace 34 está conectado pivotalmente al extremo de la segunda porción 50 opuesta a la primera porción 48. El brazo 24 está conectado pivotalmente al extremo de la primera porción 48 opuesta a la segunda porción 50. La oreja 40 del miembro estructural giratorio principal 16 está conectada pivotalmente en un área generalmente entre la primera porción 48 y la segunda porción 50. Esta disposición única del ensamble de palanca 22 facilita la capacidad de la presente invención de llevar a cabo el movimiento de la tubería 18 entre la orientación horizontal y la orientación vertical.
El brazo 24 tiene un extremo conectado pivotalmente al extremo de la primera porción 48 del ensamble de palanca 22. El extremo opuesto del brazo 24 está conectado al medio de sujeción 26. En particular, un par de conexiones de pasador acopla una superficie del cuerpo 28 del medio de sujeción 26 para colocar fijamente el medio de sujeción 26 con respecto al extremo del brazo 24. Las conexiones de pasador 52 y 54 pueden ser pernos, u otros sujetadores para conectar firmemente el cuerpo 28 del medio de sujeción 26 con el brazo 24. Los pernos asociados con las conexiones de pasador 52 y 54 pueden desprenderse de tal manera que otro medio de sujeción 26 puede fijarse al extremo del brazo 24. De este modo, el aparato de manipulación de tubería 0 de la presente invención puede ser adaptable a varios tamaños de tubería 18 y varias alturas de equipos de perforación 20.
El medio de sujeción 26 incluye el bastidor de enchufado 28 con los sujetadores 30 y 32 que pueden trasladarse a lo largo de la longitud del bastidor de enchufado tubería 28. Esta traslación vertical de los sujetadores 30 y 32 permite que la tubería 18 se mueva adecuadamente hacia arriba y hacia abajo una vez que la orientación vertical de la tubería 18 se alcanza.
Los sujetadores 30 y 32 son en la naturaleza de sujetadores convencionales que pueden abrirse y cerrarse para acoplarse a la superficie exterior de la tubería 18, como se desee.
El enlace 34 es un miembro alargado que se extiende desde la conexión pivotable 44 hacia la conexión pivotable 68 de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22. El enlace 34 no es extensible y generalmente se extiende de manera adyacente al lado opuesto desde el miembro estructural giratorio 16 de aquélla del brazo 24. El enlace 34 generalmente se moverá en relación con el movimiento del miembro estructural giratorio 16. El tirante 36 está conectado pivotalmente al armazón pequeño 46 asociado con el miembro estructural giratorio principal 16 y también puede conectarse pivotalmente a una ubicación a lo largo del brazo 26 entre los extremos del mismo. El tirante 36 proporciona soporte estructural al brazo 24 y también facilita el movimiento deseado del brazo 24 durante el movimiento de la tuberia 18 entre la orientación horizontal y la orientación vertical.
Los accionadores 56 y 58 están ilustrados con un extremo conectado al patín 12 y un extremo opuesto conectado al miembro estructural giratorio principal 16 en una ubicación arriba del extremo 42. Cuando los accionadores 56 y 58 se activan, girarán el miembro estructural giratorio principal 16 hacia arriba desde la orientación horizontal finalmente a una posición más allá de la vertical para causar que la tubería 18 alcance una orientación vertical. Dentro del concepto de la presente invención, puede utilizarse un solo accionador hidráulico en vez del par de accionadores hidráulicos 56 y 58 como se ilustra en la figura 1.
El equipo de perforación 20 se ilustra como tuberías de perforación 60 y 62 que se extienden hacia arriba para tener un extremo arriba del piso de perforación 64. Cuando la tubería 18 está en su posición vertical, el movimiento de traslación de los sujetadores 30 y 32 puede utilizarse para causar que el extremo de la tubería 18 se acople con la caja de una de las tuberías de perforación 60 y 62.
En la figura 1 , el movimiento general del extremo inferior de la tubería 18 se ilustra mediante la línea 66. El movimiento del punto giratorio 68 de la conexión entre el ensamble de palanca 22 y el enlace 34 se ilustra por la línea 70. La línea curva 72 ilustra el movimiento de la conexión pivotable 40 entre el miembro estructural giratorio principal 16 y el ensamble de palanca 22.
En la presente invención, el movimiento coordinado de cada uno de los miembros no extensibles del aparato 10 se alcanza con una configuración adecuada y relaciones angulares. En esencia, la presente invención proporciona un enlace de cuatro barras entre varios componentes. Como un resultado, el movimiento de la tubería de perforación 18 entre un orientación horizontal y una orientación vertical puede alcanzarse puramente a través de los mecanismos asociados con los diferentes componentes. Como puede observarse, únicamente puede ser necesario un solo accionador hidráulico para alcanzar este movimiento deseado. No es necesario que haya un movimiento coordinado de los accionadores hidráulicos. Los accionadores hidráulicos únicamente se utilizan para mover en pivote el miembro estructural giratorio principal. Ya que el patín 12 se localiza en el lecho de un vehículo 14, el vehículo 14 puede maniobrarse en el lugar para alinearse adecuadamente con la línea centra de la tubería de perforación 60 y 62 del equipo de perforación 20. Una vez que la se ha logrado la alineación adecuada mediante el vehículo 14, el aparato 10 puede ponerse a funcionar para mover efectivamente la tubería de perforación a su posición deseada. Los ensambles de sujeción de la presente invención permiten que la tubería de perforación 18 se mueva hacia arriba y hacia abajo para el enchufado adecuado de las tuberías de perforación 60 y 62. La presente invención se puede adaptar a varios enlaces de la tubería 18.
Pueden instalarse varios tipos de medios de sujeción 26 en el extremo del brazo 24 para acomodar adecuadamente las longitudes más largas de la tubería 18. Estas variaciones se ilustran aquí en conexiones de las figuras 6 - 9.
De este modo, en vez de los mecanismos de control complejos que se requieren con los sistemas de la técnica antecedente, la presente invención logra sus resultados mediante una simple maniobra del vehículo 14 junto con la operación de los cilindros hidráulicos 56 y 58. Los demás enlaces y el movimiento de la tubería 18 se alcanzan meramente debido a las conexiones mecánicas entre los diferentes componentes. De tal manera, la presente invención asegura un autocentrado preciso de la tubería 18 con respecto a la tubería de conexión deseada. Esto se logra únicamente con un grado de libertad en el sistema de manipulación de tuberías.
Aún en cuanto a la figura 1 , el aparato de manipulación de tuberías 10 tiene una base 214, un miembro estructural giratorio principal 16 conectado pivotalmente a la base 214, un medio de manipulación de tuberías 218 conectado al miembro estructural giratorio principal 16 para mover la tubería 18 de una orientación generalmente horizontal a una orientación vertical, y un medio de elevación 200 conectado al medio de manipulación de tuberías 218 para ejercer una fuerza hacia abajo en relación generalmente paralela a la tubería 18 cuando la tubería 18 está en orientación vertical. El medio de manipulación de tuberías 218 tiene un medio de sujeción 26 conectado operativamente al bastidor 244 para sujetar una superficie externa de la tubería 18. El medio de elevación 200 está fijo al bastidor de enchufado 28. El medio de manipulación de tuberías 218 mueve la tubería 18 entre la orientación generalmente horizontal a la orientación vertical dentro de un solo grado de libertad. El medio de manipulación de tuberías 218 tiene un ensamble de palanca 22 conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal 16. El ensamble de palanca 22 tiene una primera porción 48 que se extiende hacia afuera en un ángulo obtuso con respecto a una segunda porción 50. Un brazo 24 está conectado pivotalmente a un extremo 246 a la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 y se extiende hacia afuera del mismo. Un enlace 34 está conectado pivotalmente a la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22. El enlace 34 es pivotable en un extremo de la segunda porción 50 opuesta a la primera porción 48 para moverse en relación con el movimiento del miembro estructural giratorio principal 16 entre la primera y segunda posiciones. Un medio de sujeción 26 está fijo a un extremo opuesto 246 del brazo 24 para sujetar una superficie extema de la tubería 18. Un tirante 36 tiene un extremo 250 conectado pívotalmente al miembro estructural giratorio principal 16 y un extremo opuesto 252 conectado pívotalmente al brazo 24 entre los extremos 226 y 246 del brazo 24.
La figura 2 ¡lustra la tubería de perforación 18 en una orientación generalmente horizontal. En la presente invención, es importante notar que la tubería de perforación puede suministrarse al aparato 10 en una posición debajo del miembro estructural giratorio principal 16. En particular, la tubería de perforación puede cargarse con el patín 12 en una ubicación generalmente adyacente a los sujetadores 30 y 32 asociada con el medio de sujeción 26. De tal manera, la presente invención facilita el suministro de la tubería de perforación a la ubicación deseada. El sujetador 30 y 32 sujetará la superficie exterior de la tubería 18 en esta orientación horizontal.
En la figura 2, puede observarse que el miembro estructural giratorio principal 16 reside sobre la tubería de perforación 18 y en relación generalmente paralela a la superficie superior del patín 12. El ensamble de palanca 22 se mueve en pivote adecuadamente para que el brazo 24 se extienda a través del interior del armazón del miembro estructural giratorio principal 16 y de tal manera que el medio de sujeción 26 se acopla con la tubería 18. El tirante 36 reside en conexión con el armazón pequeño del miembro estructural giratorio principal 16 y también está conectada pivotalmente al brazo 24. El enlace 34 residirá debajo del miembro estructural giratorio principal 6 generalmente adyacente a la superficie superior del patín 12 y está conectado a la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 debajo del miembro estructural giratorio principal 16.
La figura 3 muestra una posición intermedia de la tubería de perforación 18 durante el movimiento de la orientación horizontal a la orientación vertical. Como puede observarse, el medio de sujeción 26 se acopló con la tubería 18. El ensamble de palanca 22 se mueve en pivote para que el extremo 70 de la tubería 18 pase a través del interior del armazón del miembro estructural giratorio principal 16. También, el brazo asociado con el medio de sujeción 26 sirve para mover el bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26 a través del interior del armazón del miembro estructural giratorio principal 16. El tirante 36 se pone en la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 para que suceda este movimiento. El enlace 34 jala el extremo de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 para sacar la primera porción 48 hacia arriba y causar el movimiento del bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26. Los accionadores hidráulicos 56 y 58 han sido operados con el fin de empujar el miembro estructural giratorio principal 16 pivotalmente hacia arriba.
La figura 4 muestra un movimiento intermedio adicional de la tubería de perforación 18. Una vez más, los accionadores hidráulicos 56 y 58 empuja el miembro estructural giratorio principal 16 angularmente hacia arriba desde la superficie superior del patín 12. Esto causa que el enlace 34 tenga una fuerza de tracción en la conexión giratoria 68 de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22. Esto hace que la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 se mueva hacia arriba haciendo así que el brazo 24, en combinación con el tirante 36, levante el medio sujetador 26 más hacia arriba y jale el tubo 18 completamente por el interior del miembro estructural giratorio principal 16 . Como puede observarse, el tamaño y relación relativa de los componentes de la presente invención logran el movimiento de la tubería 18 sin la necesidad de separar los accionadores hidráulicos.
El medio de sujeción 26 tiene un bastidor de enchufado 28 que tiene una superficie 224 fijada a un extremo opuesto 226 del brazo 24, un primer sujetador 30 que se extiende hacia fuera del bastidor de enchufado 28 en un lado 228 opuesto al brazo 24, un segundo sujetador 32 que se extiende hacia fuera del bastidor de enchufado 28 en el lado opuesto al brazo 228 24 en relación espaciada con el primer sujetador 30. Los sujetadores primero y segundo 30 y 32 son desplazables a lo largo del bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26.
La figura 5 ilustra la tubería de perforación 18 en una orientación vertical. Como puede observarse, la tubería de perforación 18 está colocada directamente arriba de la tubería subyacente 62 sobre la plataforma de perforación 20. El movimiento pivotal ascendente del miembro estructural giratorio principal 16 es causado por los cilindros hidráulicos 56 y 58. Esto causa que el enlace 34 gire y saque el extremo de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 hacia abajo. El ensamble de palanca 22 gira sobre el punto de giro 40 de tal manera que la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 tiene un pivote 72 en su extremo superior. La abrazadera 36 ahora se gira en una posición para proporcionar soporte para el brazo 24 en esta posición superior. El medio de sujeción 26 tiene los sujetadores 30 y 32 alineados verticalmente y en relación paralela espaciada entre sí. Si se requiere cualquier movimiento preciso adicional entre el extremo inferior 80 de la tubería 18 y el extremo superior 82 de la tubería 62, entonces el vehículo 14 puede moverse ligeramente para alcanzar movimiento preciso adicional. De la manera descrita anteriormente, la tubería de perforación 18 alcanzó una orientación completamente vertical debido a la interrelación de los diferentes componentes de la presente invención y sin la necesidad de mecanismos e hidráulica de control complejo.
Con el fin de instalar el tubo de perforación 8 sobre el tubo 62, es necesario solamente desplazar verticalmente los sujetadores 30 y 32 dentro del bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26. De este modo, el extremo 80 puede enchufarse en la conexión de caja 82 de tubería 62. Se pueden utilizar tenazas, rotámetro u otros mecanismos adecuados para girar el tubo 18 con el fin de lograr una conexión deseada. Se pueden liberar los sujetadores 30 y 32 desde el exterior del tubo 18 y devolver a la posición original de tal manera que se pueda instalar otro segmento de tubo de perforación. Se puede ver el medio de elevación 200 como si estuviera fijo en el bastidor de enchufado 28. El medio de sujeción 26 está fijado a la estructura de manipulación de tuberías 244.
La figura 6 es una vista detallada del medio de sujeción 26 de la presente invención. En la figura 6 las conexiones de pasador 52 y 54 se han instalado en agujeros alternativos formados en el bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26. Los agujeros, tal como el agujero 84, se pueden formar en una superficie del bastidor de enchufado 28 con el fin de permitir la conexión selectiva entre el extremo del brazo 24 y el bastidor de enchufado 28 del medio de sujeción 26. Asi, la posición del medio de sujeción 26 en relación con el brazo 24 puede adaptarse a varias circunstancias.
Se puede observar que el tubo 18 está enganchado por los sujetadores 30 y 32 del medio de sujeción 26. La configuración de los sujetadores 30 y 32, como se muestra en la figura 6, están especialmente diseñadas para longitudes cortas (aproximadamente 9.14 metros) de tubo de perforación. En la figura 6, se puede observar que los sujetadores 30 y 32 se desplazan en relación con el bastidor de enchufado 28 para mover el extremo inferior 80 del tubo 18 hacia baja para la conexión a un tubo subyacente de una sarta de perforación.
Ocasionalmente, es necesario dar cabida a segmentos de tubo más largos. En otras circunstancias, es conveniente dar cabida a tubos que ya están ensamblados en una longitud extendida. En la figura 7, se puede observar que el tubo de perforación 18 está formado por tramos separados 90, 92, 94 y 96 que se unen en conexión de extremo a extremo para formar un tramo extendido del tubo 18. Cuando tales disposiciones de tubería se requieren, el medio de sujeción 26 de la presente invención tendrá que adaptarse para acomodar tales longitudes extendidas. Afortunadamente, la estructura del aparato 10 de la presente invención puede acomodar tal una disposición. Como se puede ver en la figura 7, el brazo 24 está conectado a un primer ensamble de sujeción 100 y conectado mediante un bastidor de enchufado 102 a un segundo ensamble de sujeción 104. El segundo ensamble de sujeción 104 está ubicado directamente debajo y verticalmente alineado con el primer ensamble de sujeción 100. El bastidor de enchufado 102 incluye una conexión de pasador adecuado para acoplar el cuerpo 106 del segundo ensamble de sujeción 104. El primer ensamble de sujeción 100 tiene un cuerpo 108 que está directamente conectado a las conexiones de pasador asociadas con el brazo 24. El ensamble de sujeción 100 incluye sujetadores 1 0 y 12 que se acoplan en posición intermedia a lo largo de la longitud de la tubería 18. Los sujetadores 1 14 y 1 16 del segundo ensamble de sujeción 104 acoplan la porción inferior de la tubería 18. El método de movimiento de la tubería 8 de la posición horizontal a la posición vertical es similar a la descrita anteriormente.
Cabe señalar que el brazo 24 se puede extender en varios ángulos con respecto al ensamble de sujeción. En la modalidad preferida, el brazo 24 será en general transversal a la longitud del cuerpo asociado con los ensambles de sujeción. Sin embargo, si es necesario dar cabida a cierta altura y disposiciones de equipo de perforación, el brazo de 24 puede ser inclinado hasta 30° de la línea transversal con respecto al cuerpo asociada con el ensamble de sujeción.
En la figura 8, se puede ver que el brazo 24 tiene un primer bastidor de enchufado 120 que se extiende hacia arriba desde la parte superior del brazo 24 y un segundo bastidor de enchufado 122 que se extiende por debajo del brazo 24. El bastidor de enchufado 120 incluye un ensamble de sujeción 124 fijado al mismo. El bastidor de enchufado 122 incluye un ensamble de sujeción 126 conectado al mismo. El brazo 24 incluirá conexiones de pasador adecuados ubicados en la superficie superior del mismo y una superficie inferior del mismo para acoplarlo con los bastidores de enchufado 120 y 122. El ensamble de sujeción 124 tiene sujetadores adecuados 128 y 130 para acoplar una porción superior de la tubería 1 32. El ensamble de sujeción 126 incluye sujetadores 134 y 136 para acoplarse con una porción inferior de la tubería 132. Como se ilustra en la figura 8, la tubería 132 es una tubería de múltiples tramos. Sin embargo, la tubería 32 puede ser un tramo extendido de un solo tramo de tubería.
La figura 9 muestra otra modalidad de la estructura del ensamble de sujeción de la presente invención. En la figura 9, el brazo 24 está conectado al bastidor de enchufado superior 150 y al bastidor de enchufado inferior 152. Se proporcionan os ensambles de sujeción 154, 156 y 58. El ensamble de sujeción 154 está conectado a un extremo superior del bastidor de enchufado superior 150. El ensamble de sujeción 158 está conectado a un extremo inferior del bastidor de enchufado inferior 152. El ensamble de sujeción 156 está ubicado de manera intermedia directamente en el lado opuesto del extremo del brazo 24 y está conectado al extremo inferior del bastidor de enchufado superior 150 y al extremo superior del bastidor de enchufado inferior 152. Por lo tanto, la presente invención provee hasta tres ensambles de sujeción para que se conecten. Esto puede utilizarse para acomodar longitudes incluso más grandes de la tubería si es necesario.
La presente invención logra un número de ventajas sobre la técnica antecedente. Lo que es más importante, la presente invención provee un aparato y método de manipulación de tuberías que disminuye el número de mecanismos de control, sensores y sistemas hidráulicos asociados con el sistema de manipulación de tuberías. Puesto que el movimiento del tubo se realiza de manera puramente mecánica, es necesario sólo un accionador hidráulico individual para el movimiento del miembro estructural giratorio principal. Todos los otros movimientos se lograr mediante la interrelación de los diferentes componentes. De este modo, la presente invención logra libertad de los errores y desviaciones que puedan ocurrir a través del uso de múltiples sistemas hidráulicos. La simplicidad de la presente invención facilita la capacidad de un trabajador con relativamente poca experiencia para operar el sistema de manipulación de tuberías. La cantidad de calibración es relativamente mínima. Puesto que el patín 12 asociado con la presente invención puede ser transportado por un camión, se pueden lograr varios movimientos finos y la ubicación del aparato de manipulación de tuberías mediante el simple movimiento del vehículo. El aparato de manipulación de tuberías de la presente invención es independiente del equipo de perforación.
De este modo, un solo aparato de manipulación de tuberías que está construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención puede utilizarse en muchas plataformas y puede utilizarse en cualquier momento cuando se requiera. No es necesario modificar la plataforma de perforación de ninguna manera para acomodar el aparato de manipulación de tuberías de la presente invención. Dado que los tubos se cargan por debajo del miembro estructural giratorio principal, se puede lograr de manera muy simple la provisión del tubo al aparato de manipulación de tuberías. No es necesario elevar las tuberías a una elevación u orientación en particular para encender el sistema de manipulación de tuberías.
En las figuras 1 a 9, el medio de elevación 200 de la presente invención está ubicado discretamente en el bastidor de enchufado 28 del medio sujetador 26 del aparato de manipulación de tuberías 10. El medio de elevación 200 permanece en una posición retraída, como se muestra en las figuras 1 a 9, mientras que el aparato de manipulación de tuberías 10 suministra tubulares 18 al tubo de perforación 62 y desde el mismo. Es decir, el medio de elevación 200 se encuentra en la posición retraída, mientras que el aparato de manipulación de tuberías 10 mueve el tubo 18 entre las orientaciones vertical y horizontal.
Haciendo referencia a la figura 10, se muestra una vista lateral en elevación aislada de la modalidad preferida del medio de elevación 200 unido al bastidor de enchufado 28 del medio de manipulación de tuberías 218. El medio de elevación (200) se fija al bastidor de enchufado 28. La modalidad del medio de elevación 200 mostrada en la figura I0 es un ensamble de pistón y cilindro. El pistón 208 es movible dentro del cilindro 206. El pistón 208 tiene un cabezal 207 que separa el interior del cilindro 206 en dos interiores. Una varilla 209 se une al cabezal 207 para formar el pistón 208. El cabezal 207 y la varilla 209 se mueven dentro del cilindro 206.
Cuando el medio de sujeción 26 no tiene la fuerza necesaria que se requiere para retirar el tubo 18 que está atascado en el pozo perforado 238, el accionador hidráulico 212 bombea fluido hidráulico 217 a través de la primera línea 213 al primer interior 219 del cilindro 206 con el fin de mover el pistón 208 hacia abajo para que la varilla 209 toque el piso de pozo 64 y pueda empujar así el bastidor de enchufado 28 hacia arriba, junto con el tubo 18. El líquido hidráulico 217 en el segundo interior 221 sale del cilindro 206 a través de la segunda linea 215 y se recicla de vuelta al accionador hidráulico 212. La presión del fluido hidráulico 217 en el primera interior 219 es mayor que la presión del fluido hidráulico 217 en el segundo interior 221 . El accionador hidráulico 212 puede estar ubicado cerca del medio de manipulación de tuberías 218 o remotamente del mismo. El medio de manipulación de tuberías 218 puede ser cualquier aparato de manipulación de tuberías. El medio de elevación 200 está mostrado en la posición extendida en la figura 10. El medio de elevación 200 ha quitado el tubo 18 que estaba atascado en el pozo perforado 238. El tubo 18 está colocado sobre el cabezal de pozo 242. En la figura 10, el volumen del primer interior 219 es mayor que el volumen del segundo interior 221 cuando el medio de elevación 200 está en la posición extendida.
Haciendo referencia a la figura 1 1 , se muestra una vista lateral aislada en elevación de la modalidad preferida del medio de elevación 200 en la posición retraída. El medio de elevación 200 se retrajo después de que el medio de elevación 200 quitó el tubo 18 del pozo perforado 238. El pistón 208 del medio de elevación 200 se encuentra en el interior del cilindro 206. El cabezal 207 del pistón e encuentra cerca de la parte superior del cilindro 206. Se retiró fluido hidráulico 217 del primer interior 219 del cilindro mediante el accionador hidráulico 212 a través de la línea 213. Se bombeó fluido hidráulico 217 en el segundo interior 221 mediante el accionador hidráulico 212 a través de la linea 215. En la figura 1 1 , el volumen del segundo interior 221 es mayor que el volumen del primer interior 219 cuando el medio de elevación 200 está en la posición retraída.
El accionador hidráulico 212 mostrado en las figuras 10 y 1 1 puede bombear el fluido hidráulico 217 de ida y vuelta a través de lineas 213 y 215 a fin de aumentar o disminuir el volumen de los interiores primero y segundo 219 y 221 para mover el pistón 208 y el cilindro 206 del medio de elevación 200 entre las posiciones extendida y retraída.
El método para la presente invención para retirar un tubo de un cabezal de pozo incluye los pasos de formar un aparato de manipulación de tuberías 10 mostrado en las figuras 1-9. El aparato de manipulación de tuberías 10 tiene un sujetador 32 en un extremo del mismo. Haciendo referencia a las figuras 10 y 1 1 , el sujetador 32 está colocado arriba de la boca de pozo 242 para recibir el tubo 18 en el mismo. El sujetador 32 sujeta el tubo 18. El bastidor de enchufado 28 tiene un medio de elevación 200 colocado en un fondo 232 del mismo. El medio de elevación 200 tiene el pistón 208 colocado telescópicamente en adyacencia al bastidor de enchufado 28. El medio de elevación 200 es activado para mover telescópicamente el pistón 208 a una posición extendida en relación con el bastidor de enchufado 28. Una vez que el tubo 18 ha sido retirado del pozo perforado 238, como se muestra en la figura 10, el medio de elevación 200 se retrae para mover telescópicamente el pistón 208 a una posición retraída en relación con la base, como se muestra en la figura 1 1. La posición retraída del medio de elevación 200 puede verse en la Figura 1 1.
Mientras que el medio de elevación 200 de la modalidad preferida mostrada en las figuras 10 a 11 tiene un pistón 208 en un solo cilindro 206, la presente invención contempla que el medio de elevación 200 puede tener cualquier número de ensambles de pistón y cilindro en serie o en paralelo que sea adecuado para una aplicación particular en un pozo.
La exposición y la descripción precedentes de la invención son ilustrativas y explicativas de la misma. Se pueden hacer varios cambios de los detalles de la construcción ilustrada dentro del alcance de las reivindicaciones anexas sin apartarse del espíritu verdadero de la invención. La presente invención debe estar limitada sólo por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales.

Claims (1)

  1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un aparato de manipulación de tuberías, que comprende: una base; un miembro estructural giratorio principal conectado pivotalmente a dicha base; un medio de manipulación de tuberías conectado a dicho miembro estructural giratorio principal para mover un tubo de una orientación generalmente horizontal a una orientación vertical; y un medio de elevación conectado a dicho medio de manipulación de tuberías, dicho medio de elevación siendo para ejercer una fuerza hacia abajo en relación generalmente paralela a dicho tubo, cuando dicho tubo se encuentra en la orientación vertical. 2 - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho medio de manipulación de tuberías comprende: un medio de sujeción para sujetar una superficie exterior de dicho tubo, dicho medio de sujeción teniendo un bastidor de enchufado, dicho medio de elevación estando fijado a dicho bastidor de enchufado de dicho medio de sujeción . 3.- El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho medio de elevación comprende: un ensamble de pistón y cilindro colocado en relación con dicho bastidor de enchufado; y un accionador hidráulico conectado a dicho ensamble de pistón y cilindro, dicho accionador hidráulico siendo adecuado para pasar fluido hidráulico a dicho ensamble de pistón y cilindro para mover dicho ensamble de pistón y cilindro de una posición retraída a una posición extendida. 4. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicho ensamble de pistón y cilindro comprende: un cilindro colocado en relación a dicho bastidor de enchufado; y un pistón colocado desplazablemente dentro de un interior de dicho cilindro. 5. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho pistón comprende: una cabeza colocada dentro de dicho interior de dicho cilindro; y una varilla que se extiende desde dicha cabeza, dicha varilla siendo adecuada para extenderse hacia fuera de dicho cilindro. 6. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho cilindro tiene un primer interior y un segundo interior, dicha cabeza de dicho pistón estando colocada entre dicho primer interior y dicho segundo interior, dicha varilla de pistón estando colocada en dicho segundo interior. 7. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicho accionador hidráulico tiene una primera línea conectada a dicho primer interior de dicho cilindro y dicho accionador hidráulico tiene una segunda línea conectada a dicho segundo interior de dicho cilindro. 8. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicho accionador hidráulico es adecuado para pasar líquido hidráulico para mover dicho pistón entre dicha posición extendida y dicha posición retraída. 9. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho medio de manipulación de tuberías para mover dicho tubo entre dicha orientación generalmente horizontal y dicha orientación vertical dentro de un solo grado de libertad. 10. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho medio de manipulación de tuberías comprende: un ensamble de palanca giratorio conectado pivotalmente al miembro estructural giratorio principal, dicho ensamble de palanca teniendo una primera porción que se extiende hacia fuera en un ángulo obtuso con respecto a una segunda porción; un brazo conectado pivotalmente en un extremo de dicha primera porción de dicho ensamble de palanca y que se extiende hacia fuera del mismo; un elemento de enlace conectado pivotalmente a dicha segunda porción de dicho ensamble de palanca, dicho elemento de enlace siendo pivotable en un extremo de dicha segunda porción opuesta de dicha primera porción de manera que se muevan en relación con el movimiento de dicho miembro estructural giratorio principal entre dichas posiciones primera y segunda; un medio de sujeción fijado en un extremo opuesto de dicho brazo, dicho medio de sujeción siendo para sujetar una superficie exterior del tubo; y un tirante que tiene un extremo conectado pivotalmente a dicho miembro estructural giratorio principal y un extremo opuesto conectado pivotalmente con dicho brazo entre dichos extremos de dicho brazo. 1 1 . - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho medio de sujeción comprende: un bastidor de enchufado de tuberías que tiene una superficie fijada a dicho extremo opuesto a dicho brazo; un primer sujetador que se extiende hacia fuera de dicho bastidor de enchufado en un lado opuesto a dicho brazo; y un segundo sujetador que se extiende hacia fuera de dicho bastidor de enchufado de tuberías en dicho lado opuesto a dicho brazo en relación espaciada con dicho primer sujetador. 12. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque dichos sujetadores primero y segundo son desplazables a lo largo de dicho bastidor de enchufado y dicho medio de elevación está conectado con el bastidor de enchufado de dicho medio de sujeción. 13. - Un aparato para remoción de tubos, que comprende: una estructura de manipulación de tuberías; un medio de sujeción que se extiende hacia fuera de dicha estructura de manipulación de tuberías para sujetar un tubo; y un medio de elevación conectado a dicho medio para sujeción de tubos para ejercer una fuerza hacia abajo en relación generalmente paralela con dicho tubo sujetado por dicho medio tubos de sujeción de tubos. 14. - El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho medio de sujeción comprende: un bastidor de enchufado; y un sujetador que se extiende hacia fuera de dicho bastidor de enchufado, dicho medio de elevación estando conectado con dicho bastidor de enchufado. 15. - El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque dicho medio de elevación comprende: un cilindro montado a dicho bastidor de enchufado; un pistón recibido desplazablemente en dicho cilindro; y un accionador hidráulico que está conectado operativamente a dicho cilindro para mover dicho pistón entre un posición retraída y una posición extendida. 16. - El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque dicho pistón comprende: una cabeza colocada en dicho interior de dicho cilindro; y una varilla que se extiende desde dicha cabeza, dicha varilla siendo adecuada para extenderse hacia fuera de dicho cilindro. 17. - El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque dicho cilindro tiene un primer interior y un segundo interior, dicha cabeza de dicho pistón estando colocada entre dicho primer interior y dicho segundo interior, dicha varilla de dicho pistón estando colocada en dicho segundo interior. 18. - El aparato de manipulación de tuberías de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque dicho accionador hidráulico tiene una primera línea conectada a dicho primer interior de dicho cilindro y dicho accionador hidráulico tiene una segunda línea conectada a dicho segundo interior de dicho cilindro. 19 - El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicha estructura de manipulación de tuberías comprende: una base; un miembro estructural giratorio principal conectado pivotalmente a dicha base; y un brazo interconectado a dicho miembro estructural giratorio principal, dicho bastidor de enchufado estando conectado a un extremo de dicho brazo opuesto a dicho miembro estructural giratorio principal. 20.- El aparato para remoción de tubos de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque dicho miembro estructural giratorio principal y dicho brazo es movible dentro de un solo grado de libertad para mover un tubo de una orientación generalmente horizontal a una orientación vertical, dicho miembro estructural principal siendo una pluma.
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