MX2011006188A - Metodo para fabricar y reparar herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas con estructuras de control de corte. - Google Patents
Metodo para fabricar y reparar herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas con estructuras de control de corte.Info
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Abstract
Se describe una herramienta rotativa para perforar material subterráneo. La herramienta rotativa incluye un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzadas con ranuras para desperdicios rebajadas entre las mismas. Los elementos de corte se ubican próximos a un borde periférico delantero de las cuchillas de corte realzadas y las estructuras de control de corte se ubican interiormente de los elementos de corte en una superficie delantera de una ranura para desperdicios adyacente. Las estructuras de control de corte se aseguran de manera liberable al cuerpo de herramienta en la ranura para desperdicios adyacente por lo tanto una herramienta rotativa usada puede renovarse al retirar las estructuras de control de corte desgastadas sin degradar el cuerpo de herramienta y reemplazar las estructuras de control de corte desgastadas por medio de instalar nuevas estructuras de control de corte en las ubicaciones de las estructuras de control de corte desgastadas.
Description
MÉTODO PARA FABRICAR Y REPARAR HERRAMIENTAS ROTATIVAS DE TIPO
ARRASTRE DE FRESAS FIJAS CON ESTRUCTURAS DE CONTROL DE CORTE
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud se relaciona de manera general con herramientas rotativas utilizadas para perforar material subterráneo. De manera más particular, la presente solicitud se dirige a un método para fabricar y reparar herramientas rotativas para perforar material subterráneo que tienen estructuras de control de corte aseguradas de manera liberable al cuerpo de herramienta.
Las barrenas de perforación rotativas de tipo arrastre de fresas fijas que tienen elementos de corte de diamante natural y sintético fijos a una corona distante del cuerpo de barrena se han empleado para perforación subterránea por muchas décadas. Las barrenas de perforación rotativas de tipo arrastre típicamente comprenden un cuerpo de barrena que tiene un fuste para conexión a una sarta de perforación y que abarca un canal interno para suministrar fluido de perforación a la cara de la barrena a través de boquillas u otras aperturas. Las barrenas de arrastre pueden fundirse y/o maquinarse a partir de metal, típicamente de acero, o pueden formarse de partículas de metal resistentes al desgaste (típicamente de carburo de tungsteno (WC) ) infiltrado a altas temperaturas con un material de unión licuado (típicamente cobre) para formar una matriz. Tales barrenas también pueden formarse con tecnología de fabricación de capas, como se describe en la Patente Estadounidense No. 5,433,280 incorporada en la presente para referencia .
Las barrenas de arrastre descritas incluyen fresas de diamante policristalino compacto (PDC) que típicamente comprenden una tabla de diamante grande (usualmente de forma circular, semicircular o lápida) las cuales presentan generalmente una cara de corte plana . Un borde de corte (algunas veces achaflanado o biselado) se forma en un lado de la cara de corte la cual, durante la perforación, se encuentra al menos parcialmente incrustada en el yacimiento para que así el yacimiento se reciba contra al menos una porción de la cara de corte. Conforme la barrena gira, la cara de corte se mueve contra el yacimiento desprendiendo residuos del material del yacimiento (sedimentos de la perforación) que son forzados a salir a la superficie de la cara de corte. En materiales frágiles a presión atmosférica, los sedimentos de la perforación del yacimiento fácilmente se separan de la cara de corte y se fragmentan en pequeñas partículas que se transportan fuera del pozo de sondeo mediante el fluido de perforación circulante. Entonces otros sedimentos de la perforación comienzan a formarse en los alrededores del borde de corte, y son forzados a salir a la cara de la superficie de corte, y se fragmentan de manera similar. Tal acción ocurre en cada elemento de corte en la barrena, remueve material de yacimiento en toda la cara de la barrena, lo que provoca que el pozo de sondeo se vuelva progresivamente más profundo.
Sin embargo, para los yacimientos dúctiles bajo presión que presentan propiedades plásticas, tales como esquistos, lutitas y limolitas profundas altamente presurizadas , los sedimentos de la perforación del yacimiento tienen una marcada tendencia a permanecer intactos y adherirse a la cara de corte del elemento de corte. Si los sedimentos de la perforación no se fragmentan en pequeñas piezas o se remueven de la cara de corte, los sedimentos de la perforación se recolectan como una masa de sedimentos de la perforación al frente de los elementos de corte de PDC y eventualmente obstruyen las ranuras para desperdicios con el material de la perforación. Una vez que ocurre este fenómeno, denominado apelmazamiento de la barrena, la barrena deja de perforar de manera efectiva.
La Patente Estadounidense No. 6,328,117 para Berzas et al., describe el aparato para prevenir el apelmazamiento de la barrena que incluye rompesedimentos fijos sobre las barrenas de perforación de tipo rotativo de fresas fijas utilizadas en la perforación de yacimientos subterráneos. El rompesedimentos incluye una proyección similar a un cuchillo colocado próximo al elemento de corte y adyacente a un recorrido de fluido definido por el cuerpo de barrena. Conforme se generan sedimentos de perforación del yacimiento durante la perforación, los sedimentos de la perforación se mueven sobre la proyección y se dividen o segmentan por la proyección.
Aún en vista de la descripción de tales mejoras en la técnica previa mencionada en lo anterior, las herramientas rotativas aún son susceptibles del apelmazamiento de la barrena durante la perforación del material subterráneo. Operar herramientas rotativas a una excesivamente gran profundidad de corte (DOC) puede generar más sedimentos de la perforación del yacimiento que pueden consistentemente fragmentarse o removerse de la cara de la barrena y regresarse al pozo de sondeo mediante las ranuras para desperdicios en la cara de la barrena. Además, los rompesedimentos descritos en la técnica anterior se exponen a cargas extremadamente grandes que pueden provocar que los rompesedimentos ya sean que se deterioren o que se retiren completamente del cuerpo de barrena.
Por lo tanto, es necesario proporcionar a la industria con un aparato y método para fragmentar y dispersar los sedimentos de la perforación del yacimiento que se recolectan en el cuerpo de las herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas sin importar el tamaño, forma o composición del sedimento de la perforación y sin importar el tipo de material subterráneo con el que se topa la herramienta rotativa. Las herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas tales como barrenas de perforación rotativas, barrenas de tubería de revestimiento, escariadores, barrenas de perforación rotativas bicentrales, aletas de escariador, herramientas de fresado para el fondo de la perforación, barrenas de perforación bicentrales, u otras herramientas de perforación conocidas en la técnica para el uso de elementos de corte que sea un beneficio a partir de la presente descripción y, como se utiliza en la presente, el término "barrena de perforación rotativa" abarca cualquiera y todos de tales aparatos .
La presente solicitud proporciona aparatos y métodos para asegurar de manera liberable estructuras de control de corte a un cuerpo de herramienta para perforar material subterráneo. La herramienta rotativa incluye un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzadas con ranuras para desperdicios rebajadas entre las mismas. Los elementos de corte se ubican próximos a un borde periférico delantero de las cuchillas de borde realzadas y las estructuras de control de corte se ubican interiormente de los elementos de corte en una superficie delantera de una ranura para desperdicios adyacente. Las estructuras de control de corte proporcionan medios para dividir, fragmentar, retorcer y/o desviar sedimentos de la perforación, residuos que se recolectan en la cara de corte de un elemento de corte durante la perforación del material subterráneo. Las estructuras de control de corte se aseguran de manera liberable al cuerpo de herramienta en la ranura para desperdicios adyacente por lo tanto una herramienta rotativa usada puede renovarse al retirar las estructuras de control de corte desgastadas sin degradar el cuerpo de herramienta. Las modalidades descritas en la presente permiten el rápido retiro y reemplazo de las estructuras de control de corte que se desgastan o retiran durante la perforación del material subterráneo. Las modalidades descritas en la presente también permiten la fácil modificación de la ubicación de las estructuras de control de corte en las operaciones de campo por lo tanto optimizando la posición de las estructuras de control de corte dependiendo de las condiciones de la perforación. Además, una diversidad de estructuras de control de corte tales como separadores, fracturadores , desviadores y cuñas pueden configurarse en un solo cuerpo de herramienta para la fragmentación y dispersión óptimas de los sedimentos de perforación durante las operaciones de perforación.
Lo anterior y otros objetos, características y ventajas de la descripción se volverán más fácilmente aparentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas como se describe en la presente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Ahora se describirán las modalidades de la presente solicitud, únicamente, a modo de ejemplo, con referencia a las Figuras anexas, en donde:
La FIGURA 1 es una vista lateral en perspectiva de una primera modalidad de una barrena de perforación de tipo rotativo de acuerdo con la presente descripción;
la FIGURA 2 es una vista en corte parcial de una segunda modalidad de una barrena de perforación de tipo rotativa que ilustra las estructuras de control de corte montadas en un portador asegurado de manera liberable al cuerpo de barrena;
la FIGURA 3 es una vista en corte parcial de un yacimiento de esquirla modificado por una estructura de control de corte en una barrena de perforación de acuerdo con la presente descripción;
la FIGURA 4 es una vista en perspectiva de las estructuras de control de corte montadas en un portador en una cuchilla de corte de una barrena de perforación de tipo rotativa ;
la FIGURA 5 es otra vista en perspectiva de las estructuras de control de corte montadas en el portador de una cuchilla de corte de una barrena de perforación de tipo rotativa;
la FIGURA 6 es una vista en perspectiva de un portador que tiene estructuras de control de corte montadas en el mismo;
las FIGURAS 7A-7C son ejemplos de únicas estructuras de control de corte aseguradas de manera liberable al cuerpo de barrena;
la FIGURA 8 es un ejemplo de una estructura de control de corte removible de acuerdo con la presente descripción con una disposición de ajuste a presión al cuerpo de barrena;
la FIGURA 9 es un segundo ejemplo de una estructura de control de corte removible de acuerdo con la presente descripción con una disposición de ajuste a presión al cuerpo de barrena;
la FIGURA 10 es un ejemplo de una estructura de control de corte removible de acuerdo con la presente descripción con una disposición de tornillo al cuerpo de barrena; , y
la FIGURA 11 es una vista en corte parcial de una estructura de control de corte removible que se encuentra soldada, broncesoldadura, ajustada a presión o ajustada por contracción en un rebajo en el cuerpo de barrena de acuerdo con la presente descripción.
Se apreciará que por simplicidad y claridad de ilustración, donde se considere apropiado, los números de referencia se repetirán entre las figuras para indicar elementos correspondientes análogos. Además, se establecen diversos detalles específicos para proporcionar un entendimiento completo de las modalidades ejemplares descritas en la presente. Sin embargo, deberá entenderse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica que las modalidades ejemplares descritas en la presente pueden practicarse sin estos detalles específicos. En otros ejemplos, no se han descrito métodos, procedimientos y componentes adaptables para no oscurecer las modalidades descritas en la presente. También, la descripción no debe considerarse como limitante del alcance de las modalidades descritas en la presente.
Con referencia a la FIGURA 1, una barrena 10 de perforación de acuerdo con la presente descripción comprende un cuerpo 12 que tiene una conexión 14 roscada en un extremo 16 próximo al mismo de la corona 18 en un extremo 20 distante del mismo. La corona 18 incluye una pluralidad de cuchillas 22 que se extienden longitudinalmente que definen una pluralidad de recorridos 23 de fluido con ranuras 24 para desperdicios adyacentes entre las mismas . A lo largo de cada cuchilla 22, próximas al extremo 20 distante del cuerpo 12, se encuentra una pluralidad de elementos 25 de corte unidos al borde 27 periférico delantero de las cuchillas 22 y orientados para cortar en un yacimiento subterráneo por la rotación de la barrena 10.
La barrena 10 de perforación como se ilustra en la FIGURA 1 es de una barrena de arrastre que puede incluir fresas de diamante policristalino compacto (PDC) típicamente comprendidas de una tabla de diamante grande usualmente de forma circular, semicircular o de alguna otra, la cual presenta generalmente una cara de corte plana. Mientras se ilustra este tipo de barrenas de perforación, la descripción como se ilustra en la presente puede aplicarse de igual manera a otros tipos de herramientas utilizadas en la perforación o que modifican de alguna otra manera un material subterráneo. Estos materiales subterráneos pueden incluir materiales hechos por el hombre tales como concreto y acero entre otros materiales. Otros ejemplos de herramientas a las cuales esta descripción puede aplicarse se indican en los antecedentes .
Como se ilustra, los recorridos 23 de fluido y las ranuras 24 para desperdicios adyacentes se definen por las siguientes superficies: una primera pared 26 lateral delantera, una segunda pared 28 lateral trasera y una superficie 30 inferior. La pared 26 lateral delantera proporciona una superficie adyacente a la cara 29 de corte de los elementos 25 de corte. Una pluralidad de estructuras 31 de control de corte se asegura cada una de manera liberable a la pared 26 lateral delantera de manera interior de un elemento 25 de corte. Además, cada estructura 31 de control de corte de preferencia tiene un eje L longitudinal que se encuentra alineado de manera sustancial con el centro C de la cara 29 de corte adyacente para que, conforme a los sedimentos del yacimiento se generen durante la perforación, las estructuras 31 de control de corte modifique el tamaño, forma o trayectoria direccional de los sedimentos de perforación del yacimiento que entran en contacto con las estructuras 31 de control de corte. Debe observarse que la orientación o alineación 65 del eje L longitudinal en relación con la cara 29 de corte puede planearse con base en la ubicación del elemento 25 de corte en la barrena 10 y la dirección pronosticada de la generación de sedimentos de perforación del yacimiento sobre la cara 29 de corte. Por consiguiente, conforme los sedimentos de la perforación del yacimiento, también referidos en la presente como residuos o esquirlas de yacimiento, se cortan por los elementos 25 de corte, los sedimentos de la perforación se deslizan sobre la cara 29 de corte y a lo largo de la pared 26 lateral delantera adyacente a los elementos 25 de corte, se modifican por medio de las estructuras 31 de control de corte, y se transportan fuera por medio del fluido de perforación que fluye a través del recorrido 23 de fluido.
En las aplicaciones de perforado duro que involucran perforar el material subterráneo duro, las estructuras 31 de control de corte pueden formarse a partir de al menos una de un grupo que comprende diamante policristalino compacto (PDC) , diamante policristalino estable térmicamente (TSP) , nitruro de boro cúbico (CBN) , nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) , carburo y cerámicas. En aplicaciones de perforado suave que involucran perforar el material relativamente más suave, las estructuras 31 de control de corte pueden formarse al menos una de un grupo que comprende cobre, aluminio y plástico. Además, las estructuras 31 de control de corte incluyen separadores, fracturadores , desviadores ylo cuñas. Un rompe sedimentos 31 o separador 31 incluye una saliente como cuchillo colocado próximo al elemento 25 de corte. Conforme las esquirlas, residuos, o sedimentos de la perforación del yacimiento se generan durante la perforación, los sedimentos de la perforación se mueven sobre la saliente y dividen o segmentan. Los desviadores y cuñas de esquirlas incluyen una saliente roma que tiene generalmente forma de cuña y se coloca próxima al elemento 25 de corte. Conforme se generan las esquirlas, residuos o sedimentos del yacimiento durante la perforación, los sedimentos de la perforación se mueven sobre la saliente y se desvían o dispersan a partir de la cara 29 de corte. Otras geometrías adecuadas para los separadores, fracturadores , desviadores y cuñas se discutirán con detalle en lo siguiente.
Las estructuras de control de corte son especialmente útiles en yacimientos útiles bajo presión, tal como esquistos, lutitas, y limolitas presurizadas ; los sedimentos de estos materiales tienen una marcada tendencia a permanecer intactos y adherirse a la cara de corte del elemento de corte. Si los sedimentos de la perforación no se fragmentan en piezas pequeñas o se retiran de la cara de corte, los sedimentos de la perforación se recolectan y acumulan como una masa de sedimento al frente de los elementos de corte y eventualmente obstruyen las ranuras para desperdicios con material. Como se describe en la presente, las estructuras de control de corte fomentan al menos la fragmentación, separación, y desviación de los sedimentos de la perforación de las superficies de corte.
En una segunda modalidad ilustrada en la FIGURA 2, las estructuras 31 de control de corte se montan de manera fija a un portador 50 en una superficie 52 superior de un extremo 51 expuesto del portador 50. Las estructuras 31 de control de corte se montan de manera fija al portador 50 y se colocan con relación al elemento 25 de corte para que las estructuras 31 de control de corte residan en una trayectoria de flujo potencial de los sedimentos de la perforación generada por la operación del elemento 25 de corte. El portador 50 se asegura de manera liberable a la pared 26 lateral delantera para que la superficie 52 superior del portador 50 se eleve por encima de la pared 26 lateral delantera. Como resultado, al menos una porción de las estructuras 31 de corte reside en un plano elevado en relación con el elemento 25 de corte y pueden considerarse para proyectarse sobre la cara 29 de corte del elemento 25 de corte para mejorar la dispersión de los sedimentos de la perforación a partir de la cara 29 de corte. Como se presenta en la modalidad ilustrada, el portador 50 tiene una superficie 52 superior que se encuentra realzada con relación a la cara de la pared 26 lateral delantera, el portador 50 puede montarse aproximadamente al ras con la pared 26 lateral delantera y una porción de las estructuras 31 de control de corte que reside por encima del elemento de corte, puede configurarse para proyectarse sobre la cara 29 de corte del elemento 25 de corte.
En otra modalidad, el portador 50 se asegura de manera liberable a la pared 26 lateral delantera para que la superficie 52 superior del portador 50 se oriente al ras con la pared 26 lateral delantera de la ranura 24 para desperdicios adyacente. De manera adicional, las estructuras 31 de control de corte pueden configurarse para que no se proyecten sobre el canal 29 de corte del elemento 25 de corte, por lo tanto facilitando el desacoplamiento y reemplazo de las estructuras 31 de control de corte desgastadas.
La FIGURA 3 ilustra medios para asegurar de manera liberable las estructuras 31 de control de corte a la pared 26 lateral delantera. Un portador 50 comprende un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 52 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 54 de anclaje superior y un anclaje 56 liberable. Las estructuras 31 de control de corte se montan de manera fija al portador 50 en la superficie 52 superior del extremo 51 expuesto del portador 50. El anclaje 56 liberable incluye una porción 57 sustancialmente cilindrica para asegurar de manera liberable el portador 50 a un rebajo 82 de retención dentro de la pared 26 lateral delantera. El rebajo 82 de retención puede formarse por medio de perforar un pasaje cilindrico roscado en la pared 26 lateral delantera. La porción 57 sustancialmente cilindrica del anclaje 56 liberable es roscada para asegurar de manera liberable el portador 50 al rebajo 82 de retención por medio de atornillar la porción 57 sustancialmente cilindrica en el rebajo 82 de retención. De manera adicional, una porción 54 de anclaje superior del extremo 55 de anclaje del portador 50 puede tener un área transversal más grande en comparación a la porción 57 cilindrica o a otras porciones del anclaje 56 liberable. La porción 54 de anclaje superior se configura para ajustarse dentro de un rebajo 80 de la porción superior que aloja la porción 54 de anclaje superior. Al incrementar el área transversal de la porción 54 de anclaje superior incrementa el área superficial que tiene contacto con la pared 26 lateral delantera, así distribuyendo las tensiones y las cargas ejercidas en el portador 50 durante la perforación .
En otra modalidad, para además asegurar el portador
50 a la pared 26 lateral delantera, el rebajo 82 de retención puede formarse por medio de perforar un pasaje cilindrico roscado a través de la pared 24 lateral delantera y a través de una superficie posterior de la cuchilla de corte. El portador 50 se asegura de manera liberable al rebajo 82 de retención por medio de atornillar la porción 50 sustancialmente cilindrica en el rebajo 82 de retención. En al menos una modalidad, el extremo 58 distante de anclaje 56 liberable también puede sujetarse con una tuerca a la superficie posterior de la cuchilla de corte (no mostrada) .
En otras modalidades, el portador 50 puede asegurarse de manera liberable al cuerpo 12 de barrena por medio de soldadura, broncesoldadura, unión, utilizando pernos, ajustada por contracción una porción del portador 50 al cuerpo 12 de barrena y/o por ajustar con fricción una porción del portador al cuerpo 12 de barrena. Por ejemplo, la superficie 52 superior del extremo 51 expuesto del portador 50 puede soldarse, broncesoldarse y/o unirse alrededor de su perímetro. En otra modalidad, también es posible broncesoldar la porción 54 de anclaje de la estructura 31 de control de corte dentro del rebajo 82 de retención. Otros mecanismos para asegurar el anclaje 57 liberable de la estructura de control de corte incluyen la implementacion de acoplamientos roscados, mecanismos de cierre, pernos, ajuste por fricción, ajuste por presión y similares.
Como se ilustra en la FIGURA 3, los sedimentos 40 de la perforación del yacimiento pueden ser tanto divididos como levantados o divididos, levantados y torcidos y/o dispersados de la pared 26 lateral delantera por medio de la estructura 31 de control de corte con relación a la cara 29 del elemento 25 de corte y la pared 26 lateral delantera. Por medio de la división y levantamiento de los sedimentos 40 de la perforación lejos de la pared 26 lateral delantera, la porción 44 sin soporte de los sedimentos 40 de la perforación que se encuentra expuesta al flujo del fluido de perforación se debilita debido a que el fluido de perforación penetra en las grietas y poros y puede ser relativamente fácil que se separe del resto de los sedimentos 40 de perforación por medio de la fuerza del fluido de perforación que fluye a través del recorrido de fluido. Los segmentos 42 de los sedimentos 40 de la perforación, uno de los cuales es visible en la FIGURA 3 con el otro directamente detrás de éste, tendrá típicamente dos lados 51 adicionales expuestos a la acción del fluido de perforación para la posterior separación de segmentos 42 del resto de los sedimentos 40 de la perforación. La estructura 31 de control de corte puede además desviar y/o dispersar los sedimentos de la perforación de la cara 29 de corte en una ranura 24 para desperdicios adyacente (no mostrada) . Por lo tanto, las estructuras 31 de control de corte de esta modalidad pueden modificar la forma, tamaño, o trayectoria direccional de los sedimentos de la perforación que se generan mientras se perfora.
Las FIGURAS 4 y 5 ilustran una modalidad con estructuras 31 de control de corte montadas de manera fija a un portador 50 en una superficie 52 superior del extremo 51 expuesto del portador 50. La FIGURA 4 proporciona una vista en perspectiva de la cara 29 de corte de los elementos 25 de corte. La FIGURA 5 proporciona una vista en perspectiva lateral de los elementos 20 de corte junto con las estructuras 31 de control de corte. El portador 50 se asegura de manera liberable a la pared 26 lateral delantera. En la modalidad ilustrada, las estructuras 31 de control de corte adyacentes se separan en el portador 50 a una distancia X que no es equivalente a la distancia de la separación Y entre los elementos 25 de corte adyacentes. La separación entre las estructuras 31 de control de corte adyacentes en relación a la separación entre los elementos 25 de corte adyacentes puede variar para optimizar el contacto entre las estructuras 31 de control de corte y las fresas con base en la trayectoria direccional (tal como la línea A) que las fresas siguen durante la perforación del material subterráneo. La separación entre las estructuras 31 de control de corte adyacentes en relación con la separación entre los elementos 25 de corte adyacentes puede mantenerse tal que el ángulo entre la dirección de la trayectoria de los dos patrones de flujo de las fresas a lo largo de un par de fresas adyacentes sea constante a lo largo del par de fresas 25 adyacentes y un par de estructuras 31 de control de corte adyacentes correspondientes. En otra modalidad, las estructuras de control de corte adyacentes se separan en el portador 50 a una distancia X sustancialmente igual a la separación de una distancia Y entre los elementos 25 de corte en las cuchillas de corte realzadas. Mantener una distancia equivalente entre las estructuras 31 de control de corte en relación con la distancia entre los elementos 25 de corte adyacentes es útil si los elementos 25 de corte adyacentes se disponen sustancialmente de manera lineal ylo producen un patrón de flujo de sedimentos de la perforación en una sustancialmente trayectoria lineal direccional .
Mientras que las modalidades mostradas en las
FIGURAS 2, 4 y 5 tienen tres estructuras de control de corte montadas en las superficies 52 superior del portador 50, se consideran otras disposiciones de las estructuras de control de corte dentro del alcance de esta descripción. Por ejemplo, un par de estructuras 31 de control de corte pueden fijarse al portador 50 . De manera adicional, las estructuras 31 de control de corte pueden disponerse tal que más de tres se proporcionen en el portador. Como se describirá en lo siguiente, las estructuras 31 de control de corte también pueden asegurarse de manera liberable individualmente al cuerpo de herramienta.
La FIGURA 6 ilustra otra modalidad de un portador 50 con una pluralidad de estructuras 31 de control de corte montadas de manera fija al portador 50 . El portador 50 comprende un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 52 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 54 de anclaje superior y un anclaje 56 liberable. Las estructuras 31 de control de corte se montan de manera fija al portador 50 en la superficie 52 superior del portador 50 . El anclaje 56 liberable comprende una porción 62 sustancialmente roscada y cilindrica para asegurar de manera liberable el portador 50 al cuerpo 12 de barrena. De acuerdo con esta modalidad, el portador 50 puede asegurarse al cuerpo de barrena por medio de atornillar la porción 62 sustancialmente roscada y cilindrica en un rebajo atornilla en el cuerpo de barrena. El portador 50 puede desatornillarse y reemplazarse con otro portador 50 cuando uno o una pluralidad de estructuras 31 de control de corte se desgasten o rompan debido al uso en la perforación de material subterráneo, haciendo asi a la barrena 10 de perforación renovable .
Las FIGURAS 7A-7C ilustran otras diversas modalidades de las estructuras 31 de control de corte de acuerdo con la presente descripción. En la FIGURA 7A, la estructura 31 de control de corte se ilustra como que tiene una saliente en forma de cono o saliente 30. La estructura 31 de control de corte incluye un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 52 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 54 de anclaje superior y un anclaje 56 liberable. El anclaje 56 liberable comprende una porción 62 sustancialmente roscada y cilindrica para asegurar de manera liberable la estructura 31 de control de corte al cuerpo 12 de barrena. De acuerdo con esta modalidad, la estructura 31 de control de corte puede asegurarse al cuerpo 12 de barrena por medio de atornillar la porción 62 sustancialmente roscada y cilindrica en un rebajo atornillado en la porción 12 de barrena. La estructura 31 de control de corte puede desatornillarse y reemplazarse con otra estructura 31 de control de corte cuando la estructura 31 de control de corte se desgaste o rompa debido al uso en la perforación del material subterráneo. Haciendo así de la barrena 10 de perforación renovable. Aunque la estructura 31 de control de corte no se encuentra montada en un portador en esta modalidad, una o más estructuras 31 de control de corte ilustradas en esta modalidad pueden montarse en un portador que se asegure de manera liberable al cuerpo de barrena en cualquier número de maneras descritas en la presente.
En la FIGURA 7B, la estructura 31' de control de corte se ilustra como que tiene una saliente en forma elíptica o saliente 30'. La estructura 31' de control de corte incluye un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 72 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 74 de anclaje superior y un anclaje 76 liberable. El anclaje 76 liberable comprende una porción 78 sustancialmente roscada y cilindrica para asegurar de manera liberable la estructura 31' de control de corte al cuerpo 12 de barrena. De acuerdo con esta modalidad, al estructura 31' de control de corte puede asegurarse al cuerpo 12 de barrena por medio de atornillar la porción 78 sustancialmente roscada y cilindrica en un rebajo atornillado en el cuerpo 12 de barrena. La estructura 31' de control de corte puede desatornillarse y reemplazarse con otra estructura 31' de control de corte cuando la estructura 31' de control de corte se desgaste o rompa debido al uso en la perforación de material subterráneo, haciendo así a la barrena 10 de perforación renovable. Aunque la estructura 31' de control de corte no se monta a un portador en esta modalidad, una o más estructuras 31' de control de corte ilustradas en esta modalidad pueden montarse a un portador que se asegure de manera liberable al cuerpo de barrena en cualquier número de maneras descritas en la presente.
En la FIGURA 7C, la estructura 31" de control de corte se ilustra como una saliente en forma semicilíndrica o saliente 30". La estructura 31" de control de corte incluye un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 72 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 74 de anclaje superior y un anclaje 76 liberable. El anclaje 76 liberable incluye una porción 78 sustancialmente roscada y cilindrica para asegurar de manera liberable la estructura 31" de control de corte al cuerpo 12 de barrena. De acuerdo con esta modalidad, la estructura 31" de control de corte puede asegurarse al cuerpo 12 de barrena por medio de atornillar la porción 78 sustancialmente roscada y cilindrica en un rebajo atornillado en el cuerpo 12 de barrena. La estructura 31" de control de corte puede desatornillarse y reemplazarse con otra estructura 31" de control de corte cuando la estructura 31" de control de corte se desgaste o rompa debido al uso en la perforación de material subterráneo, haciendo así a la barrena 10 de perforación renovable. Aunque la estructura 31" de control de corte no se monta a un portador en esta modalidad, una o más estructuras 31" de control de corte ilustradas en esta modalidad pueden montarse a un portador que se asegure de manera liberable al cuerpo de barrena en cualquier número de maneras descritas en la presente.
En otras modalidades las estructuras 31 de control de corte pueden tener una forma sustancialmente rectangular, de diamante, salientes similares a cuchillos y/o cualquier otro tipo de saliente que pueda ser entendida por alguien con experiencia ordinaria en la técnica como efectiva para modificar la forma, tamaño o trayectoria direccional de los cortes formados durante la perforación del material subterráneo .
La FIGURA 8 ilustra otros medios para asegurar de manera liberable una estructura 31 de control de corte al cuerpo de barrena. De acuerdo con la FIGURA 8, una estructura 31 de control de corte incluye una saliente 30, un extremo 51 expuesto que tiene una superficie 52 superior y un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 54 de anclaje superior y un anclaje 56 liberable. El anclaje 56 liberable es generalmente más pequeño en diámetro que la porción 54 de anclaje. El anclaje 56 liberable tiene una superficie 107 de cierre, la cual ha formado en el mismo una serie de proyecciones 112 radiales de borde afilado como crestas circulares o lengüetas comprendidas de un material duro. Un rebajo 109 de retención se encuentra preformado o perforado en el cuerpo 12 de barrena formando una cavidad o casquillo adaptador para la inserción de un anclaje 56 liberable. Un elemento 105 de manga anular de metal u otro material adecuado puede colocarse en el rebajo 109 de retención y se muestra extendido hacia el rebajo 109 de retención para formar un soporte 114. El elemento 105 de manga tiene un valor de dureza menor que el de las proyecciones 112 radiales de borde afilado para que el anclaje 56 liberable pueda insertarse con fuerza en el elemento 105 de manga y retenerse por medio de fricción dentro del elemento 105 de manga por medio de crestas o lengüetas 112 afilados. La estructura 31 de control de corte puede retirarse de manera forzada y reemplazarse con otra estructura 31 de control cuando la estructura 31 de control de corte se desgaste o rompa debido al uso en la perforación de material subterráneo, haciendo así de la barrena 10 de perforación renovable.
Como se muestra en la FIGURA 8, el elemento 5 de manga no cubre la región 111 inferior central del rebajo 109 de retención, mientras que en la FIGURA 9, elemento 105 de manga se construye tal que la región 111 inferior central del rebajo 109 de retención se cubre por medio del elemento 105 de manga. La forma, tamaño y grado de revestimiento del elemento 105 de manga en el rebajo 109 de retención puede variar dependiendo del grado de soporte necesitado en el rebajo 109 de retención y dependiendo del material utilizado para la construcción de la manga 105 y la superficie 107 de cierre .
La FIGURA 10 ilustra otros medios para asegurar de manera liberable una estructura 31 de control de corte al cuerpo 12 de barrena. La estructura 31 de control de corte incluye una saliente 30 fija a una superficie 52 superior de un extremo 51 expuesto. La estructura 31 de control de corte además incluye un extremo 55 de anclaje que tiene una porción 55 de anclaje superior y un anclaje 56 liberable. El anclaje 56 liberable incluye una porción 108 sustancialmente roscada y cilindrica para asegurar de manera liberable la estructura 31 de control de corte al cuerpo 12 de barrena. Una manga 115 se monta dentro de una cavidad 106 formada en el cuerpo 12 de barrena. La manga 115 aloja la porción 54 de anclaje superior de la estructura 31 de control de corte y también se amolda para alojar la porción 108 sustancialmente roscada y cilindrica correspondiente del anclaje 56 liberable. Un extremo 110 distante de la porción 108 sustancialmente roscada y cilindrica del anclaje 56 liberable pasa a través de la manga 115 y se acopla de manera roscada con el cuerpo 12 de barrena. El acople roscado del anclaje 56 liberable al cuerpo 12 de barrena fija la manga 115 al cuerpo 12 de barrena y permite que la manga 115 y la estructura 31 de control de corte se retiren y reemplacen.
En otras modalidades, la estructura 31 de control de corte puede asegurarse de manera liberable al cuerpo 12 de barrena por medio de soldadura, broncesoldadura, unión, utilizando pernos, ajustando por contracción una porción de la estructura 31 de control de corte al cuerpo 12 de barrena y/o ajustando por fricción una porción de la estructura 31 de control de corte al cuerpo 12 de barrena. Por ejemplo, la superficie 52 superior del extremo 51 expuesto de la estructura 31 de control de corte puede soldarse, broncesoldarse y/o unirse alrededor de su perímetro. En otra modalidad, también es posible broncesoldar la porción 54 de anclaje superior de la estructura 31 de control de corte dentro del rebajo 109 como se ilustra en la FIGURA 8 y la FIGURA 11. Otros mecanismos que aseguran el anclaje 56 liberable de la estructura 31 de control de corte mostrados en la FIGURA 8 incluyen la implementación de acoples roscados, mecanismos de cierre, pernos, ajuste por fricción, ajuste por contracción y similares.
Los métodos y sistemas descritos en la presente para asegurar de manera liberable una estructura 31 de control de corte no se limitan a las barrenas de perforación rotativas de fresas fijas. Los métodos y sistemas descritos en la presente pueden extenderse a asegurar de manera liberable estructuras 31 de control de corte a cualquier herramienta de perforación profunda que genere cortes durante la operación incluyendo pero sin limitarse a herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas tales como barrenas de perforación rotativas, barrenas de tubería de revestimiento, escariadores, barrenas de perforación rotativas bicentrales, aletas de escariador, herramientas de fresado para el fondo de la perforación y barrenas de perforación bicentrales. Además, los sistemas y métodos descritos en la presente no se limitan a la perforación de yacimientos subterráneos. Los métodos y sistemas descritos en la presente pueden extenderse a la perforación o corte de cualquier estructura subterránea, composición de materia o yacimiento que genere sedimentos de la perforación durante las operaciones en el fondo de la perforación.
Las modalidades descritas en la presente presentan ventajas significativas sobre la técnica anterior. Las modalidades descritas en la presente permiten un rápido retiro y reemplazo de las estructuras de control de corte que se desgastan o rompen durante la perforación de material subterráneo sin la degradación del cuerpo de herramienta. Las modalidades descritas en la presente también permiten una fácil modificación de la ubicación de las estructuras de control de corte durante las operaciones en campo para así optimizar la posición de las estructuras de control de corte dependiendo de la condiciones de perforación y condiciones del pozo de sondeo. Además, una diversidad de estructuras de control de corte tales como separadores, fracturadores , desviadores y cuñas pueden configurarse en un solo cuerpo de herramienta para una óptima segmentación y dispersión de los sedimentos de la perforación durante las operaciones de perforado, para así optimizar el índice de penetración de la barrena de perforación y evitar el apelmazamiento de la barrena .
Las modalidades ejemplares descritas en la presente en lo anterior con respecto a un método y aparato para reparar o renovar herramientas rotativas de tipo arrastre de fresas fijas para la perforación de material subterráneo y que tienen estructuras de control de corte aseguradas de manera liberable al cuerpo de herramienta. Diversas modificaciones a y desviaciones de las modalidades ejemplares descritas ocurrirán para aquellos con experiencia en la técnica. La materia objeto que se pretende esté dentro del espíritu de esta descripción se establece en las siguientes reivindicaciones .
Claims (33)
1. Una herramienta rotativa para perforar material subterráneo caracterizada porque comprende: un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzadas con ranuras para desperdicios rebajados entre las mismas; elementos de corte ubicados próximos a un borde periférico delantero de una de las cuchillas de corte realzadas y estructuras de control de corte ubicadas interiormente de los elementos de corte a una superficie delantera de una ranura para desperdicios adyacentes; y estructuras de control de corte que se aseguran de manera liberable al cuerpo de herramienta en la ranura para desperdicios adyacentes por lo tanto una herramienta rotativa usada puede renovarse al retirar las estructuras de control de corte desgastadas sin degradar el cuerpo de herramienta y reemplazar las estructuras de control de corte desgastadas al instalar nuevas estructuras de control de corte en las ubicaciones de las estructuras de control de corte desgastadas .
2. La herramienta rotativa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque un eje longitudinal de al menos una de las estructuras de control de corte se alinea sustancialmente con un eje central de una cara de corte de los elementos de corte.
3. La herramienta rotativa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende: un portador que tiene un extremo expuesto en el cual las estructuras de control de corte se montan y un extremo de anclaje que comprende un anclaje liberable asegurado de manera liberable al cuerpo de herramienta.
4. La herramienta rotativa de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el anclaje liberable se encuentra al menos parcialmente oculto dentro del cuerpo de herramienta.
5. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizada porque al menos una porción del anclaje liberable se extiende dentro de la ranura para desperdicios adyacente en un lado opuesto de la cuchilla de corte realzada.
6. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque al menos una porción del anclaje liberable es sustancialmente de forma cilindrica y roscada alrededor de la superficie exterior de la misma.
7. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque las estructuras de control de corte se separan en el portador a una distancia sustancialmente igual a una distancia de separación entre los elementos de corte en las cuchillas de corte realzadas.
8. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque al menos una de las estructuras de control de corte se ubica adyacente a uno de los elementos de corte en las cuchillas de corte realzadas.
9. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque al menos una de las estructuras de control de corte se ubican en relación con al menos uno de los elementos de corte para que al menos una de las estructuras de control de corte resida en un trayecto de flujo de cortes generados por al menos uno de los elementos de cortes operativos .
10. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada porque las dos estructuras de control de corte se fijan al portador en una superficie superior del extremo expuesto del mismo .
11. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada porque las tres estructuras de control de corte se fijan al portador en una superficie superior del extremo expuesto del mismo .
12. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizada porque el extremo expuesto del portador comprende una superficie superior sobre la cual las estructuras de control de corte se montan, la superficie superior se encuentra orientada a ras de la superficie delantera de la ranura para desperdicios adyacente.
13. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizada porque el extremo expuesto del portador comprende una superficie superior sobre la cual las estructuras de control de corte se montan, la superficie superior se eleva por encima de la superficie delantera de la ranura para desperdicios adyacente.
14. La herramienta rotativa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque al menos una porción de al menos una de las estructuras de control de corte se proyecta sobre una cara de corte de un elemento de corte adyacente.
15. Un método para fabricar una herramienta rotativa para la perforación de material subterráneo caracterizado porque comprende: proporcionar un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzadas con ranuras para desperdicios rebajadas entre las mismas; fijar una pluralidad de elementos de corte próximos a un borde periférico delantero de una de las cuchillas de corte realzadas; proporcionar un rebajo de retención dentro del cuerpo de herramienta y ubicado interiormente de los elementos de corte en una superficie delantera de una ranura para desperdicios adyacente; instalar un portador con una pluralidad de estructuras de control de corte en el rebajo de retención; y asegurar de manera liberable el portador dentro del rebajo de retención.
16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador comprende soldar el portador en el rebajo de retención.
17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador comprende broncesoldar el portador al rebajo de retención.
18. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque proporcionar un rebajo de retención dentro del cuerpo de herramienta además comprende formar un pasaje cilindrico dentro del cuerpo de herramienta en la superficie delantera de la ranura para desperdicios adyacente.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador dentro del rebajo de retención comprende ajustar a presión un anclaje liberable del portador dentro del pasaje cilindrico.
20. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador dentro del rebajo de retención comprende ajustar por contracción un anclaje liberable del portador dentro del pasaje cilindrico.
21. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque comprende formar roscas en el pasaje cilindrico.
22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador dentro del rebajo de retención comprende atornillar un anclaje liberable del portador al pasaje cilindrico.
23. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque asegurar de manera liberable el portador dentro del rebajo de retención comprende pasar un anclaje liberable del portador a través del pasaje cilindrico y asegurar un extremo distante del anclaje liberable a una superficie posterior de la cuchilla de corte realzada.
24. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque la pluralidad I 36 de estructuras de control de corte se forman de al menos una del grupo que comprende diamante policristalino compacto (PDC) , diamante policristalino estable térmicamente (TSP) , nitruro de boro cúbico (CBN) , nitruro de boro cúbico 5 policristalino (PCBN) , carburo y cerámicas.
25. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque la pluralidad de estructuras de control de corte se forman de al menos uno del grupo que comprende cobre, aluminio y plástico. 10
26. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25, caracterizado porque la pluralidad de estructuras de control de corte tiene una forma seleccionada de una dé las siguientes formas: forma semicilíndrica, cónica, elíptica, sustancialmente 15 rectangular, poligonal y en forma de diamante.
27. Un método para fabricar una herramienta rotativa para la perforación de material subterráneo caracterizado porque comprende: proporcionar un cuerpo de herramienta que tiene un 20 extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzadas con ranuras para desperdicios rebajadas entre las mismas; fijar una pluralidad de elementos de corte próximos a un borde periférico delantero de una de las cuchillas de 25 corte realzadas; proporcionar un rebajo de retención dentro del cuerpo de herramienta y ubicado interiormente de los elementos de corte en una superficie delantera de una ranura para desperdicios adyacente; y asegurar de manera liberable una estructura de control de corte dentro del rebajo de retención.
28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque asegurar de manear liberable la estructura de control de corte dentro del rebajo de retención comprende uno de soldadura, broncesoldadura, ajuste por presión y ajuste por contracción de la estructura de control de corte dentro del rebajo de retención.
29. Un método para renovar una herramienta rotativa para la perforación de material subterráneo caracterizado porque comprende: obtener una herramienta rotativa que se ha utilizado para perforar material subterráneo, la herramienta rotativa que comprende un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzada con ranuras para desperdicios rebajadas entre las mismas, una pluralidad de elementos de corte fijos próximos al borde periférico delantero de una de las cuchillas de corte realzadas y una pluralidad de estructuras de control de corte aseguradas de manera liberable interiormente a los elementos de corte en la t 38 superficie delantera de la ranura para desperdicios adyacentes ; remover al menos una de la pluralidad de estructuras de control de corte; y 5 reemplazar al menos una de la estructura de control de corte con una nueva estructura de control de corte para así renovar la herramienta rotativa.
30. Un método para perforar material subterráneo con una herramienta rotativa, caracterizado porque comprende: 10 girar una herramienta rotativa dentro del material subterráneo, la herramienta rotativa que comprende un cuerpo de herramienta que tiene un extremo de corona distante que comprende una serie circunferencial de cuchillas de corte realzada con ranuras para desperdicios rebajadas entre la 15 misma, una pluralidad de elementos de corte fijos próximos a un borde periférico delantero de una de las cuchillas de corte realzadas y una pluralidad de estructuras de control de corte aseguradas de manera liberable interiormente a los elementos de corte de la superficie delantera de una ranura 20 para desperdicios adyacentes; acoplar el yacimiento con la pluralidad de elementos de corte para generar una pluralidad de corte de yacimiento; y modificar un atributo de al menos una de la 25 pluralidad de los sedimentos de la perforación del yacimiento w 39 generados por al menos uno de la pluralidad de elementos de corte acoplados al yacimiento con al menos una de la pluralidad de las estructuras de control de corte.
31. El método de conformidad con la reivindicación 5 30, caracterizado porque modificar el atributo de al menos uno de la pluralidad de sedimentos de la perforación del yacimiento comprende modificar el tamaño de al menos uno de la pluralidad de los sedimentos de la perforación del yacimiento . 10
32. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque modificar el atributo de al menos uno de la pluralidad de sedimentos de la perforación del yacimiento comprende modificar la forma de al menos uno de la pluralidad de los sedimentos de la perforación del 15 yacimiento.
33. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque modificar el atributo de al menos uno de la pluralidad de sedimentos de la perforación del yacimiento comprende modificar una trayectoria direccional de 20 al menos uno de la pluralidad de los sedimentos de la perforación del yacimiento.
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