MX2012013513A - Accionamiento hidráulico de un ensamble de la herramienta de fondo del pozo. - Google Patents

Abstract

Se configura un ensamble de orificio profundo para activación y desactivación hidráulica repetida y selectiva. Un ensamble de pistones se configura para oscilación axial en un cuerpo de herramienta de orificio profundo. El ensamble de pistones oscila entre una primera posición axial y segunda y tercera posiciones axiales que están opuestas axialmente a la primera posición. La herramienta de orificio profundo se activa cuando el ensamble de pistones está en la tercera posición axial y se desactiva cuando el ensamble de pistón está ya sea en las primera o segunda posiciones axiales. Un miembro de resorte impulsa el ensamble de pistones hacia la primera posición axial mientras que la presión de fluido de perforación en el cuerpo de la herramienta impulsa el ensamble de pistones hacia las segunda y tercera posiciones axiales. La activación y desactivación de herramientas de orificio profundo puede controlarse desde la superficie, por ejemplo, vía la ciclización del régimen de flujo de fluido de perforación.

Description

ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE UN ENSAMBLE DE LA HERRAMIENTA DE FONDO DEL POZO SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unido con número de serie 61/347,318, titulada "Actuador de ensanchador a demanda", presentada el 21 de mayo de 2010.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con un mecanismo de accionamiento hidráulico para su uso en herramientas de fondo del pozo. Más específicamente, la invención se relaciona con un ensamble de accionamiento hidráulico que permite un número sustancialmente ¡limitado de ciclos de accionamiento y desactivación de una herramienta de fondo del pozo, tal como un ensanchador, sin tener que romper o hacer viajar una sarta de herramientas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las operaciones de perforación de fondo del pozo requieren comúnmente que se accione una herramienta de fondo del pozo después de que la herramienta se ha desplegado en el hoyo. Por ejemplo, los ensanchadores de abajo de la cubierta comúnmente se hacen viajar hacia dentro del hoyo en un estado colapsado (es decir, con las estructuras de corte retraídas hacia el cuerpo de la herramienta ensanchadora de debajo de la cubierta). En alguna profundidad predeterminada, el ensanchador se acciona de manera que las estructuras de corte se expanden radialmente hacia fuera desde el cuerpo de la herramienta. Los mecanismos de accionamiento hidráulico son bien conocidos en las operaciones de servicios en campos petroleros y se emplean comúnmente, e incluso son deseables, en dichas operaciones.

Por ejemplo, una metodología de accionamiento hidráulico bien conocida implica la recuperación mediante cable de alambre de un tapón (o "dardo") a través del interior de la sarta de perforación para permitir que una presión hidráulica diferencial accione un ensanchador de abajo de la cubierta. Al término de la operación de ensanchado, el ensanchador de abajo de la cubierta se puede desactivar mediante el redespliegue del dardo. Si bien está disponible comercialmente, tal accionamiento y desactivación mediante cable de alambre es costoso y consumidor de tiempo ya que requiere el uso simultáneo de los ensambles del cable de alambre o del cable sólido de alambre.

Otra metodología de accionamiento hidráulico usada comúnmente hace uso de pasadores de seguridad configurados para cortar a una presión diferencial específica (o en un rango predeterminado de presiones). Los mecanismos de caída de bola también son conocidos en la técnica, en los cuales una bola se deja caer hacia abajo a través de la sarta de perforación hacia un asiento de la bola. El acoplamiento de la bola con el asiento provoca típicamente un incremento en la presión diferencial que a su vez acciona la herramienta de fondo del pozo. La herramienta se puede desactivar mediante el incremento de la presión más allá de un umbral predeterminado de manera que la bola y el asiento de la bola se liberan (por ejemplo, mediante la ruptura de los pasadores de seguridad). Aunque tales pasadores de seguridad y mecanismos de caída de bola también están disponibles comercialmente, generalmente son mecanismos de un solo uso o de un solo ciclo y típicamente no permiten la repetición del accionamiento y la desactivación de una herramienta de fondo del pozo.

Muchos otros mecanismos de accionamiento hidráulico hacen uso de la medición durante la perforación (MWD) y/u otros sistemas controlables electrónicamente que incluyen, por ejemplo, válvulas de solenoide controladas por computadora y similares. El accionamiento electrónico permite ventajosamente que un gran número de instrucciones de accionamiento y desactivación se ejecuten y puede permitir además la comunicación bidireccional con la superficie (por ejemplo, mediante las técnicas de telemetría convencionales). Sin embargo, estos sistemas de accionamiento tienden a ser altamente complejos y costosos y pueden estar limitados severamente por la fiabilidad y la precisión de la MWD, telemetría, y otros sistemas controlables electrónicamente desplegados en el hoyo. Como resultado, existen muchas aplicaciones en las que su uso tiende a ser indeseable.

Sigue existiendo una necesidad en la técnica de un ensamble de accionamiento hidráulico que permita que una herramienta de fondo del pozo, tal como un ensanchador de abajo de la cubierta, se accione y desactive sustancialmente cualquier número de veces durante una operación de perforación sin romper la sarta de herramientas y/o hacer viajar la herramienta fuera del hoyo. Tal ensamble es puramente mecánico preferiblemente y por consiguiente no requiere el uso de componentes controlables electrónicamente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Los aspectos ejemplares de la presente invención pretenden abordar la necesidad descrita anteriormente de un mecanismo de accionamiento hidráulico mejorado. Los aspectos de la invención incluyen un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que se puede accionar y desactivar hidráulicamente de manera repetida y selectiva sin romper o hacer viajar la sarta de herramientas. Las modalidades de la herramienta de acuerdo con la presente invención incluyen un ensamble de pistón configurado para moverse de manera recíproca axialmente en un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo. El ensamble de pistón se mueve de manera recíproca entre una primera posición axial y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen axialmente a la primera posición axial. La herramienta de fondo del pozo se acciona cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial y se desactiva cuando el ensamble de pistón está en cualquiera de la primera o segunda posiciones axiales. Un miembro de resorte presiona el ensamble de pistón hacia la primera posición axial mientras que la presión del fluido de perforación en el cuerpo de la herramienta empuja el ensamble de pistón contra la presión del resorte y hacia la segunda y tercera posiciones axiales. El accionamiento y la desactivación de la herramienta de fondo del pozo se pueden controlar desde la superficie, por ejemplo, alternando el caudal del fluido de perforación.

Las modalidades ejemplares de la presente invención proporcionan ventajosamente varias ventajas técnicas. Por ejemplo, la presente invención permite que una herramienta de fondo del pozo se accione y desactive de manera selectiva y repetida sustancialmente cualquier número de veces sin romper la sarta de perforación y/o hacer viajar la herramienta fuera del hoyo. Además la invención obvia la necesidad del accionamiento y desactivación físicos (por ejemplo, que incluyen el uso de dardos, caídas de bolas, y similares).

Además, las modalidades de la invención permiten ventajosamente que una herramienta de fondo del pozo esté en un estado desactivado mientras que se proporciona un flujo total del fluido de perforación a través de la herramienta. En ciertas modalidades ejemplares de la invención, el flujo sin obstrucciones se podrá proporcionar ventajosamente a través de un agujero central. Esto tiende a minimizar tanto la caída de presión a través de la herramienta como la erosión de los componentes internos de la herramienta durante su uso. Siendo puramente mecánicos (que no requieren el uso de ningún monitoreo o control electrónico), los ensambles de la herramienta de fondo del pozo de acuerdo con la presente invención tienden también a ser altamente fiables y disponibles.

Ciertas modalidades de la invención también se pueden configurar para proporcionar una indicación a la superficie del estado de accionamiento/desactivación de la herramienta, por ejemplo, una caída de presión que indica el accionamiento de la herramienta. Dicha indicación tiende a reducir ventajosamente las incertidumbres operacionales. Las diferentes modalidades de la invención también permiten que el caudal del fluido de perforación se alterne repetidamente entre caudales altos y bajos sin accionar o desactivar la herramienta de fondo del pozo. Esta característica de la invención puede también mejorar la seguridad operacional ya que la misma tiende a eliminar el accionamiento y la desactivación accidentales.

En un aspecto, la presente invención incluye un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que tiene un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo configurado para conectarse con una sarta de perforación. Un mandril que incluye al menos un puerto se despliega en el cuerpo de la herramienta. Un ensamble de pistón que tiene un agujero pasante se despliega en el mandril. El ensamble de pistón incluye al menos un pistón de válvula y un pistón de leva configurados para moverse de manera recíproca axialmente en el mandril entre una primera posición axial y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen axialmente a la primera posición axial. Un miembro de resorte se despliega en el cuerpo de la herramienta y se dispone para presionar el ensamble de pistón hacia la primera posición axial. El puerto del mandril se configura para estar en comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial y se acopla de manera sellada con una superficie exterior del ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

En otro aspecto, la presente invención incluye un ensamble de la herramienta de fondo del pozo. El ensamble de la herramienta incluye un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo que tiene un agujero pasante y se configura para conectarse con una sarta de perforación. Un pistón de leva se despliega en el cuerpo de la herramienta e incluye un primer y un segundo perfiles de leva formados sobre el mismo y orientados hacia la boca del pozo y hacia el fondo del pozo. El pistón de leva se configura para moverse de manera recíproca axialmente en el cuerpo de la herramienta entre una primera posición axial, en la que al menos un primer pasador guía se acopla con el primer perfil de leva, y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen axialmente a la primera posición axial en las que al menos un segundo pasador guía se acopla con el segundo perfil de leva. Un miembro de resorte se despliega en el cuerpo de la herramienta y se dispone para presionar el pistón de leva hacia la primera posición axial. Una trayectoria del flujo del fluido se dispone para estar en comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el pistón de leva está en la tercera posición axial y se dispone para estar sin comunicación de fluidos cuando el pistón de leva está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

En una modalidad adicional, la presente invención incluye un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que tiene un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo configurado para conectarse con una sarta de perforación. Un mandril que incluye al menos un puerto se despliega en el cuerpo de la herramienta. Un ensamble de pistón se despliega en el mandril. El ensamble de pistón tiene un agujero pasante e incluye al menos un pistón de válvula y un pistón de leva configurados para moverse de manera recíproca axialmente en el mandril entre una primera posición axial y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen axialmente a la primera posición axial. Un miembro de resorte se despliega en el cuerpo de la herramienta y se dispone para presionar el ensamble de pistón hacia la primera posición axial. El pistón de válvula incluye al menos un primer puerto radial formado en el mismo, el puerto radial estando alineado axialmente y en comunicación de fluidos con el puerto del mandril cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial. El puerto radial está desalineado axialmente con el puerto de mandril y se acopla de manera sellada con una superficie interior del mandril cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

Lo anterior ha esbozado de manera bastante amplia las características y ventajas técnicas de la presente invención con el fin de que la siguiente descripción detallada de la invención se pueda comprender mejor. Las características y ventajas adicionales de la invención se describirán posteriormente en la presente, lo cual constituye el objeto de las reivindicaciones de la invención. Se debe apreciar por los expertos en la materia que la concepción y la modalidad específica descritas se pueden utilizar fácilmente como una base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente invención. También se debe tener en cuenta por los expertos en la materia que tales construcciones equivalentes no se aparten del espíritu y alcance de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una comprensión más completa de la presente invención, y las ventajas de la misma, ahora se hace referencia a las siguientes descripciones tomadas junto con los dibujos acompañantes, en los que: La FIGURA 1 representa un equipo de perforación convencional en el que se pueden utilizar las modalidades ejemplares de acuerdo con la presente invención.

Las FIGURAS 2A y 2B (colectivamente FIGURA 2) representan una modalidad ejemplar del ensanchador de abajo de la cubierta en las configuraciones retraído (FIGURA 2A) y extendido (FIGURA 2B).

Las FIGURAS 3A y 3B (colectivamente FIGURA 3) representan una vista en sección transversal longitudinal de un ensamble de la herramienta accionado hidráulicamente de acuerdo con la presente invención.

La FIGURA 4 representa una vista detallada de la porción del ensamble de pistón de la modalidad representada en la FIGURA 3.

Las FIGURAS 5A-8B representan un ciclo completo de accionamiento para el ensamble de la herramienta accionado hidráulicamente mostrado en la FIGURA 3 en las que las FIGURAS 5A y 5B representan unas vistas en sección transversal y laterales de las porciones correspondientes del ensamble en un primer modo operacional; las FIGURAS 6A y 6B representan unas vistas en sección transversal y laterales de la misma porción del ensamble en un segundo modo operacional; las FIGURAS 7A y 7B representan unas vistas en sección transversal y laterales de las mismas porciones del ensamble mostrado en el primer modo operacional; y las FIGURAS 8A y 8B representan unas vistas en sección transversal y laterales de la misma porción del ensamble en un tercer modo operacional.

Las FIGURAS 9A y 9B (colectivamente FIGURA 9) representan una vista en sección transversal longitudinal de un ensamble alternativo de la herramienta accionado hidráulicamente de acuerdo con la presente invención.

La FIGURA 10 representa una vista en sección transversal parcial de una porción del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 en un primer modo operacional.

La FIGURA 11 representa una vista en sección transversal parcial de una porción del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 en un segundo modo operacional.

La FIGURA 12 representa una vista lateral de una porción del pistón de leva del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 que muestra la trayectoria de un pasador guía durante un ciclo ejemplar del caudal.

La FIGURA 13 representa un trazado del caudal del fluido de perforación frente al tiempo para un ciclo ejemplar de indexación.

La FIGURA 14 representa una vista en sección transversal parcial de una porción del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 en un modo de indexación.

La FIGURA 15 representa una vista lateral de una porción del pistón de leva del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 que muestra la trayectoria de un pasador guía durante un ciclo ejemplar de indexación.

La FIGURA 16 representa una vista en sección transversal parcial de una porción del ensamble de la herramienta representado en la FIGURA 9 en un tercer modo operacional.

La FIGURA 17 representa un trazado de la presión del fluido de perforación frente al caudal para una configuración ejemplar del ensamble de la herramienta.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Haciendo referencia a las FIGURAS 1 a 17, se representan las modalidades ejemplares de la presente invención. Con respecto a las FIGURAS 1 a 17, se entenderá que los elementos o aspectos de las modalidades ilustradas se pueden mostrar desde varias vistas. En los casos donde tales elementos o aspectos son comunes a las vistas particulares, los mismos se etiquetan usando el mismo número de referencia. Por consiguiente, un elemento o aspecto etiquetado con un número de referencia particular en una vista en las FIGURAS 1 a 17, se puede describir en la presente con respecto a ese número de referencia mostrado en otras vistas.

La FIGURA 1 representa un ensamble ejemplar de la perforación costafuera, generalmente designado 50, adecuado para su uso con las modalidades de la herramienta de fondo del pozo de acuerdo con la presente invención. En la FIGURA 1 una plataforma de perforación semisumergible 52 se posiciona sobre una formación de petróleo o de gas (no mostrada) dispuesta por debajo del fondo marino 56. Un conducto submarino 58 se extiende desde la cubierta 60 de la plataforma 52 hasta una instalación en el cabezal de pozo 62. La plataforma puede incluir una torre de perforación y un aparato de levantamiento para subir y bajar la sarta de perforación 70, la cual, como se muestra, se extiende hacia dentro del hoyo 80 e incluye la barrena 72 y un ensamble de la herramienta accionado hidráulicamente 100 configurado de acuerdo con la presente invención y desplegado por encima de la barrena 72. La sarta de perforación 70 además puede incluir de manera opcional sustancialmente cualquier número de otras herramientas de fondo del pozo, que incluyen, por ejemplo, las herramientas de medición durante la perforación (MWD) o de registro durante la perforación (LWD), estabilizadores, un percusor, una herramienta orientable rotativa, y un motor de perforación de fondo del pozo. El ensamble de la herramienta 100 se puede desplegar sustancialmente en cualquier ubicación a lo largo de la sarta, por ejemplo, justo encima de la barrena 72 o además en la boca del pozo encima de varias herramientas de MWD y LWD. La invención no se limita explícitamente con respecto a esto.

Durante una operación de perforación típica, el fluido de perforación (comúnmente referido en la técnica como "lodo") se bombea hacia abajo a través de la sarta de perforación 70 y del mecanismo de fondo del pozo (BHA) donde el mismo emerge en o próximo a la barrena 72 en el fondo del hoyo. El lodo sirve para varios propósitos, por ejemplo, que incluyen la refrigeración y lubricación de la barrena, el despeje de los recortes lejos de la barrena y su transportación hacia la superficie, y la estabilización y sellado de la(s) formación(es) que atraviesa el hoyo. El lodo descargado, junto con los recortes del hoyo y en ocasiones otros fluidos del hoyo, fluyen entonces hacia arriba a través del espacio anular 82 (el espacio entre la sarta de perforación 70 y la pared del hoyo) hacia la superficie. En las modalidades ejemplares de la presente invención, el ensamble de la herramienta hace uso de la presión diferencial entre un canal interno del flujo y el espacio anular para accionar y desactivar de manera selectiva una determinada funcionalidad de la herramienta (por ejemplo, la extensión radial de una estructura de corte hacia fuera desde un cuerpo de la herramienta).

Se entenderá por los expertos en la materia que el despliegue ilustrado en la FIGURA 1 es meramente ejemplar. Se entenderá además que las modalidades ejemplares de acuerdo con la presente invención no se limitan a su uso con una plataforma semisumergible 52 como se ilustra en la FIGURA 1. La invención es igualmente bien adecuada para su uso con cualquier tipo de operación de perforación subterránea, ya sea en costafuera o en tierra.

En una modalidad ejemplar de la invención, el ensamble de la herramienta 100 puede incluir un ensanchador de abajo de la cubierta configurado para el accionamiento y la desactivación hidráulicos selectivos. Por accionar y desactivar (o activar y desactivar) se entiende que las estructuras de corte del ensanchador 105 (referido en la presente como las hojas) se pueden extender radialmente hacia fuera desde el cuerpo de la herramienta 110 y se pueden retraer radialmente hacia adentro, hacia (o hacia dentro de) el cuerpo de la herramienta 110. Las FIGURAS 2 A y 2B representan una modalidad ejemplar del ensanchador de abajo de la cubierta en las configuraciones retraído (es decir, desactivado como se muestra en la FIGURA 2A) y extendido (activado como se muestra en la FIGURA 2B). En ciertas configuraciones de la herramienta de la técnica anterior, las hojas pueden estar completamente extendidas cuando la presión hidráulica supera un umbral predeterminado. Las hojas se presionan por resorte hacia dentro y se retraen al eliminar la presión. Por lo tanto se puede considerar que estos ensanchadores de la técnica anterior tienen dos configuraciones operacionales; (i) una configuración de flujo bajo (presión baja) en la que las hojas se retraen y (ii) una configuración de flujo alto (presión alta) en la que las hojas se extienden. Existe una necesidad de proporcionar configuraciones adicionales, por ejemplo, que incluyen una configuración de flujo alto (presión alta) en la que las hojas se retraen y un mecanismo para seleccionar entre las diferentes configuraciones durante una operación de perforación/ensanchamiento.

Las modalidades de la presente solicitud proporcionan un sistema de accionamiento/desactivación que permite que una herramienta de fondo del pozo, tal como un ensanchador, se accione y desactive sustancialmente cualquier número de veces sin romper la sarta de herramientas o hacerla viajar hacia fuera del hoyo. Por ejemplo, las modalidades de la presente solicitud pueden habilitar un ensamble de la herramienta de perforación que tiene un ensanchador dispuesto sobre la sarta de perforación para perforar una porción del hoyo con el ensanchador desactivado (con las hojas del ensanchador 105 retraídas como se representa en la FIGURA 2A). En alguna localización específica (o predeterminada), el ensanchador se puede activar (con las hojas del ensanchador 105 extendidas como se representa en la FIGURA 2B) con el fin de formar un hoyo que tenga un diámetro incrementado. El ensanchador se puede entonces desactivar sustancialmente en cualquier otra localización adecuada y la barrena, por sí sola, se puede usar para perforar otra longitud del hoyo. Se pueden utilizar sustancialmente cualquier número de dichos ciclos de activación/desactivación en la perforación del hoyo.

Se entenderá que las modalidades del ensamble de la herramienta de acuerdo con la presente invención no se limitan a los ensanchadores de abajo de la cubierta tal como se representan en las FIGURAS 2A y 2B. Las diferentes modalidades de la invención se pueden utilizar para accionar sustancialmente cualquier herramienta de fondo del pozo para la cual el accionamiento y la desactivación hidráulicos pueden ser ventajosos. Tales herramientas pueden incluir estabilizadores, herramientas de fresado, empacadores, herramientas de impacto, y similares accionados hidráulicamente. La invención no se limita con respecto a esto.

La FIGURA 3 representa en sección transversal longitudinal una modalidad ejemplar de un ensamble de la herramienta accionado hidráulicamente 100 de acuerdo con la presente invención. En la modalidad ejemplar representada, el ensamble de la herramienta 100 incluye un cuerpo de la herramienta ensanchadora de abajo de la cubierta 110 conectado a un sub-cuerpo 120. Aunque las modalidades descritas en la presente son específicas para los ensanchadores, se entenderá que las modalidades de la invención se pueden usar para activar/desactivar varias herramientas de fondo del pozo tal como se describió anteriormente. Un ensamble de pistón axial 200 se despliega sustancialmente de manera coaxial en la herramienta y los sub-cuerpos 110 y 120 y se configura para moverse de manera recíproca axialmente en los mismos. El ensamble de pistón 200 incluye el pistón de válvula 210 y el pistón de leva 240 como se describe en más detalle posteriormente con respecto a la FIGURA 4. Un resorte helicoidal de compresión 152 se despliega axialmente entre el resalto externo 242 sobre el pistón de leva 240 y el resalto interno 122 sobre el sub-cuerpo. En la modalidad ejemplar representada, el resorte 152 se configura para presionar el ensamble de pistón 200 en la dirección hacia la boca del pozo (hacia el cuerpo de la herramienta ensanchadora de abajo de la cubierta 110).

El ensamble de pistón 200 se configura para moverse de manera recíproca entre una primera posición de flujo bajo y una segunda y tercera posiciones de flujo alto (o total). En la posición de flujo bajo, la fuerza del resorte empuja el ensamble 200 en la dirección hacia la boca del pozo de manera que una superficie de acoplamiento de la boca del pozo 245 se acopla con el(los) pasadores) guía(s) de la boca del pozo 125 (como se representa en la FIGURA 3). En las posiciones de flujo alto, la fuerza del fluido supera la fuerza del resorte y empuja el ensamble 200 en una dirección hacia el fondo del pozo de manera que una superficie de acoplamiento de fondo del pozo 247 se acopla con los pasadores guía de fondo del pozo 127. Las superficies de acoplamiento 245 y 247 se forman en y se extienden alrededor de la periferia del pistón de leva 240 como se describe en más detalle posteriormente. Los pasadores guía de la boca del pozo y de fondo del pozo 125 y 127 se despliegan en los agujeros radiales correspondientes 124 y 126 formados en el sub-cuerpo 120 y se extienden radialmente hacia dentro del agujero central 121 del sub-cuerpo 120 donde se pueden acoplar con las superficies de acoplamiento correspondientes 245 y 247.

La FIGURA 4 representa una vista detallada del ensamble ejemplar del pistón 200 representado en la FIGURA 3. En la modalidad ejemplar representada, el pistón de válvula 210 se despliega axialmente entre una tapa del pistón 212 y un manguito de seguridad 230. El pistón de válvula 210 se puede conectar a la tapa del pistón 212 y al manguito de seguridad 230 mediante los pasadores de seguridad (no mostrados), aunque la invención no se limita con respecto a esto. El pistón de válvula 210 incluye una pluralidad de puertos espaciados circunferencialmente 215 formados en el mismo y que proporcionan una comunicación de fluidos entre el agujero central 211 (FIGURA 3A) y un canal externo del flujo hacia el pistón de válvula 210.

Se entenderá que la invención no se limita al uso de un manguito de seguridad 230. En modalidades alternativas, el pistón de válvula 2 0 se puede acoplar al pistón de leva 240, por ejemplo, mediante la contratuerca 238. El manguito de seguridad 230 pretende proporcionar la funcionalidad redundante, lo que permite un accionamiento de caída de bola de un solo uso. En tales modalidades, el manguito de seguridad 230 incluye un asiento interno de bola (no mostrado) dimensionado y conformado para recibir una bola tirada desde la superficie. El incremento del caudal (presión) hasta un nivel predeterminado corta los pasadores que conectan el pistón de válvula 210 y el manguito de seguridad 230 permitiendo de esta forma que el extremo del pistón de válvula de fondo del pozo 210 se mueva axialmente hacia dentro del manguito de seguridad 230. En esta configuración, el fluido de perforación se puede desviar y accionar. Nuevamente, la invención no se limita con respecto a esto.

Con referencia continuada a la FIGURA 4, el pistón de leva 240 incluye una pluralidad de aberturas 254 formadas en el mismo para proporcionar un flujo del fluido dentro y fuera del pistón de leva 240 (como se describe en más detalle posteriormente). El pistón de leva 240 incluye además las superficies de acoplamiento 245 y 247 que se orientan axialmente hacia la boca del pozo y hacia el fondo del pozo (también referido en la presente como perfiles de acoplamiento) formados en una superficie exterior cilindrica del pistón 240. En la modalidad ejemplar representada, la superficie de acoplamiento de la boca del pozo 245 incluye una pluralidad de canales separados circunferencialmente 246 configurados para recibir el(los) pasador(es) guía 125. La superficie de acoplamiento de fondo del pozo 247 incluye una pluralidad de canales separados circunferencialmente que alternan entre profundos 248 y poco profundos 249 configurados para recibir los pasadores guía 127. La funcionalidad de estas superficies de acoplamiento 245 y 247 se describe en más detalle posteriormente.

Se entenderá que sustancialmente se puede utilizar cualquier configuración adecuada del pasador guía. Sin embargo los pasadores guía que tienen un extremo de acoplamiento sustancialmente plano son preferibles generalmente ya que permiten que el pasador soporte mayores fuerzas de acoplamiento sin cortar. Las modalidades que hacen uso de múltiples pasadores guía (por ejemplo, cuatro pasadores de la boca del pozo y cuatro pasadores de fondo del pozo espaciados circunferencialmente a intervalos de 90 grados) también son preferibles generalmente ya que tienden a distribuir más efectivamente las fuerzas de acoplamiento. Los expertos en la materia apreciarán que la invención no se limita a ninguna configuración particular del pasador guía o a ningún número o espaciamiento particular de los pasadores guía.

El accionamiento y desactivación de la herramienta de fondo del pozo se describe ahora en más detalle con respecto a las FIGURAS 5A a 8B. Generalmente, el sistema de accionamiento de la presente invención permite que una herramienta de fondo del pozo se conmute entre tres diferentes modos de operación. Un ciclo completo de accionamiento/desactivación requiere cuatro etapas entre los tres modos de operación: (i) una primera etapa en la que se conmuta la herramienta desde el primer modo hacia el segundo modo, (ii) una segunda etapa en la que se conmuta la herramienta de nuevo hacia el primer modo, (iii) una tercera etapa en la que se conmuta la herramienta desde el primer modo hacia el tercer modo, y (iv) una cuarta etapa en la que se conmuta la herramienta de nuevo hacia el primer modo. En el primer modo, la herramienta está en el estado inactivo con un flujo bajo. En el segundo modo, la herramienta también está inactiva pero con un flujo alto (o total) proporcionado. En el tercer modo, la herramienta está activa con un flujo total (o alto) proporcionado. Los términos activo e inactivo se refieren al estado de la herramienta, es decir, si la herramienta está en un estado activado o un estado no activado. Por ejemplo, en una modalidad en la que la herramienta de fondo del pozo es un ensanchador, el estado activo puede referirse a las hojas de corte mencionadas anteriormente que están extendidas, permitiendo de esta forma el ensanchamiento de la formación. El estado inactivo puede referirse a las hojas que están retraídas dentro del cuerpo de la herramienta, permitiendo de esta forma que la herramienta opere dentro o fuera del hoyo o permitiendo la perforación sin ensanchamiento. En las modalidades más generales, activo e inactivo puede referirse, por ejemplo, al estado de una válvula que está abierta o cerrada. En el flujo alto o total, un fluido de perforación suficiente pasa típicamente a través del sistema de accionamiento de manera que permite la perforación. El flujo bajo se refiere a un caudal del fluido de perforación que está por debajo de un umbral predeterminado y que típicamente es insuficiente para la perforación.

Con referencia continuada a las FIGURAS 5A a 8B, se representan unas vistas en sección transversal de una porción del ensamble 100 (FIGURA 3) en varios estados lado a lado con las correspondientes vistas laterales de las superficies de acoplamiento 245 y 247 del pistón de leva 240. En las FIGURAS 5A y 5B, el ensamble está en el primer modo operacional, en el que la herramienta está inactiva y el flujo es bajo. En este modo, el flujo del fluido se restringe (o elimina) en la superficie. Debido al bajo flujo, el resorte de compresión 152 (FIGURA 3) empuja el pistón de leva 240 en la dirección hacia la boca del pozo de manera que los pasadores guía de la boca del pozo 125 se acoplan con los canales correspondientes 246 en la superficie de acoplamiento 245. El pistón de válvula 210 también se empuja hacia arriba con los pistones de la leva 240. En la modalidad ejemplar representada, la activación de la herramienta de fondo del pozo requiere una comunicación de fluidos entre el agujero central 175 y el puerto del mandril 172. Al romper la comunicación de fluidos entre el agujero central 175 y el puerto 172 se desactiva la herramienta. En la configuración de flujo bajo representada, el puerto 172 se acopla de manera sellada con la superficie exterior 217 del pistón de válvula 210.

En las FIGURAS 6A y 6B, el ensamble 100 está en el segundo modo operacional, en el que se proporciona un flujo total pero la herramienta de fondo del pozo permanece desactivada. Para conmutar el ensamble hacia el segundo modo, se habilita el flujo alto (o total) en la superficie del hoyo. El flujo incrementado empuja el pistón de válvula 210 y al pistón de leva 240 en la dirección hacia el fondo del pozo contra la presión del resorte de manera que los pasadores guía de fondo del pozo 127 se acoplan con los canales poco profundos correspondientes 249 en la superficie de acoplamiento 247. El acoplamiento de los pasadores guía 127 con la superficie 247 rota el pistón de leva 240 (debido al perfil de la superficie) hasta que los pasadores se asientan en los canales poco profundos correspondientes 249. La presión hidráulica se puede comunicar, por ejemplo, hacia la superficie 251 del pistón de leva 240. El incremento del caudal (y por lo tanto del diferencial de presión) más allá de un umbral predeterminado supera la presión del resorte y empuja el pistón de leva 240 en la dirección hacia el fondo del pozo. En la modalidad ejemplar representada, el pistón de válvula 210 y el pistón de leva 240 no están conectados entre sí y por lo tanto no rotan juntos. La presión hidráulica que actúa sobre la boquilla 213 empuja el pistón de válvula 210 y al manguito de seguridad 230 hacia el fondo del pozo.

A pesar de que el pistón de válvula 210 se empuja hacia el fondo del pozo, los puertos 215 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 171 del mandril inferior 170 (es decir, de manera que están desalineados axialmente con los puertos 172 y 174 del mandril). Además, como también se representa, el puerto del mandril 172 permanece acoplado de manera sellada con la superficie exterior 217 del pistón de válvula 210. Por lo tanto, la herramienta de fondo del pozo permanece inactiva (en el estado desactivado) mientras que se proporciona sustancialmente todo el flujo a través del ensamble, por ejemplo, hacia una barrena para la perforación.

En las FIGURAS 7A y 7B, el ensamble se muestra nuevamente en el primer modo operacional (en el que la herramienta está inactiva y el flujo es bajo). Para conmutar desde el segundo modo representado en las FIGURAS 6A y 6B, el flujo del fluido se restringe (o elimina) en la superficie. El resorte de compresión 152 (FIGURA 3) empuja nuevamente el pistón de leva 240 en la dirección hacia la boca del pozo de manera que los pasadores guía de la boca del pozo 125 se acoplan con los canales correspondientes 246 en la superficie de acoplamiento 245. La configuración representada en las FIGURAS 7A y 7B es sustancialmente idéntica a la representada en las FIGURAS 5A y 5B con la excepción de que el pistón de leva ha rotado adicionalmente de manera que los pasadores guía 125 se acoplan con los canales adyacentes 246 en la superficie de acoplamiento 245 (lo que corresponde a una rotación de 45 grados en la modalidad ejemplar representada). Los puertos 215 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 171 del mandril inferior 170 y los puertos del mandril 172 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie exterior 217 del pistón de válvula 210 de manera que la herramienta permanece inactiva.

En las FIGURAS 8A y 8B, el ensamble 100 está en un tercer modo operacional, en el que se proporciona un flujo alto y la herramienta de fondo del pozo se activa. Para conmutar el ensamble hacia el tercer modo, se habilita el flujo alto (o total) en la superficie del hoyo. El flujo incrementado empuja el pistón de válvula 210 y el pistón de leva 240 en la dirección hacia el fondo del pozo de manera que los pasadores guía de fondo del pozo 127 se acoplan con la superficie 247 rotando adicionalmente de esta forma el pistón de leva hasta que los pasadores se acoplen con los canales profundos correspondientes 248. El acoplamiento de los pasadores guía 127 con los canales profundos 248 permite que el pistón de leva 240 y el pistón de válvula 210 tengan una longitud de carrera más larga que la descrita anteriormente con respecto a las FIGURAS 6A y 6B. En la configuración representada en las FIGURAS 8A y 8B, se proporciona una comunicación de fluidos entre el agujero central 175 y el puerto del mandril 172 (como se indica por las flechas 221) activando de esta forma la herramienta de fondo del pozo. Además, en la modalidad ejemplar representada, los puertos 215 están alineados axialmente con los puertos 214 permitiendo que una porción del flujo del fluido de perforación se desvíe de la boquilla 213 (por ejemplo, como se indica por las flechas 219). Aunque la invención no se limita con respecto a esto, dicho mecanismo de desviación provoca una caída de presión en el agujero central que se puede detectar ventajosamente en la superficie y se puede tomar por un operador como una indicación de la activación de la herramienta de fondo del pozo.

La FIGURA 9 representa en sección transversal longitudinal una modalidad alternativa de un ensamble de la herramienta accionado hidráulicamente 300 de acuerdo con la presente invención. En la modalidad ejemplar representada, el ensamble de la herramienta 300 incluye un cuerpo de la herramienta ensanchadora de abajo de la cubierta 310 conectado a un sub- cuerpo 320. Aunque la modalidad alternativa descrita en la presente es nuevamente específica para los ensanchadores, se entenderá que las modalidades de la invención se pueden usar para activar/desactivar varias herramientas de fondo del pozo. Un ensamble de pistón 400 se despliega sustancialmente de manera coaxial en la herramienta y en los sub-cuerpos 310 y 320 y se configura para moverse de manera recíproca axialmente en los mismos. El ensamble de pistón 400 incluye un pistón de válvula 410 conectado a un pistón de leva 440 (por ejemplo, mediante la contratuerca 438). Un resorte helicoidal de compresión 352 se despliega axialmente entre una superficie inferior 442 del pistón de leva 440 y una tapa del mandril 322 desplegada en el sub-cuerpo 320. En la modalidad ejemplar representada, el pistón de leva 440 y el resorte 352 se despliegan alrededor de un mandril de leva 365, con una superficie exterior 367 del mandril 365 estando acoplada de manera sellada con una superficie interior 441 del pistón de leva 440. El resorte de compresión 352 se configura para presionar el pistón de leva 440 (y por lo tanto el ensamble 400) en la dirección hacia la boca del pozo (hacia el cuerpo de la herramienta ensanchadora de abajo de la cubierta 310).

El ensamble de la herramienta 300 es similar al ensamble de la herramienta 100 ya que el ensamble de pistón 400 se configura para moverse de manera recíproca entre una primera posición de flujo bajo y una segunda y tercera posiciones de flujo alto (o total). En la posición de flujo bajo, la fuerza del resorte empuja (presiona) el ensamble 400 en la dirección hacia la cabeza del pozo de manera que una superficie de acoplamiento de la cabeza del pozo 445 se acopla con el resalto interno 324 del sub-cuerpo 320 (como se representa en las FIGURAS 9 y 10). En la segunda posición de flujo alto, la fuerza del fluido supera la fuerza del resorte y empuja el ensamble 400 en una dirección hacia el fondo del pozo de manera que al menos una porción del resalto 482 del pistón de leva se acopla con al menos un bloque de tope 329 (ver la FIGURA 11 ). En la tercera posición de flujo alto, la fuerza del fluido vuelve a superar la fuerza del resorte y empuja el ensamble 400 en una dirección hacia el fondo del pozo de manera que el bloque de tope 329 se desliza a lo largo de la porción del resalto 482 de la leva y se acopla con la ranura de la leva 484 (ver la FIGURA 16). En la modalidad ejemplar representada, los bloques de tope 329 se despliegan en las cavidades correspondientes formadas en el sub-cuerpo y se extienden radialmente hacia el orificio central 321 del sub-cuerpo 320 donde se pueden acoplar con el pistón de leva 440 como se describió anteriormente.

La FIGURA 10 representa una sección transversal parcial del ensamble de la herramienta 300 en la configuración de flujo bajo. En la modalidad ejemplar representada del pistón de válvula 410 se despliega sustancialmente de manera coaxial en, y se acopla de manera sellada con, el manguito del mandril 370 y el mandril 380. El pistón de válvula 410 incluye el primero y segundo conjuntos espaciados axialmente de los puertos espaciados circunferencialmente 416 y 418. En la configuración de flujo bajo representada en las FIGURAS 9 y 10, los puertos 416 se acoplan de manera sellada con una superficie interior 371 del manguito del mandril 370 (es decir, de manera que están desalineados axialmente con los puertos del mandril 385) y los puertos 418 se acoplan de manera sellada con una superficie interior 381 del mandril 380. Además, como se representa, los puertos del mandril 385 formados en el mandril 380 se acoplan de manera sellada con la superficie exterior 411 del pistón de válvula 410 de manera que no existe una comunicación de fluidos entre los puertos 385 y el agujero pasante 375. Como se describe en más detalle posteriormente, la herramienta de accionamiento requiere que el pistón de válvula se traslade axialmente de manera que el primer conjunto de puertos 416 (los puertos de la boca del pozo) queden alineados axialmente con los puertos del mandril 385. Dicha alineación proporciona una comunicación de fluidos entre el agujero interno 375 y la herramienta de fondo del pozo a través de los puertos del mandril inferior 385.

Con referencia continuada a la FIGURA 10, el pistón de leva 440 se despliega en, y se acopla de manera sellada con, el sub-cuerpo 320. La modalidad ejemplar del pistón de leva 440 representada incluye las primera, segunda, y tercera porciones axiales 450, 460 y 480 que tienen diámetros exteriores diferentes. La primera porción 450 del pistón de leva incluye una pluralidad de aberturas espaciadas circunferencialmente 452 configuradas para proporcionar una comunicación de fluidos entre el agujero interno de la leva y un área anular 318 conformada interna a la herramienta y los sub-cuerpos 310 y 320. Una segunda porción 460 del pistón de leva incluye una pluralidad de ranuras de la leva 465 formadas en una superficie exterior de la misma. Las ranuras de la leva 465 se configuran para acoplarse con uno o más pasadores guía 327 que se extienden radialmente hacia dentro desde el sub-cuerpo 320. En la modalidad ejemplar representada, los cuatro pasadores guía 327 están espaciados circunferencialmente a intervalos de 90 grados alrededor del sub-cuerpo (aunque la invención no se limitada con respecto esto). Los pasadores guía 327 se configuran para viajar dentro de las ranuras de la leva 465 y rotar el pistón de leva 440 y el pistón de válvula 410 a medida que el ensamble de pistón 400 se mueve de manera recíproca axialmente. Una tercera porción 480 del pistón de leva, que tiene un diámetro ampliado y una pluralidad de ranuras inferiores de la leva 484, se configura para acoplarse con al menos un bloque de tope 329. En la modalidad ejemplar representada, los cuatro bloques de tope 329 están espaciados circunferencialmente a intervalos de 90 grados alrededor del sub-cuerpo (la invención nuevamente no se limita con respecto a esto). Las interacciones entre el pasador guía/ranura de la leva y el bloque de tope/ranura de la leva se discuten en más detalle posteriormente con respecto a los mecanismos de activación y desactivación.

El accionamiento y la desactivación de la herramienta de fondo del pozo se describen ahora en más detalle con respecto a las FIGURAS 11 a 17. El sistema de accionamiento 300 es similar al sistema de accionamiento 100 (FIGURAS 3-8) ya que el mismo permite que una herramienta de fondo del pozo se conmute selectivamente entre los tres modos de operación mencionados anteriormente. Sin embargo, el sistema de accionamiento 300 difiere del sistema de accionamiento 100 en las etapas particulares requeridas para el accionamiento y la desactivación de la herramienta de fondo del pozo. En el sistema de accionamiento 100, el cambio del caudal del fluido de perforación hacia un estado de flujo bajo y luego de nuevo hacia un estado de flujo alto (o total) cambia los modos de accionamiento (de desactivado a activado o de activado a desactivado). Esto se puede lograr, por ejemplo, alternando el encendido y apagado de las bombas de lodo. El sistema de accionamiento 300 difiere del sistema de accionamiento 100 en que tales ciclos de las bombas de lodo son insuficientes para activar o desactivar la herramienta de fondo del pozo. En el sistema de accionamiento 300 las bombas de lodo se pueden alternar sustancialmente cualquier número de veces sin cambiar el modo de la herramienta (es decir, sin activar o desactivar la herramienta de fondo del pozo). Como se describe en más detalle posteriormente, el accionamiento (o desactivación) del sistema de accionamiento 300 requiere que se emplee un cuarto modo, referido en la presente como un modo de indexación que hace uso de un flujo de índice (indexación) correspondiente.

En la FIGURA 11 , el ensamble 300 se representa en un segundo modo, en el que se proporciona un flujo alto (o total) mientras que la herramienta de fondo del pozo permanece inactiva. Para conmutar el ensamble 300 desde el primer modo (flujo bajo) hacia el segundo modo, se habilita el flujo alto (o total) en la superficie del hoyo. El incremento de la presión más allá de un umbral predeterminado supera la presión del resorte y empuja el pistón de leva 440 en la dirección hacia el fondo del pozo. El flujo (presión) incrementado acciona, por ejemplo, sobre la superficie de la boca del pozo 454 del pistón de leva 440 empujando de esta forma el pistón de válvula 410 y al pistón de leva 440 en la dirección hacia el fondo del pozo de manera que los resaltos 482 se acoplen con los bloques de tope 329. El acoplamiento de los pasadores guía 327 con las ranura de la leva 465 rota el pistón de leva 440 (debido al perfil de la ranura) como se describe en más detalle posteriormente. En la modalidad ejemplar representada, el pistón de válvula 410 y el pistón de leva 440 están conectados entre sí (por ejemplo, mediante la contratuerca 438) y por lo tanto rotan juntos, aunque la invención no se limita con respecto a esto.

A pesar de que el pistón de válvula 410 se empuja hacia el fondo del pozo con el pistón de leva 440, los puertos 416 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 371 del manguito del mandril 370 (es decir, de manera que están desalineados axialmente con los puertos 385). Los puertos 418 también permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 381 del mandril 380. Además, como también se representa, los puertos del mandril 385 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie exterior 411 del pistón de válvula 410. Por lo tanto, la herramienta de fondo del pozo permanece inactiva (en el estado desactivado) mientras que se proporciona sustancialmente un flujo total a través del agujero, por ejemplo, hacia una barrena para una operación de perforación.

Como se describió anteriormente, la alternación de las bombas de lodo entre un flujo alto y un flujo bajo es insuficiente para activar y desactivar la herramienta de fondo del pozo. Las bombas de lodo se pueden alternar sustancialmente cualquier número de veces de manera que la herramienta alterne entre los modos operacionales primero y segundo representados en las FIGURAS 10 y 11 sin activar la herramienta de fondo del pozo. La modalidad ejemplar representada del pistón de leva incluye un patrón de ranura que tiene una pluralidad de porciones extremas axiales superior e inferior 462 y 464. En la modalidad ejemplar representada, la mitad de las porciones extremas axiales 462a y 464a están alineadas circunferencialmente con los correspondientes resaltos de la leva 482 y la otra mitad 462b y 464b están alineados circunferencialmente con las correspondientes ranuras de la leva 484 (y por lo tanto desalineados con los resaltos de la leva 482). Las porciones axiales 462a y 464a que están alineadas con los resaltos de la leva 482 se alternan con las porciones axiales 462b y 464b que están alineadas con las ranuras de la leva 484.

La FIGURA 12 proporciona una vista más cercana del pistón de leva 440 y representa (línea discontinua 443) el movimiento relativo de los pasadores guía 327 en las ranuras de la leva 465 durante un ciclo de la bomba de lodo (de flujo bajo a flujo alto y de nuevo a flujo bajo). Los pasadores guía 327 se localizan inicialmente en una porción extrema axial inferior 464b de la ranura de la leva que está alineada circunferencialmente con una ranura de la leva 484. El flujo incrementado empuja el pistón de leva 440 hacia abajo provocando que los pasadores guía 327 viajen a lo largo de la ranura 465 hacia una porción extrema axial superior 462a como se indica por la línea discontinua 443. El movimiento del pistón de leva 440 a lo largo de los pasadores guía 327 rota la leva a través de un ángulo de 45 grados en la modalidad ejemplar representada de manera que el(los) pasadores) guía 327 están ahora alineados con los resaltos de la leva 482 (ver la FIGURA 10). En este modo, el ensamble de la herramienta permanece desactivado (FIGURA 11 ) mientras que se proporciona un flujo alto. La disminución del flujo del fluido permite que el pistón de leva 440 se mueva hacia arriba mediante la presión del resorte provocando que los pasadores guía 327 viajen a lo largo de la ranura 465 hacia las porciones extremas axiales inferiores 464b como se indica además por la línea discontinua 443. El movimiento del pistón de leva 440 a lo largo de los pasadores guía 327 rota además el pistón de leva en unos 45 grados adicionales de manera que está alineado nuevamente con una ranura adyacente de la leva 484. Independientemente del número de ciclos de alto-bajo de la bomba de lodo, el(los) pasadores) guía siempre retornan a la misma alineación después de cada ciclo (es decir, alineados circunferencialmente con una ranura o con un resalto). De esta forma, los ciclos repetidos son insuficientes para activar y/o desactivar la herramienta de fondo del pozo (es decir, son insuficientes para cambiar el modo operacional de la herramienta).

En la modalidad ejemplar representada, el accionamiento de la herramienta de fondo del pozo requiere la indexación de la leva de manera que los pasadores guía 327 se muevan desde una porción extrema axial de la ranura de la leva hacia una porción extrema axial adyacente (desde la porción extrema 462a hacia la porción extrema 462b o desde la porción extrema 462b hacia la porción extrema 462a). Esto se realiza típicamente como se muestra esquemáticamente en la FIGURA 13 mediante (i) disminuir el caudal 502 de un flujo alto a un flujo bajo retomando de esta forma la herramienta al primer modo como se representa en la FIGURA 10, (ii) incrementar el caudal 504 de un flujo bajo a un caudal de 'indexación' intermedio, (iii) disminuir el caudal 506 del flujo de indexacion al flujo bajo, y (iv) incrementar el caudal 508 de un flujo bajo de nuevo a un flujo alto. Se entenderá que la FIGURA 13 es esquemática por naturaleza. No se pretende indicar cualquier temporización particular requerida o preferida. Tampoco se pretende indicar que se requiere o prefiere una meseta de indexacion entre 504 y 506.

En la FIGURA 14, el ensamble 300 se representa en el modo de indexacion, en el cual un flujo intermedio (indexacion) se proporciona mientras que la herramienta de fondo del pozo está inactiva. El flujo intermedio proporciona una fuerza del fluido suficiente para superar parcialmente la presión del resorte de manera que el ensamble 400 está en una posición axial intermedia balanceada entre la fuerza del fluido y la fuerza del resorte. En el modo de indexacion, los puertos 416 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 371 del manguito del mandril 370 (es decir, de manera que están alineados axialmente con los puertos 385). Los puertos 418 también permanecen acoplados de manera sellada con la superficie interior 381 del mandril 380. Además, como también se representa, los puertos del mandril 385 permanecen acoplados de manera sellada con la superficie exterior 411 del pistón de válvula 410 de manera que la herramienta permanece inactiva.

La FIGURA 15 proporciona una vista más cercana del pistón de leva 440 y representa (línea de puntos 444) el movimiento relativo de los pasadores guía 327 en las ranuras de la leva 465 durante un ciclo de indexacion en el que las bombas de lodo se alternan de un flujo bajo a un flujo de indexacion y de nuevo a un flujo bajo (por ejemplo, como se representa en 504 y 506 en la FIGURA 13). En la modalidad ejemplar representada, los pasadores guía 327 se localizan inicialmente en una porción extrema axial inferior 464b de la ranura de la leva 465 que está alineada circunferencialmente con una ranura de la leva 484. El flujo incrementado empuja el pistón de leva hacia abajo provocando que el pasador guía 327 viaje a lo largo de la ranura 465 hacia el rango de indexacion 470 como se indica por la línea de puntos 444. El flujo del fluido entonces se reduce (o se detiene) permitiendo que el pistón 440 retorne a su posición presionada y permitiendo que el pasador guía 327 viaje de regreso hacia la porción extrema axial adyacente 464a (alineado con el resalto de la leva 482) tal como se indica adicionalmente por la línea de puntos 444 . Los pasadores guía 327 rotan la leva 440 a través de un ángulo de 45 grados en el ciclo ejemplar de indexación representado. El caudal se puede entonces incrementar hasta un flujo total para accionar la herramienta de fondo del pozo (como se indica por la línea discontinua 443 que muestra el movimiento de los pasadores 327 hacia la porción extrema axial superior 462b).

En la FIGURA 16, el ensamble 300 se representa en el tercer modo operacional, en el cual se proporciona un flujo total y la herramienta de fondo del pozo se activa (por ejemplo, después del ciclo de indexación representado en la FIGURA 15). El flujo total empuja el pistón de válvula 410 y al pistón de leva 440 en la dirección hacia el fondo del pozo de manera que las ranuras de la leva 484 se acoplan con los bloques de tope 329. El acoplamiento de las ranuras de leva 484 con los bloques de tope 329 permite que el pistón de leva 440 y el pistón de válvula 410 tengan una longitud de carrera más larga que la descrita anteriormente con respecto a la FIGURA 11. Como tal, los puertos 416 están alineados axialmente con los puertos del mandril 385 permitiendo de esta forma una comunicación de fluidos entre el agujero central y los puertos del mandril 385 (como se indica por las flechas 421 ) lo que a su vez activa la herramienta de fondo del pozo. Además, los puertos 418 están en comunicación de fluidos con la región anular 318 permitiendo que una porción del flujo del fluido de perforación se desvíe de la boquilla 413. El fluido que fluye hacia dentro de la región anular 3 8 fluye axialmente hacia abajo del orificio y luego radialmente hacia dentro a través de las aberturas 452 y de nuevo hacia el agujero central del ensamble (como se indica por las flechas 419). Aunque la invención no se limita con respecto a esto, dicho mecanismo de desviación provoca una caída de presión en el agujero central que se puede detectar ventajosamente en la superficie y se puede tomar por un operador como una indicación de la activación de la herramienta de fondo del pozo. Se entenderá que la invención no se limita a ningún tamaño particular de la boquilla o incluso al uso de una boquilla como se muestra en las modalidades representadas.

La FIGURA 17 representa un trazado de la presión del fluido de perforación frente al caudal para las modalidades ejemplares del ensamble de la herramienta. En general, la presión del fluido de perforación se incrementa esencialmente de manera monótona con el incrementó del caudal (como sería de esperar por los expertos en la materia). La FIGURA 17 representa tres rangos generales del caudal. En el rango de pre-índice el caudal (y la presión) tiende a ser insuficiente para superar la presión del resorte y por lo tanto el ensamble permanece en el primer modo operacional (FIGURA 10). En el rango de índice, el caudal (y la presión) es suficientemente alto para superar parcialmente la presión del resorte y por lo tanto el ensamble está en el modo de indexación (FIGURA 14). En el rango de operación, el caudal (y la presión) es suficientemente alto para superar totalmente la presión del resorte y por lo tanto el ensamble está o bien en el segundo modo operacional (FIGURA 11 ) o en el tercer modo operacional (FIGURA 16).

En una modalidad ejemplar de la invención, un caudal de indexación puede estar en el rango desde aproximadamente 400 hasta aproximadamente 600 galones por minuto. En esta modalidad particular, un caudal de menos de aproximadamente 400 galones por minuto está en el rango de pre-índice, mientras que un caudal mayor que aproximadamente 600 galones por minuto está en el rango de operación (o en un rango de transición entre el rango de índice y el rango de operación). Se entenderá que la invención no se limita a ningún caudal y/o presión particulares y que los expertos en la materia serían fácilmente capaces de calcular los caudales adecuados basado en varios parámetros de geometría de la herramienta (por ejemplo, el diámetro de la herramienta).

Aunque la presente invención y sus ventajas se han descrito en detalle, se debe entender que se pueden realizar varios cambios, sustituciones y alternaciones en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que comprende: un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo configurado para conectarse con una sarta de perforación; un mandril desplegado en el cuerpo de la herramienta, el mandril incluyendo al menos un puerto; un ensamble de pistón desplegado en el mandril, el ensamble de pistón teniendo un agujero pasante e incluyendo al menos un pistón de válvula y un pistón de leva configurados para moverse de manera recíproca axialmente en el mandril entre una primera posición axial y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen a la primera posición axial; un miembro de resorte desplegado en el cuerpo de la herramienta y dispuesto para presionar el ensamble de pistón hacia la primera posición axial; y dicho puerto del mandril estando en comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial, el puerto del mandril estando acoplado de manera sellada con una superficie exterior del ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

2. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 1 , que comprende además una pluralidad de estructuras de corte desplegadas en el cuerpo de la herramienta, las estructuras de corte configuradas para extenderse radialmente hacia fuera desde el cuerpo de la herramienta cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial y para retraerse radialmente hacia dentro cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

3. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 1 , en donde el ensamble de pistón se configura de manera que el flujo del fluido de perforación en el agujero pasante empuja el ensamble de pistón contra la presión del miembro de resorte.

4. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 1 , en donde: el pistón de leva comprende un primer y segundo perfiles de leva, el primer perfil de leva se orienta en una dirección hacia la boca del pozo y el segundo perfil de leva se orienta en una dirección hacia el fondo del pozo; y el cuerpo de la herramienta comprende al menos un primer y segundo pasadores guía, el primer pasador guía se configura para acoplarse con el primer perfil de leva cuando el ensamble de pistón está en la primera posición axial y el segundo pasador guía se configura para acoplarse con el segundo perfil de leva cuando el ensamble de pistón está o bien en la segunda posición axial o en la tercera posición axial.

5. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 4, en donde: el segundo perfil de leva comprende canales profundos y poco profundos espaciados circunferencialmente, alternados; y el segundo pasador guía se acopla con el correspondiente de los canales poco profundos cuando el ensamble de pistón está en la segunda posición axial y con el correspondiente de los canales profundos cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial.

6. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 4, en donde el ensamble de pistón se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y luego hacia la tercera posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto a un caudal bajo y de nuevo hacia el caudal alto.

7. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 1 , en donde: el pistón de leva comprende al menos una ranura formada en una superficie exterior del pistón de leva que se orienta radialmente; y el cuerpo de la herramienta comprende al menos un primer pasador guía que se acopla con la ranura.

8. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 7, en donde: el pistón de leva comprende ranuras de la leva y resaltos de la leva espaciados circunferencialmente, alternados y formados en un extremo axial del pistón de leva; y el cuerpo de la herramienta comprende al menos un primer bloque de tope configurado para acoplarse con al menos uno de los resaltos de la leva cuando el ensamble de pistón está en la segunda posición axial y con al menos una de las ranuras de la leva cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial.

9. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 8, en donde el ensamble de pistón se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y de nuevo hacia la segunda posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto a un caudal bajo y de nuevo hacia el caudal alto.

10. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 8, en donde el ensamble de pistón se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y luego hacia la tercera posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto, a un caudal bajo, a un caudal de indexación, de vuelta hacia el caudal bajo, y luego hacia el caudal alto.

11. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 1 , en donde: el pistón de válvula comprende al lo menos un puerto; y dicho puerto del pistón de válvula proporciona una comunicación de fluidos entre el agujero pasante y una región anular entre el cuerpo de la herramienta y una porción del ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial, el puerto del pistón de válvula estando acoplado de manera sellada con una superficie interna del mandril cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

12. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 11 , en donde el puerto del pistón de válvula proporciona una trayectoria alternativa del flujo alrededor de una boquilla desplegada en el ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial, la trayectoria alternativa del flujo encaminando el fluido de perforación desde el agujero pasante, a través de la región anular y de nuevo hacia el agujero pasante.

13. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 12, en donde el pistón de leva comprende una pluralidad de aberturas que proporcionan una comunicación de fluidos entre la región anular y el agujero pasante.

14. Un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que comprende: un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo que tiene un agujero pasante y que se configura para conectarse con una sarta de perforación; un pistón de leva desplegado en el cuerpo de la herramienta, el pistón de leva incluyendo el primer y segundo perfiles de leva formados sobre el mismo que se orientan hacia la boca del pozo y hacia el fondo del pozo, el pistón de leva se configura para moverse de manera recíproca axialmente en el cuerpo de la herramienta entre una primera posición axial, en la que al menos un primer pasador guía se acopla con el primer perfil de leva, y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen a la primera posición axial, en las que al menos un segundo pasador guía se acopla con el segundo perfil de leva; un miembro de resorte desplegado en el cuerpo de la herramienta y dispuesto para presionar el pistón de leva hacia la primera posición axial; una trayectoria del flujo del fluido que se dispone para estar en comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el pistón de leva está en la tercera posición axial y sin comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el pistón de leva está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

15. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 14, que comprende además: un mandril desplegado en el cuerpo de la herramienta; y un ensamble de pistón que incluye un pistón de válvula y el pistón de leva, el ensamble de pistón estando desplegado en el mandril.

16. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 15, en donde la trayectoria del flujo del fluido incluye al menos un puerto formado en el mandril, el puerto estando dispuesto para estar en comunicación de fluidos con el agujero pasante cuando el pistón de leva está en la tercera posición axial y acoplado de manera sellada con una superficie exterior del ensamble de pistón cuando el pistón de leva está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

17. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 14, en donde: el segundo perfil de leva comprende canales profundos y poco profundos espaciados circunferencialmente, alternados; y el segundo pasador guía se acopla con el correspondiente de los canales poco profundos cuando el pistón de leva está en la segunda posición axial y el correspondiente de los canales profundos cuando el pistón de leva está en la tercera posición axial.

18. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 14, en donde el pistón de leva se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y luego hacia la tercera posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto a un caudal bajo y de nuevo hacia el caudal alto.

19. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 14, que comprende además una pluralidad de estructuras de corte desplegadas en el cuerpo de la herramienta, las estructuras de corte se configuran para extenderse radialmente hacia fuera desde el cuerpo de la herramienta cuando la trayectoria del flujo del fluido está en comunicación de fluidos con el agujero pasante.

20. Un ensamble de la herramienta de fondo del pozo que comprende: un cuerpo de la herramienta de fondo del pozo configurado para conectarse con una sarta de perforación; un mandril desplegado en el cuerpo de la herramienta, el mandril incluyendo al menos un puerto; un ensamble de pistón desplegado en el cuerpo de la herramienta, el ensamble de pistón teniendo un agujero pasante e incluyendo al menos un pistón de válvula y un pistón de leva configurados para moverse de manera recíproca axialmente en el mandril entre una primera posición axial y una segunda y tercera posiciones axiales que se oponen a la primera posición axial; un miembro de resorte desplegado en el cuerpo de la herramienta y dispuesto para presionar el ensamble de pistón hacia la primera posición axial; y el pistón de válvula que incluye al menos un primer puerto radial formado en el mismo, el puerto radial estando alineado axialmente y en comunicación de fluidos con dicho puerto del mandril cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial, el puerto radial estando desalineado axialmente con el puerto del mandril y acoplado de manera sellada con una superficie interior del mandril cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

21. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 20, que comprende además una pluralidad de estructuras de corte desplegadas en el cuerpo de la herramienta, las estructuras de corte se configuran para extenderse radialmente hacia fuera desdé el cuerpo de la herramienta cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial y para retraerse radialmente hacia dentro cuando el ensamble de pistón está o bien en la primera posición axial o en la segunda posición axial.

22. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 20, en donde: el pistón de leva comprende al menos una ranura formada en una superficie exterior del pistón de leva que se orienta radialmente; y el cuerpo de la herramienta comprende al menos un primer pasador guía que se acopla con la ranura.

23. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 22, en donde: el pistón de leva comprende ranuras de la leva y resaltos de la leva espaciados circunferencialmente, alternados y formados sobre un extremo axial del pistón de leva; y el cuerpo de la herramienta comprende al menos un primer bloque de tope configurado para acoplarse con al menos uno de los resaltos de la leva cuando el ensamble de pistón está en la segunda posición axial y con al menos una de las ranuras de la leva cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial.

24. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 23, en donde la ranura comprende una pluralidad de porciones extremas superior e inferior, cuyo primer grupo está alineado circunferencialmente con el correspondiente de los resaltos de la leva y cuyo segundo grupo está alineado circunferencialmente con el correspondiente de las ranuras de la leva.

El ensamble de la herramienta de la reivindicación 24, en donde: el pasador guía se acopla con una porción extrema superior del primer grupo cuando el ensamble de pistón está en la segunda posición axial; y el pasador guía se acopla con una porción extrema superior del segundo grupo cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial.

26. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 23, en donde el ensamble de pistón se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y de nuevo hacia la segunda posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto a un caudal bajo y de nuevo hacía el caudal alto.

27. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 23, en donde el ensamble de pistón se configura para moverse de manera recíproca desde la segunda posición axial hacia la primera posición axial y luego hacia la tercera posición axial cuando un caudal del fluido de perforación realiza un ciclo de un caudal alto, a un caudal bajo, a un caudal de indexación, de vuelta hacia el caudal bajo, y luego hacia el caudal alto.

28. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 20, en donde: el pistón de válvula comprende al lo menos un segundo puerto radial formado allí, el segundo puerto radial estando espaciado axialmente del primer puerto radial; y el segundo puerto radial está alineado axialmente con una región anular entre el cuerpo de la herramienta y una porción del ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial.

29. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 28, en donde el segundo puerto radial proporciona una trayectoria alternativa del flujo alrededor de una boquilla desplegada en el ensamble de pistón cuando el ensamble de pistón está en la tercera posición axial, la trayectoria alternativa del flujo encaminando el fluido de perforación desde un agujero pasante en el ensamble de pistón, a través de la región anular y de nuevo hacia dentro del agujero pasante.

30. El ensamble de la herramienta de la reivindicación 29, en donde el pistón de leva comprende una pluralidad de aberturas que proporcionan una comunicación de fluidos entre la región anular y el agujero pasante, estando las aberturas espaciadas axialmente del segundo puerto radial.