MX2013001913A - Broca hidraulica de alta eficencia. - Google Patents

Abstract

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Description

BROCA HIDRÁULICA DE ALTA EFICIENCIA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención Las realizaciones que se revelan en la presente se relacionan en general con las brocas utilizadas en la perforación de formaciones subterráneas. Otras realizaciones se relacionan con el diseño de brocas, que incluyen variaciones en el tamaño de la tobera, la orientación de la tobera y la configuración de la guía de fluido, que pueden optimizarse para proporcionar la eliminación de viruta mejorada del pozo. En aún otras realizaciones, la presente invención se relaciona con aparatos y métodos para mejorar la eficiencia de la limpieza hidráulica alrededor de la broca durante las operaciones de perforación.

A te previo Los sistemas de perforación convencionales normalmente incluyen la presencia de una broca conectada en el fondo de una cadena de perforación giratoria. Las Figuras 1A - ID juntas ilustran un sistema de perforación 101 que utiliza una broca 109 para perforar un pozo 105 en una formación subterránea 103. Como se muestra en la Figura 1A, se usa una tabla giratoria 98 u otro aparato (por ejemplo, impulso superior, etc.) para girar la cadena de perforación 102, que deriva en una rotación correspondiente de la broca 109 en el extremo de la cadena de perforación 102. Las Figuras IB y 1C muestra la broca 109 incluye un cuerpo de broca 114 asegurado a un mango de acero 123 y una conexión de pasador 124, que están configurados para conectar la broca 109 a la cadena de perforación 102. El cuerpo de broca 114, que incluye una superficie de broca 115, se levanta con estructuras de corte (por ejemplo, cuchillas) 116 que están configuradas para cortar (es decir, excavar, triturar, cortar, etc) en la formación 103.

Generalmente, si la broca 109 es un cortador fijo o una broca de "arrastre", las estructuras de corte 116 tienen una pluralidad de elementos de corte 118, tales como cortadores, encastres, encastres de PDC (compacto de diamante policristalino) , compactos, etc. Estos elementos de corte 118 tienen superficies de corte formadas de un material abrasivo, tal como, por ejemplo, compactos de diamante policristalino ("PDC"), compactos de diamante policristalino térmicamente estables ("TSP"), diamantes naturales, así como compactos de nitruro de boro cúbico y están orientados sobre la superficie de la broca 115 en la dirección de la rotación de la broca. Un cuerpo de broca de arrastre se forma habitualmente de acero fresado o un moldeado de la matriz de un material particulado duro tal como carburo de tungsteno en un ligante de aleación basado en cobre (habitualmente) . Los elementos de corte 118 se pueden asegurar a las cuchillas 116 y/o al cuerpo de la broca 114 que conocería un experto en el arte, tal como durante una operación de horneado o un proceso de soldadura .

El sistema de perforación típico 101 también proporciona el fluido de perforación (por ejemplo, "lodo de perforación", "lodo", etc.) 111 que se transporta hacia abajo por la cadena de perforación 102 y dentro de la broca 109. El equipo de la superficie 113, tal como bombas, se utiliza para crear una presión y una velocidad de flujo para hacer circular el fluido de perforación 111 a través de la cadena de perforación 102. La cadena de perforación 102 normalmente tiene un barreno interno o pasaje de flujo 103a que se extiende y está en comunicación de fluido entre el equipo de la superficie 113 y la broca 109. El tamaño (por ejemplo, el diámetro de la cadena de perforación 102 con respecto al pozo 105 define un anillo 106 que permite el retorno del fluido de perforación y que toda la viruta arrastrada (por ejemplo, viruta de formación, otros detritos, etc) a la superficie .

Con referencia a las Figuras 1A - 1C juntas, el fluido de perforación 111 se bombea desde, por ejemplo, una balsa de lodo 112, dentro del barreno interno 103a, y hacia abajo a la broca 109 a través de la entrada de broca 130 y la cavidad de fluido o el pleno 126. El fluido de perforación 111 fluye desde el pleno 126 a través de uno o más canales o barrenos internos 128 y hacia fuera de la broca 109 a través de una o más toberas 122 (y el orificio correspondiente) en relación con ella. La presión del fluido de perforación 111 que se suministra a la superficie de la broca 115 a través de las toberas 122 (u otras' puertas, aberturas, etc) debe ser suficiente para superar la cabeza hidrostática en la broca 109 y la velocidad de flujo debe ser suficiente para transportar el fluido de perforación 111 (junto con la viruta arrastrada) fuera de la superficie de la broca 115, a través del anillo 106 y a la superficie 107.

Cuando el fluido de perforación 111 sale de la cadena de perforación 102, el fluido ingresa en el pleno 126 de la "broca 109. La velocidad del fluido de perforación 111 que ingresa en el pleno 126 habitualmente es relativamente baja, pero cuando el fluido ingresa en el orificio 122a de las toberas 122, la velocidad del fluido aumenta sustancialmente como resultado de la reducción de la superficie de salida en el orificio. Las toberas 122 normalmente se colocan en la superficie de la broca 115 o cerca de ella con diferentes propósitos, mediante lo cual el fluido cumple varias funciones, tales como la refrigeración de la broca 109, la evacuación de la viruta desde la broca 109 hacia la superficie 107 y la provisión de integridad del pozo.

Estas funciones son muy importantes para que la broca 109 corte eficientemente la formación 103 sobre un intervalo de perforación comercialmente viable. Debido al peso sobre la broca (WOB) aplicado por la cadena de perforación 102 que es necesario para lograr una velocidad de penetración deseada (ROP) , hay un calor de rozamiento sustancial generado sobre la superficie de la broca 115. Como resultado de esto, el fluido de perforación 111 es necesario y esencial para refrigerar la broca 109. Sin el fluido de perforación 111, la broca 109, que incluye la superficie de la broca 115 y los elementos de corte 118, se degradaría estructuralmente y fallaría prematuramente.

El fluido de perforación 111 también es vital para la eliminación de la viruta y/u otros detritos desde la superficie de la broca 115. La viruta estacionaria alrededor de la superficie de la broca 115 impide la eficiencia de corte de la broca 109 obstruyendo el acceso de los elementos de corte 118 a la formación 103. Además, el flujo estancado alrededor y por encima de la broca 109 contribuye a la eliminación ineficiente de la viruta desde la superficie de la broca 115 debido a los regímenes de flujo insuficientes alrededor de la broca 109. El flujo estancado o reducido del fluido de perforación 111 también deriva en la refrigeración menos efectiva de los elementos de corte 118 en zonas donde se impide el flujo.

Estas condiciones suelen derivar en la "aglomeración de la broca" por lo cual sin la eliminación de la viruta, los elementos de corte 118 (y la superficie de la broca 115) se aglomera con el material cortado de la formación 103. Recientemente se reconoce que la aglomeración de la broca se origina o se inicia en la superficie del calibre (es decir, el costado) 138 del cuerpo de la broca 114. Una vez que la superficie del calibre 138 se bloquea y se obstruye, la masa de la viruta de formación se acumula nuevamente hacia abajo hacia la superficie de la broca 115 y/o sobre la superficie, hasta que la broca 109 se aglomera completamente. La aglomeración de la broca hace a la broca 109 incapaz de engranarse efectivamente y de penetrar en la formación 103 para avanzar hacia el pozo 105.

Las brocas modernas normalmente incluyen "ranuras de chatarra" 165 formadas sobre el exterior del cuerpo de la broca 114 para contribuir a patrones de flujo alrededor de la broca 109! La ranura de chatarra 165 está habitualmente adyacente y/o entre las cuchillas de la broca correspondientes 118, de manera tal que las ranuras de chatarra 165 estén configuradas para el fluido de perforación 111 para fluir desde las toberas 122 dispuestas en la superficie de la broca 115, pasando la broca 109 y al anillo 106 por encima de la broca 109. El intento de las ranuras de chatarra 165 es promocionar y pasar el flujo del fluido de perforación 111 junto con la cuchilla correspondiente 118. Sin embargo, la posición y la orientación angular de todas las toberas 122 pueden ser diferentes, por lo cual la magnitud y la orientación de la energía de flujo del fluido de perforación varían de una ranura de chatarra a la siguiente, lo cual habitualmente deriva en la distribución ineficiente y despareja de la energía hidráulica.

Por ejemplo, una presión de flujo relativamente más alta puede generar una zona o área adyacente de una presión hidráulica relativamente más baja. Cuando esto ocurre, el fluido dé perforación que emana desde una tobera particular que idealmente fluiría pasando por los elementos de corte deseados de una cuchilla particular y hacia arriba a través de la ranura de chatarra asociada puede realmente empujarse o arrastrarse hacia abajo dentro de una zona de baja presión creada por un régimen de flujo de otra ranura de chatarra. En efecto, algunas de las ranuras de chatarra 165 tienen un flujo positivo o ascendente del fluido de perforación, mientras que otros tienen un flujo negativo o descendente, lo cual es perjudicial para el patrón de flujo deseado en las ranuras de chatarra. En las brocas del arte previo típicas esto deriva en regiones de flujo estancado dentro y por encima de las ranuras de chatarra, habitualmente adyacentes, detrás y por encima de las cuchillas debido a la distribución ineficiente del fluido de perforación.

La Figura ID ilustra un ejemplo de un régimen de flujo estancado 171 que deriva en la acumulación y/o distribución despareja de viruta 132 en ciertas superficies del pozo 105. Esto puede ser especialmente problemático en la perforación direccional u horizontal donde los efectos de la gravedad producen la separación y/o asentamiento de viruta (u otros detritos) 132. La viruta generada durante el proceso de perforación que normalmente fluiría hacia arriba a través del anillo 106 puede circular desde una ranura de chatarra de flujo positivo hacia una ranura de chatarra de flujo negativo, o puede acumularse adyacente o por encima de la cuchilla en el régimen 171, el resultado en -ambos casos deriva de ese modo en la aglomeración de la broca 109.

El fenómeno mencionado anteriormente de la aglomeración de la broca se ha convertido en un problema más grave en los últimos años. El diseño de las brocas más nuevas suele incluir el uso de cortadores superabrasivos para lograr una velocidad de penetración (ROP) más alta. Sin embargo, si bien se han logrado marcados aumentos en . la velocidad de penetración, la incapacidad de las brocas para eliminar la viruta de la formación a una velocidad conmensurable con la capacidad de las brocas de generar dicha viruta ha demostrado ser una limitación dificultosa para otros aumentos en la velocidad de penetración. En las brocas técnicamente sofisticadas, modernas, el número de toberas 122 sobre la superficie de la broca 115 normalmente es una por cada cuchilla. Las limitaciones sobre el número de toberas sobre una broca se deben no solamente a inconvenientes de diseño y de fabricación, sino que también se deben a capacidades de los equipos.

Como tal, las brocas del arte previo no han logrado considerar y apreciar la tendencia de la mala eliminación de viruta desde las brocas como resultado de la aglomeración consecuente de la broca y las mejoras habitualmente se centran en la incorporación de características de diseño en la superficie de la broca o en las superficies del pleno de la broca. Sin embargo, estas mejoras rara vez derivan en una eficiencia más alta de la broca.

Como resultado, existe una necesidad de una broca diseñada para minimizar la aglomeración, así como una broca y/u otras estructuras relacionadas con la perforación que proporcionan características hidráulicas mejoradas y la ventaja asociada a ellas. Existe una necesidad de una broca que mejora la hidráulica alrededor de la broca en áreas diferentes de la superficie de la broca .

Existe una gran necesidad de proporcionar mejoras a la eliminación de viruta de la formación para brocas a través de mejoras del diseño que se pueden implementar en cualquier broca. Existe una necesidad de la eliminación de viruta de formación mejorada a través de la distribución optimizada de la energía hidráulica en la forma del fluido de perforación. Dicho reparto se puede realizar empleando toberas con tamaños de las perforaciones diferentes y en asociación con las guías de fluido y las cuchillas configuradas para distribuir en forma uniforme el fluido de perforación dentro, alrededor y por encima de la broca.

Existe una necesidad de crear un flujo de fluido dirigido hacia arriba desde la broca que elimina el impacto del fluido de perforación y la viruta contra la superficie de la broca. El flujo dirigido hacia arriba induce caminos de flujo fuera de la superficie de la broca y optimiza la distribución de las partículas, el régimen de flujo y la distribución de la presión en las superficies por encima de la broca. Existe otra necesidad de crear un método sinergístico para optimizar el flujo hidráulico utilizando la energía hidráulica en la superficie de la broca acoplada al flujo que viaja desde la broca. Dicho reparto se puede realizar mediante la geometría y la orientación de la guía de fluido.

EXTRACTO DE LA INVENCIÓN Las realizaciones reveladas pueden proporcionar una broca para mejorar las operaciones de perforación, la broca incluye un cuerpo de broca configurado para el acoplamiento a una cadena de perforación y una superficie de la broca dispuesta sobre un primer extremo del cuerpo de la broca que comprende por lo menos una estructura de corte. La broca también incluye una guía de fluido conectada opera ivamente a la broca y dispuesta por encima de un extremo del cuerpo de la broca. Existe por lo menos una tobera dispuesta en la guía de fluido, de manera tal que por lo menos una tobera esté en comunicación de fluido con una cavidad de fluido dispuesta en el cuerpo de la broca. En particular, la guía de fluido está configurada para inducir la distribución del flujo de fluido en un régimen de flujo por encima de la broca.

Otras realizaciones de la invención pueden proporcionar una guía de fluido para una broca, mediante lo cual la guía de fluido mejora la limpieza hidráulica de una broca durante las operaciones de perforación. La guía de fluido incluye un cuerpo principal que tiene un barreno central dispuesto a través de él y una superficie de acoplamiento dispuesta sobre el cuerpo principal configurada para acoplar la guía de fluido hacia por lo menos uno de la broca, una cadena de perforación, o combinaciones de ellos. Existe por lo menos una tobera dispuesta dentro del cuerpo principal, mediante lo cual la tobera incluye un orificio que está configurado para dirigir el fluido en una dirección fuera de la broca. La guía de fluido además incluye una primera cuchilla de guía de fluido dispuesta sobre una superficie exterior del cuerpo principal y una segunda cuchilla de guía de fluido dispuesta sobre la superficie exterior del cuerpo principal, de manera tal que la guía de fluido tenga una superficie de flujo definida por un espacio entre la primera cuchilla de guía de · fluido y la segunda cuchilla de guía de fluido. Por lo menos una tobera, la primera cuchilla de guía de fluido, la segunda cuchilla de guía de fluido y la región de flujo están diseñadas y/u optimizadas para mejorar la limpieza hidráulica de la broca.

Otra realización puede proporcionar un método para eliminar en forma hidráulica detritos de un pozo que incluye los pasos de perforar en forma direccional el pozo, por lo cual la primera parte del pozo está más alejada de una superficie que una segunda parte del pozo ubicada radialmente opuesta a la primera parte; dispersar un fluido en el pozo para mover en forma fluida el detrito, en donde el fluido se dispersa en por lo menos una dirección ascendente desde el fondo del pozo; distribuir uniformemente el fluido dispersado en la dirección ascendente, en donde el fluido distribuido uniformemente mejora la eliminación del detrito del pozo.

Otros aspectos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones adjuntas .

Breve descripción de los Dibujos Las Figuras 1A, IB, 1C, y ID muestran un sistema de perforación convencional y una broca convencional utilizada en él.

Las Figuras 2A y 2B muestran diferentes vistas de una broca configurada con una guía de fluido de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 2C muestra una vista de corte transversal de la broca y la guía de fluido que se muestra en las Figuras 2A y 2B de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 2D muestra una vista de una broca configurada con una guía de fluido de tipo de propulsor, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 3A muestra una vista frontal de una broca altamente eficiente, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 3B muestra una vista en perspectiva lateral de la broca que se muestra en la Figura 3A.

La Figura 3C muestra vistas de corte de diferentes orientaciones de toberas utilizadas en la broca de las Figuras 3A y 3B, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 4 muestra una vista lateral de una broca altamente eficiente 409 que se puede utilizar en un sistema de perforación 401, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

Las Figuras 5A - 5H muestran varias vistas de una guía de fluido configurada con diferentes geometrías de cuchillas, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 6A muestra una vista en perspectiva de una guía de fluido controlada en forma electrónica de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 6B muestra una vista de corte transversal de la guía de fluido controlada de la Figura 6A, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 6C muestra una representación gráfica del control oscilatorio electrónico de la guía de fluido de la Figura 6A, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

Las Figuras 7A y 7B muestran vistas de corte transversal de una guía de fluido 750 que tiene una configuración escalonada, de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La Figura 7C muestra una vista lateral de la guía de fluido de las Figuras 7A y 7B, de acuerdo con realizaciones de la presente invención .

Descripción detallada de la Invención Las realizaciones específicas de la presente invención se describirán ahora detalladamente con referencia a las Figuras que la acompañan. Los elementos iguales en las diferentes figuras pueden estar indicados por números de referencia iguales para su coherencia. Además, en la siguiente descripción detallada de realizaciones de la presente invención, se exponen numerosos detalles específicos para brindar una comprensión más completa de la invención. Sin embargo, será evidente para un experto en el arte que las realizaciones . reveladas en la presente se pueden practicar sin estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito en detalle características conocidas para evitar complicar innecesariamente la descripción.

Además, los términos direccionales , tales como "arriba" "debajo", "superior", "inferior", etc, se utilizan por conveniencia al referirse a los dibujos que la acompañan. En general, "arriba", "debajo", "ascendente", y términos similares se refieren a una dirección hacia la superficie de la tierra desde debajo de la superficie a lo largo de un pozo, y "debajo", "inferior", "descendente" y términos similares se refieren a una dirección alejada de la superficie a lo largo del pozo (es decir, hacia el interior del pozo) , pero tiene propósitos ilustrativos únicamente y los términos no limitan la invención.

Con referencia ahora a las Figuras 2A - 2D, se muestran diferentes vistas de una broca 209 configurada con una guía de fluido 250 de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. Las Figuras 2A y 2B juntas ilustran una broca mejorada 209 que se puede utilizar para perforar formaciones subterráneas. La broca 209 puede incluir un cuerpo de broca 214 configurada para el acoplamiento a una cadena de perforación (302, Figura 3B) . En algunas realizaciones, la broca 209 pueden incluir la broca 214 asegurada a un mango 223 que puede tener una conexión 224, por lo cual el mango 223 y/o la conexión 224 pueden estar configurados para conectar la broca 209 a la cadena de perforación. Si bien la broca 209 se puede ilustrar y describir como una broca de cortador fijo, el alcance de la presente invención no es taxativo de ninguna broca particular. Como tal, la broca 209 puede ser, por ejemplo, una broca giratoria, una broca cónica de rodillos, un disco, o cualquier otro tipo de broca conocida para un experto en el arte.

El cuerpo de la broca 214, que puede incluir una superficie de broca 205, puede estar equipada con estructuras de corte o cuchillas 216 que pueden estar configuradas para cortar (es decir, excavar, triturar, cortar, etc) dentro de la formación subterránea. Un experto en el arte reconocería que el tipo de broca utilizado indicaría la acción de corte asociada a estructuras de corte o cuchillas 216, tales como sobre una broca cónica de rodillos que proporciona la acción de trituración o cuchillas sobre un cortador de arrastre que proporcionan una acción de corte.

Como se muestra en la presente, las estructuras de corte 216 pueden ser cuchillas de corte, tales como aquellas utilizadas sobre las brocas de cortador fijo. Las cuchillas, tales como las cuchillas 216a y 216b se pueden posicionar según sea necesario para formar la ranura de chatarra 266. Las ranuras de chatarra 266 pueden permitir, por ejemplo, que el fluido de perforación, la viruta de perforación y/u otros detritos fluyan en dirección ascendente desde la superficie de la broca 215 hacia el segundo extremo 282 del cuerpo de la broca 214.

Las cuchillas 216 pueden tener uno o más elementos de corte 218 y/o encastres de calibre 220 dispuestos sobre ellos. Los elementos de corte 218 pueden ser, por ejemplo, cortadores, encastres, encastres de compacto de diamante policristalino, compactos, etc. Estos elementos de corte 218 pueden tener superficies de corte formadas de un material abrasivo, tal como, por ejemplo, compactos de diamante policristalino ("PDC"), compactos de diamante policristalino térmicamente estable ("TSP")/ diamantes naturales, así como compactos de nitruro de boro cúbico y se pueden orientar sobre la superficie de la broca 215 según sea necesario para proporcionar la función de perforación. Los elementos de corte 218 o los encastres de calibre 220 se pueden asegurar a las cuchillas 216 y/o al cuerpo de la broca 214 como lo sabría un experto en el arte, tal como durante una operación de horneado o un proceso de soldadura.

La broca 209 de la presente invención puede incluir una guía de fluido 250 que se puede utilizar y que está configurada para mejorar la eficiencia general de la broca 209 durante las operaciones de perforación. En una realización específica, la guía de fluido 250 puede estar configurada para mejorar la eficiencia hidráulica de la broca 209, donde la eficiencia hidráulica es una relación de una cantidad de viruta eliminada del pozo a la cantidad de viruta creada por la broca 209. Si bien las Figuras 2A y 2B ilustran la guía de fluido 250 que puede estar dispuesta y/o conectada por encima del segundo extremo 282 del cuerpo de la broca 214, la guía de fluido 250 puede estar conectada operativamente a la broca 209 en cualquier posición de la broca 209.

La superficie de la broca 215 puede estar dispuesta sobre un primer extremo 280 del cuerpo de la broca 214 y la superficie de la broca 215 puede tener por lo menos un cortador 218 dispuesto sobre ella. La Figura 2C muestra la superficie de la broca 215 (o el cuerpo de la broca 214) que puede estar configurada con una o más toberas 222 dispuestas en los respectivos barrenos 228. Las toberas 222 pueden tener pasajes de fluido internos 229 en comunicación de fluido con una cavidad de fluido o pleno 226.

Además, la guía de líquido 250 puede incluir por lo menos una tobera (es decir, una tobera de guía de fluido) 256 con un orificio (256a, Figura 2A) dispuesto dentro de ella, así como por lo menos una cuchilla de guía de fluido 252 dispuesta sobre ella. Por lo menos una tobera 256 puede estar en comunicación de fluido con el pleno dispuesto dentro de la broca 209, tal como a través de los pasajes de flujo 253. La guía de fluido 250 puede estar configurada para inducir la distribución del flujo de fluido en las superficies de flujo alrededor y/o por encima de la broca 209. En una realización, la guía de fluido 250 puede estar configurada para inducir la distribución sustancialmente uniforme del flujo de fluido por encima de la broca 209. En otra realización, la guía de fluido 250 puede estar configurada para inducir la distribución no uniforme del flujo de fluido por encima de la broca 209.

En un ejemplo de realización, la guía de fluido 250 puede estar configurada para impulsar a los fluidos por encima de la broca 209 proporcionando energía adicional dentro del fluido de perforación 211. En algunos aspectos, la guía de fluido 250 está configurada para girar con la broca 209, mientras que en otros aspectos, la guía de fluido 250 está configurada para girar independientemente de la broca 209. La Figura 2D ilustra la guía de fluido 250 que tiene una configuración de propulsor.

Si bien no se muestra, la guía de fluido 250 se puede conectar operativamente a un minimotor, tal como un motor hidráulico, dispuesto en la cadena de perforación 202. La conexión con cables, con alambres, con control remoto, inalámbrica, etc, o cualquier otra conexión operativa conocida en el arte se puede usar para transmitir energía o fuerza desde el motor hacia la guía de fluido 250. La conexión puede hacerse operativa, por ejemplo, una vez que la broca 209 se conecta a la cadena de perforación 202. Dicha configuración no se limita a ninguna realización particular revelada en la presente. Una de las ventajas de tener una guía de fluido 250 independiente de la rotación de la broca 209 es la diferencia en la velocidad. La capacidad de la guía de fluido 250 de funcionar con una diferencia de velocidad (RPM) con aquella de la broca 209 puede generar una eficiencia hidráulica más alta total de la broca 209.

Durante la operación, el fluido de perforación puede fluir dentro de la broca en la entrada 230, hacia el pleno 226 y hacia fuera de cualquiera de las toberas 256. Debido a que las toberas 256 no están ubicadas sobre la superficie de la broca 215, el fluido que sale desde ellas no tiene ningún efecto directo sobre la función de perforación de la broca 209. En cambio, la guía de fluido 250 puede proporcionar energía hidráulica adicional dentro de las superficies de flujo por encima del cuerpo de la broca 214. En determinadas realizaciones, el flujo de fluido desde las toberas 256 se puede dirigir hacia arriba desde el cuerpo de la broca 214, de manera tal que el momento de ese flujo de fluido induzca hacia arriba el flujo del fluido de perforación y la viruta fuera de la superficie de la broca 215 y el cuerpo de la broca 214, en forma muy similar a un pseudoeducto . Otra explicación del funcionamiento de la guía de fluido de acuerdo con las realizaciones reveladas en la presente se proporciona más detalladamente a continuación.

Con referencia ahora a las Figuras 2A y 2B, puede haber una pluralidad de cuchillas de guía de fluido 252 dispuesta a lo largo de una superficie exterior 284 de la guía de fluido 250. En forma similar, puede haber una pluralidad de cuchillas de corte, o cuchillas principales 216 dispuestas a lo largo de una superficie exterior 285 del cuerpo de la broca 215. Cualquiera de las cuchillas de guía de fluido 252 puede estar posicionada equidistante de otras cuchillas de guía de fluido 252. En una realización, cada una de la pluralidad de cuchillas de guía de fluido 252 puede tener una forma simétrica y pueden estar dispuestas equidistantes una de otra. Por ejemplo, las cuchillas de guía de fluido pueden estar dispuestas a aproximadamente 60 grados una de otra alrededor de la superficie 284. En forma similar, cualquiera de las cuchillas 216 puede estar posicionada equidistante de las demás cuchillas 216, mientras que otras cuchillas 216 pueden no estarlo. En otra realización, cada una de la pluralidad de cuchillas 216 puede estar dispuesta equidistante una de otra .

Si bien las cuchillas de guía de fluido 252 y pueden parecer alineadas con las cuchillas 216, las realizaciones reveladas en la presente pueden proporcionar la pluralidad de cuchillas de guía de fluido 252 para ser discontinuas de la pluralidad de las cuchillas principales 216. En algunas realizaciones, la guía de fluido 250 puede ser integral con la broca 209, o conectada estructuralmente por cualquier medio conocido en el arte, tal como soldada, roscada, etc. En otras realizaciones, la guía de fluido 250 puede estar conectada en forma independiente con la broca 209. Como tal, la guía de fluido 250 puede rotar en forma independiente del cuerpo de la broca 214 y/u otras partes de la broca 209. Como tal, la guía de fluido 250 puede ser independiente en forma giratoria de la rotación de por lo menos una de la cadena de perforación (no se muestra) , el cuerpo de la broca 214 y combinaciones de ellos. La rotación de la guía de fluido 250 alrededor del cuerpo de la broca 215 y/o la broca 209 se puede proporcionar, por ejemplo, mediante rodamientos, rodillos y/u otras superficies (no se muestran) que proporcionan capacidad rotacional entre dos cuerpos, que serían conocidos para experto en el arte Con referencia aún a las Figuras 2A y 2B juntas, la guía de fluido 250 puede tener un diámetro exterior 250 definida, por ejemplo, por la distancia entre el borde exterior de una primera cuchilla de guía de fluido 252a al borde exterior de una segunda cuchilla de guía de fluido 252b dispuesta a 180 opuestos desde la cuchilla 252a. En forma similar, el cuerpo de la broca 214 también puede tener un segundo diámetro exterior 260 definido en forma comparable. En una realización, el diámetro exterior de la guía de fluido 259 puede ser menor que el segundo diámetro exterior 260. Como tal, la guía de fluido 250 puede estar diseñada para proporcionar un flujo de fluido mejorado, en lugar de cualquier función de perforación o estabilización. Sin embargo, la guía de fluido 250 puede estar equipada con cortadores u otros encastres, tales como los encastres de calibre 254. Los encastres de calibre 254 pueden cumplir una función protectora en el caso de que la guía de fluido 250 pudiera entrar en contacto con otras estructuras, tales como el pozo (no se muestra) .

Con referencia ahora a las Figuras 3A - 3C, se muestran diferentes vistas de una broca 309 configuradas para proveer un flujo de fluido mejorado alrededor de la broca de acuerdo con realizaciones de la presente invención. Al igual que la broca 209 descrita previamente, una broca 309 puede ser útil para perforar formaciones subterráneas. Como tal, la broca 309 puede incluir un cuerpo de la broca 314 configurado para el acoplamiento a una cadena de perforación 302. En algunas realizaciones, la broca 309 puede incluir el cuerpo de la broca 314 u otra parte de la broca 309 asegurada a un mango 323, que puede tener un pasador roscado (no se muestra) para conectar en forma roscada la broca 309 a una caja roscada (no se muestra) de la cadena de perforación 302.

La broca 309 y/o el cuerpo de la broca 314 pueden incluir un eje 383 asociado a ellos. El cuerpo de la broca 314 que puede incluir una superficie de la broca 315, puede estar equipado con estructuras de corte 316 que pueden estar configuradas para cortar (es decir, excavar, triturar, cortar, etc) en la formación subterránea. Un experto en el arte reconocería que el tipo de broca utilizada indicaría la acción de corte asociada a las estructuras de corte 316, tal como arrollamiento, trituración, corte, etc.

Como se muestra en la presente, las estructuras de corte 316 pueden ser cuchillas de corte que pueden tener uno o más elementos de corte 318 dispuestos sobre ellas. La superficie de la broca 315 puede estar dispuesta sobre un primer extremo 381 del cuerpo de la broca 314 y la superficie de la broca 315 puede tener por lo menos una cuchilla de corte 316 dispuesta sobre ella. Puede haber una guía de fluido 350 conectada en forma operativa a la broca 309, que puede estar diseñada, optimizada y/o configurada para mejorar la eficiencia general de la broca 309. La guía de fluido 350 puede ser comparable con la guía de fluido descrita previamente 250, de manera tal que la guía de fluido 350 puede ser útil para mejorar la eficiencia hidráulica de la broca 309. Si bien la guía de fluido 350 puede estar conectada a cualquier parte de la broca 309, la Figura 3B ilustra la guía de fluido 350 puede estar dispuesta por encima de un segundo extremo 382 del cuerpo 314.

La guía de fluido 350 puede incluir por lo menos una tobera (es decir, la tobera de guía de fluido) 356 dispuesta dentro de ella. Por lo menos una tobera 356 puede estar en comunicación de fluido con una cavidad de fluido o pleno (226, Figura 2C) dispuesta en la broca 309. La guía de fluido 350 puede estar configurado para inducir la distribución del flujo de fluido dentro del régimen de flujo 371 alrededor de la broca 309 de manera tal que la guía de fluido 350 pueda mejorar la eficiencia hidráulica de la broca 309 durante las operaciones de perforación. Se observa que el número de toberas en la broca 309 no ha de estar limitada. Por ejemplo, el número de toberas 309 dispuestas en la guía de fluido 350 puede estar en la gama de O a 20.

La guía de fluido 350, así como las toberas 356, puede estar configurada para inducir la distribución del flujo de fluido en las superficies de flujo 364 y 366 alrededor de la broca 309, así como en los regímenes de flujo 371 por encima de la broca 309. En una realización, la guía de fluido 350 puede estar configurada para inducir la distribución sustancialmente uniforme del flujo de fluido por encima de la broca 309. Alternativamente, la guía de fluido 350 puede estar configurada para inducir la distribución no uniforme del flujo de fluido por encima de la broca 309. Por ejemplo, durante la perforación horizontal, la guía de fluido 350 puede rotar libremente desde la broca, de manera tal que el fluido desde las toberas 356 se distribuya en forma preferencial dentro de zonas específicas por encima de la broca. Como resultado, puede haber un "volumen" del fluido de perforación del lado inferior del pozo de manera tal que las zonas estancadas o sólidos acumulados del lado inferior reciban el impacto del flujo de fluido. Como tal, la guía de fluido 350 puede distribuir progresivamente el fluido desde la broca 309 más eficientemente .

Cada tobera de la guía de fluido 356 puede tener un orificio correspondiente (256a, Figura 2A) que tiene un diámetro, d. En algunas realizaciones, por lo menos una tobera 356 y/u orificio puede estar orientada en un ángulo, d, desde el eje 383. En otras realizaciones, el ángulo d puede estar en la gama de 15 a 75 grados. La Figura 3C ilustra ángulos de toberas variados de aproximadamente 20 grados, 45 grados y 60 grados, respectivamente. Se puede hacer referencia a los grados, por ejemplo, desde el eje 383, el eje 305, o cualquier otro eje relevante. Si bien no se muestran en la presente, los ángulos de orientación no son taxativos de ningún eje particular y como tal cualquiera de las toberas 356 puede tener ángulos de orientación asociados a los ejes X, Y, Z, que conocería un experto en el arte. Además, cualquiera de las toberas 356 dispuesta sobre la guía de fluido 350 puede estar a ángulos variados desde otras toberas 356. Por ejemplo, una primera tobera puede estar orientada a 20 grados del eje 383, mientras que una segunda tobera puede estar orientada a 45 grados del eje 383.

El ángulo de cualquiera de las orientaciones de las toberas 356 puede depender de diferentes factores, tales como el régimen de flujo próximo a la tobera, las propiedades físicas del fluido de perforación, la cadena de perforación o la orientación del pozo y combinaciones de ellos. Las propiedades físicas del fluido de perforación pueden incluir, por ejemplo, el peso, la velocidad de flujo, la temperatura, la presión, la velocidad y el tipo.

Cualquiera de los orificios (256a, Figura 2A) y/o la respectivas toberas 356 pueden estar configuradas para dirigir el fluido desde la tobera 356 en una trayectoria alejada del cuerpo de la tobera 314. En una realización, puede haber por lo menos una tobera 356 configurada para dirigir el fluido en una trayectoria fuera del cuerpo de la broca, como se muestra con la corriente de flujo resaltada 370 (y las flechas direccionales que la acompañan) . En una realización, la guía de fluido 350 puede incluir una pluralidad de toberas 356 dispuestas dentro de ella, por lo cual por lo menos una de la pluralidad de toberas 356 puede dirigir el fluido en una trayectoria ascendente fuera del segundo extremo 382 del cuerpo de la broca 314.

La guía de fluido 350 puede tener otros subcomponentes asociados a ella, cada uno de los cuales se puede optimizar según diferentes factores de cualquier orientación de perforación particular, tal como la profundidad, el tipo de formación, el volumen de viruta, etc. La guía de fluido 350 y/o cualquiera de los subcomponentes de la guía de fluido se pueden hacer desde materiales duraderos conocidos para soportar medios extremos, tales como el medio asociado a las operaciones de perforación conocidas para los expertos en el arte. Por ejemplo, los materiales de construcción pueden ser acero, carburo, carburo de tungsteno (superficie dura), matriz, etc.

Como se muestra, la guía de fluido 350 puede tener un cuerpo principal 386, que incluir un barreno central (no se muestra) dispuesto a través de él. El barreno central puede permitir que la guía de fluido 350 esté dispuesta sobre o alrededor de partes de la broca 309 y/o el cuerpo de la broca 314. Por consiguiente, la guía de fluido 350 puede tener una superficie de acoplamiento (no se muestra) dispuesta sobre el cuerpo principal 385 configurado para acoplar la guía de fluido 356 a por lo menos uno de la broca 356, la cadena de perforación 302, el cuerpo de la broca 314, o combinaciones de ellos. En una realización, la superficie de acoplamiento puede estar dispuesta sobre superficies interiores que forman el barreno central de la guía de fluido 350.

En otras realizaciones, la guía de fluido 350 puede rotar independientemente del cuerpo de la broca 314 y/u otras partes de la broca 309. Se puede proveer la rotación independiente de la guía de fluido 350 alrededor del cuerpo de la broca 315 y/o la broca 309, por ejemplo, mediante rodamientos, rodillos y/u otras superficies que proporcionan una capacidad rotacional entre dos cuerpos conectados, como lo sabría un experto en el arte. Se observa que ti conexión puede derivar igualmente en la guía de fluido 350 que tiene una posición satisfactoria con respecto a la rotación de la broca 309.

Con referencia ahora a las Figuras 5A - 5H, se muestran varias vistas de una guía de fluido 550 configurada con diferentes geometrías de la cuchilla 552 para mejorar la eficiencia de la broca de acuerdo con realizaciones de la presente invención. Al igual que las guías de fluido 250 y 350 descritas previamente, la guía de fluido 550 puede estar conectada operativamente a las brocas utilizadas para perforar formaciones subterráneas. Las Figuras 5A - 5H representan diferentes realizaciones de diferentes guías de fluido 550 que pueden proporcionar diferentes patrones de flujo para las brocas, donde la elección y la configuración de la guía de fluido 550 utilizada con una broca está basada, por ejemplo, en el tipo de broca, el tipo de perforación (por ejemplo, direccional, conducida, etc) , la dureza de la formación, la profundidad, la cantidad de viruta generada, las propiedades físicas del fluido de perforación y más.

Estas diferentes geometrías de la cuchilla no se limitan al mejoramiento de los regímenes de flujo alrededor de la broca. Algunas geometrías de la cuchilla también pueden mejorar los regímenes de flujo en zonas estancadas en el pozo, mientras que otras crean agitación para mejorar la eficiencia total de la broca. Algunos diseños, tales como una guía de fluido 550 que utiliza, por ejemplo,, los ángulos de paso o de torcedura, crean la elevación de corte cuando la guía de fluido rota. Como tal, algunas geometrías pueden tener más impacto en la elevación de ciertos sólidos en el fluido de perforación comparados con otros.

Juntas, las Figuras 5A - 5H ilustran cualquier guía de fluido 550 que puede tener por lo menos una tobera 556 dispuesta dentro de un barreno 558 de un cuerpo principal 586, donde por lo menos una tobera 556 puede incluir una salida u orificio de fluido (256a, Figura 2A) . La tobera 556 y/o el orificio pueden estar configurados para dirigir el fluido en una dirección fuera de una broca, tal como las corrientes de flujo direccional descritas anteriormente (370, Figura 3B) .

Puede haber por lo menos una primera cuchilla de guía de fluido 552 dispuesta sobre una superficie exterior 584 del cuerpo principal 586, así como una segunda cuchilla de guía de fluido (552a, Figura 5F) dispuesta sobre la superficie exterior 584 del cuerpo principal 586. Puede haber por lo menos una o más superficies de flujo asociadas a la guía de fluido 550, que incluye una superficie de fluido 564 definida por un espacio entre la primera cuchilla de guía de fluido 552 y la segunda cuchilla de guía de fluido. En algunas realizaciones, la guía de fluido 550 puede estar configurada para inducir la distribución uniforme del flujo de fluido dentro de una superficie de fluido, tal como, por ejemplo, un anillo (406, Figura 4) o un régimen de flujo (371, Figura 3B) por encima de la broca (409, Figura 4) . Por consiguiente, la broca (409, Figura 4) de la presente invención puede estar diseñada y/u optimizada para mejorar la eficiencia hidráulica de la broca variando, por ejemplo, la tobera (s) 556, el ángulo a de la orientación de la tobera, el tamaño del orificio (256a, Figura 2A) (es decir, el diámetro) , cualquiera de las cuchillas de la guía de fluido 552 y la forma del tamaño de la superficie de flujo 564.

Cualquiera de las cuchillas de la guía de fluido 552 puede estar definida por un borde de ataque 593, un borde de salida 594,. y una superficie de calibre 595 dispuesta entre ellos. Cualquiera del borde de ataque 593, el borde de salida 594 y/o la superficie de calibre 595 puede estar asociada a una superficie sustancialmente planar; sin embargo, cualquiera de los bordes y/o superficies también puede incluir una superficie arqueada (u otra forma no planar) asociada a ellos. Por ejemplo, la Figura 5C muestra una superficie sustancialmente planar asociada al borde de ataque 593 que se extiende desde el borde de ataque a la superficie exterior 584, mientras que el borde de salida 594 tiene una superficie arqueada asociada a él . La superficie de calibre 595 también puede incluir por lo menos un encastre de calibre 554 dispuesta en él. En algunas realizaciones, la geometría de cualquiera de las cuchillas de guía 552 puede estar definida también por un segundo borde de ataque 593a, un segundo borde salida 594a, y una segunda superficie de calibre 595a, como se ilustra en la figura 5A.

La Figura 5A ilustra la cuchilla de guía 552 puede tener otras características asociadas a la geometría de la cuchilla, tal como una superficie superior 596 y una superficie inferior 596a. Las superficies 596 y 596a pueden estar orientadas a cualquier ángulo con respecto a la superficie exterior 584. En forma similar, las superficies de calibre 595 y 595a pueden estar orientadas a los ángulos ß? y ß2 , respectivamente. Los ángulos ß? y ß2 pueden estar, por ejemplo, en la gama de 1 a 15 grados. Además, los ángulos ß? y ß2 pueden ser positivos o negativos. Para las realizaciones reveladas en la presente, esto significa que una orientación de ángulo negativo derivaría en una superficie de calibre con forma de cresta, tal como se ilustra en la Figura 5E, mientras que la Figura 5A ilustra una superficie "en ángulo hacia dentro" como resultado de la orientación de ángulo positivo.

En algunas realizaciones, la superficie de calibre puede tener solamente un ángulo ß?, tal como la superficie de calibre 595 que se muestra en la Figura 5B. Como tal, la superficie de calibre completa 595 de la cuchilla 552 puede tener una forma generalmente de superficie inclinada como resultado del ángulo único ß? . La Figura 5B además ilustra por lo menos una parte de la cuchilla 552 que puede estar desplazada desde un eje 583 por un ángulo a. Al igual que los ángulos ß, los ángulos a de todas las cuchillas 552 pueden ser positivos o negativos. Por lo tanto, si bien la Figura 5B ilustra un ángulo negativo oc de la cuchilla 552, la Figura 5D ilustra un ángulo positivo a de la cuchilla 552, con respecto al eje 583.

En otra realización, la cuchilla 552 puede tener los ángulos al y a2 asociados a un primer segmento 555 de la cuchilla 552 y un segundo segmento 555a de la cuchilla 552, respectivamente. La Figura 5G muestra, por ejemplo, que el primer segmento 555 y el segundo segmento 555a pueden ser generalmente simétricos y/o un reflejo especular uno de otro; sin embargo, los segmentos 555 y 555a no son taxativos y cada uno puede variar en la forma. Por ejemplo, el primer segmento 555 puede tener un espesor reducido comparado con aquel del segundo segmento 555a. Además, al puede ser menor o mayor que a2, y los ángulos pueden ser positivos, negativos, o combinaciones ambos.

Si bien las realizaciones reveladas en la presente pueden tener cuchillas con geometrías lineales, la forma de la cuchilla 552 no es taxativa. Como tal, la cuchilla puede ser asimétrica, teniendo espesores diferentes, con partes no lineales, tales como una cuchilla "con forma de S" (no se muestra) . Además, la superficie de calibre 595 puede estar en un ángulo desplazado comparada con una superficie de fondo correspondiente 595b de la cuchilla que conecta a la superficie exterior 584. Como lo ilustra la Figura 5H, una vista de corte transversal hacia abajo de la guía 550 muestra que la superficie sustancialmente planar 593b del borde de ataque 593 puede estar configurada a un ángulo f con un eje 583a.

Las cuchillas de guía de fluido 552, y la geometría asociada a ellas, no son taxativas de ninguna configuración particular. Como tal, la guía de fluido 550 puede tener por lo menos una cuchilla de guía de fluido 552 configurada como la cuchilla que se muestra en la Figura 5A y por lo menos otra cuchilla 552 configurada como la cuchilla que se muestra en la Figura 5B. Además, cualquier cuchilla de guía de fluido 552 puede tener una o más de las geometrías y/o superficies de una o más de las Figuras 5A - 5H, de manera tal que las cuchillas 552 no sean taxativas a ninguna configuración particular. Por ejemplo, si bien no se muestra en la presente, una cuchilla 552 puede tener un primer segmento con un ángulo al y ß?, y un segundo segmento con un ángulo a2 y ß2 , donde el primer segmento tiene una superficie de borde de ataque no planar y una superficie de borde de salida planar, y donde el segundo segmento tiene una superficie de borde de ataque planar y una superficie de borde de salida no planar. Además, el espesor de la cuchilla puede variar a lo largo de la longitud completa y el ancho de cada uno del primer segmento y el segundo segmento. Son posibles muchas más combinaciones de las geometrías de la cuchilla, en forma no taxativa para cualquiera de las realizaciones reveladas en la presente.

Como resultado de la geometría variable de la cuchilla 552, la forma y el tamaño dé las superficies de flujo 564 también son variables. Como tal, se puede obtener cualquier número de patrones de flujo diseñados y/u optimizados a través y/o por encima de las superficies de flujo 564 a través de la guía de fluido 550. Los patrones de flujo también pueden estar diseñados y/u optimizados como resultado de la variación en la orientación, ubicación, número y tamaño de las toberas 556 en a guía de fluido 550. Los patrones de flujo se relacionan directamente con la eficiencia hidráulica ' de la broca, donde la eficiencia hidráulica está relacionada con la cantidad de viruta que sale desde el pozo comparada con la cantidad de materiales de corte generados por la broca. Se pueden utilizar datos empíricos y modelado para indicar el diseño original, por ejemplo, de las cuchillas 552.

Con referencia ahora a las Figuras 6A - 6C, se muestra una guía de fluido controlada en forma electrónica 650 de acuerdo con realizaciones reveladas en la presente. Al igual que las guías de fluido descritas previamente, la guía de fluido 650 puede conectarse operativamente a una broca 609 utilizada para perforar formaciones subterráneas. La guía de fluido 650 puede tener por lo menos una tobera dispuesta dentro de ella y como lo muestra la Figura 6A, puede haber por lo menos una primera tobera de fluido 656a y una segunda tobera de fluido 656b.

Puede haber una o más cuchillas de guía de fluido 652 dispuestas sobre la guía de fluido 650, así como un flujo 664 está definido por un espacio entre las cuchillas de guía de fluido 652. En algunas realizaciones, la guía de fluido 650 puede estar configurada para inducir la distribución del flujo de fluido en una superficie, tal como, por ejemplo, un anillo 606 y/o un régimen de flujo 671 por encima de la broca 609. Para promover patrones de flujo deseados, la broca 609 puede estar adaptada con un sistema de control electrónico, que puede incluir una fuente de alimentación 690 en relación con una solenoide 691. La fuente de alimentación 690 puede ser, por ejemplo, un paquete de baterías dispuesto dentro de la broca 609. Alternativamente, la fuente de alimentación 690 puede formar parte del equipo de superficie que está en conexión con la cadena de perforación 602 y la broca 609 a través de cables, alambres, etc, como lo sabría un experto en el arte .

La fuente de alimentación 690 puede estar configurada para accionar la primera solenoide 691, por lo cual el accionamiento de la primera solenoide 691 hace que el tapón 692 se mueva hacia atrás y hacia delante en la proximidad de las entradas de fluido 679. Las entradas de fluido 679 pueden estar dispuestas dentro de un pleno 626, de manera tal que un fluido de perforación 611 fluya dentro del pleno 626, el fluido se distribuye dentro de las entradas 679 cuando el tapón 692 se mueve hacia atrás para exponer las entradas 679 al pasaje o barreno de fluido 653. Como resultado, el fluido de perforación 611 puede luego fluir desde el pleno 626, dentro de las entradas 679, a través de los barrenos 653 y fuera de las toberas 656a o 656b.

Si bien la Figura 6B ilustra el flujo de fluido a través de la tobera 656b, la guía de fluido 650 y el sistema de control eléctrico pueden estar configurados para controlar el flujo fuera de las toberas 656a y 656b, respectivamente. En una realización, el sistema de control puede usarse para hacer oscilar el flujo fuera de las toberas 656a y 656b, como se representa en la Figura 6C, por lo cual se crea un flujo de "impulso" desde la guía de fluido 650. Por ejemplo, la fuente de alimentación 690 puede accionar la primera solenoide 691, de manera tal que el fluido fluya primero fuera de la tobera 656a. Luego, la fuente de alimentación 690 puede usarse para accionar otra solenoide (no se muestra) que controla el movimiento de otro tapón (no se muestra) en relación con la tobera 656b. Sin embargo, el control eléctrico de la broca no es taxativo, y otras toberas 656 y 622 pueden estar conectadas operativamente a él, de manera tal que el sistema de control pueda controlar o hacer oscilar el flujo de fluido fuera de cualquier número de toberas 656 y 622, como se puede desear para optimizar los patrones de flujo dentro, alrededor y por encima de la broca 609.

Con referencia ahora a las Figuras 7A - 7C, se muestran diferentes vistas de corte transversal de una guía de fluido 750 que tiene una configuración escalonada de acuerdo con realizaciones reveladas en la presente. Las guías de fluido mencionadas anteriormente pueden tener cualquier número de configuraciones optimizadas para obtener la mayor cantidad de eficiencia desde las brocas usadas en operaciones de perforación. Las Figuras 7A y 7B juntas muestran la guía de fluido 750 que puede estar configurada con toberas escalonadas longitudinalmente 756, de manera tal que, por ejemplo, las toberas 756a, 756b y 756c, estén dispuestas a distancias diferentes Da, Db y De, respectivamente, desde una superficie de la broca 715.

Además, las toberas 756a, 756b y 756c pueden estar escalonadas lateralmente de una a otra. Lo cual significa, desde un punto de vista de corte transversal, la tobera 756a puede estar dispuesta como una distancia lateral La desde el eje mayor 783, la tobera 756b puede estar dispuesta como una distancia lateral Lb, y la tobera 756c puede estar dispuesta a la distancia Le desde el eje 783. Sin embargo, las distancias desde el eje 783 puede ser equidistante, de manera tal que una o más de las toberas 756 se puedan alinear longitudinalmente con otra tobera, como lo ilustra la Figura 7B.

En forma similar, las cuchillas 752 pueden tener posiciones escalonadas comparables con las posiciones de las toberas descritas anteriormente. Como tales, algunas cuchillas 752 pueden alinearse en forma equidistante, y/o algunas cuchillas 752 pueden estar desplazadas desde otras cuchillas 752, con referencia tanto a la superficie de la broca 715 como al eje mayor 783. La guía de fluido 750 que tiene una configuración escalonada de las cuchillas 752 y/o las toberas 756 pueden proporcionar un flujo de fluido inducida por un vórtice (por ejemplo, un espiral) alrededor de la broca 709, que incluye a través de las superficies de flujo (364, de la Figura 3 A) alrededor de la guía de fluido 750. El flujo inducido por un vórtice puede proporcionar una eficiencia hidráulica mejorada permitiendo que el fluido y/o viruta de perforación se distribuya en forma uniforme desde la broca a superficies de flujo por encima de la broca, tales como el anillo 706, la región de flujo 771, etc.

Para evitar la caída de presión dentro o cerca de la broca 709 que podría contribuir a la aglomeración de la broca, los orificios de las toberas 756 se pueden dimensionar en consecuencia. Por ejemplo, porque la presión del fluido de perforación 711 que ingresa en la broca 709 podría ser más alta en la tobera 756c, el tamaño del orificio puede ser mayor de manera tal que la presión del fluido que sale de la tobera 645c sea más baja que la presión del fluido que sale de la tobera 756a. A la inversa, la presión del fluido de perforación 711 en la tobera 756a podría ser más baja comparada con la presión en otras toberas, de manera tal que el tamaño del orificio en la tobera 756 pueda ser más pequeño de manera tal que la presión del fluido que sale de la tobera 756a sea más alta que la presión del fluido que sale de otras toberas. Como resultado del perfil de presión en la broca 709, puede haber también un flujo en espiral establecido dentro del pleno 726. Dicho perfil de presión puede derivar en una erosión externa reducida del pleno 726. Si bien no se muestran en la presente, la misma metodología y descripción son aplicables a las toberas (y orificios) dispuestos en la superficie de la broca 715.

Con referencia ahora a la Figura 4, se muestra una broca altamente eficiente 409 útil en el sistema de perforación 401 de acuerdo con realizaciones de la presente invención. El sistema de perforación 401 puede incluir la provisión del fluido de perforación dentro de la broca 409 a través del equipo de superficie, tal como bombas, como se describió previamente. El tamaño (por ejemplo, el diámetro) de la cadena de perforación 402 con respecto al pozo 405 puede definir un anillo 406, que puede tener un tamaño suficiente para permitir el retorno del fluido de perforación y la viruta arrastrada (por ejemplo, la viruta de perforación, otros detritos, etc) a la superficie.

El fluido de perforación puede transportarse hacia abajo a la broca 409 a través de una entrada de la broca y dentro de una cavidad de fluido o pleno (226, Figura 2C) . Desde el pleno, el fluido de perforación puede fluir desde la cavidad a través de uno o más canales o barrenos internos (223, Figura 2C) y fuera de la broca 409 a través de una o más toberas 456 y/o 422 (con orificios correspondientes) en conexión con ellos. La presión del fluido de perforación que se suministra a la superficie ' de la broca 415 a través de las toberas 422 y 345 puede ser suficiente para superar la cabeza hidrostática en la broca 409 y la velocidad de flujo puede ser suficiente para transportar el fluido de perforación (junto con la viruta arrastrada) fuera de la superficie de la broca 415, pasando las superficies de flujo 464, dentro del anillo 406 y hacia la superficie.

Como las toberas 456 no están ubicadas sobre la superficie de la broca 415, el fluido que sale de ellas no tiene ningún efecto directo sobre la función de perforación de la broca de perforación 409. En cambio, la guía de fluido 450 puede proporcionar energía hidráulica adicional en las superficies de flujo por encima del cuerpo de la broca 414. El cuerpo de la broca 414 puede incluir "ranuras de chatarra" 466 para contribuir a patrones de flujo alrededor del cuerpo de la broca 414. La ranura de chatarra 466 puede estar adyacente y/o entre paletas de broca correspondientes 418, de manera tal que las ranuras de chatarra 466 permitan que el fluido de perforación fluya desde las toberas 422 dispuestas en la superficie de la broca 415 a los lados de la broca 409. En determinadas realizaciones, el flujo de fluido desde las toberas 456 se puede dirigir en dirección ascendente desde el cuerpo de la broca 414, de manera tal que el momento del flujo de fluido induzca el flujo ascendente del fluido de perforación y la viruta fuera de la superficie de la broca 415 y el cuerpo de la broca 414 a través de las ranuras de chatarra 466.

Como se muestra, puede haber una guía de fluido 450 montada operativamente a la broca 409, que puede estar configurada para mejorar la eficiencia hidráulica de la broca 409. En una realización, la guía de fluido 450 puede proporcionar una distribución mejorada del flujo de fluido por encima de la broca 409. Como resultado, los regímenes de flujo 471 por encima de la broca pueden tener viruta distribuida en forma uniforme 432 diseminada dentro de ella. Con la distribución mejorada del flujo de fluido por encima de la broca 409, el fluido de perforación adicional y la viruta se eliminan más fácilmente hacia arriba y fuera de la superficie de la broca 415, aumentando de ese modo la eficiencia hidráulica de la broca, y también impidiendo la aglomeración de la broca.

Las realizaciones reveladas en la presente pueden proporcionar un método de eliminar en forma hidráulica el detrito de un pozo, el método incluye perforar un pozo, dispersar el fluido dentro del pozo para mover el detrito en forma fluida, en donde el fluido se dispersa en el fondo del pozo e inducir la distribución ascendente y uniforme del fluido dispersado en el fondo del pozo, en donde el fluido distribuido en forma uniforme mejora la eliminación del detrito desde el pozo. En una realización específica, el método puede incluir perforar en forma direccional el pozo, por lo cual una primera parte del pozo está más alejada de la superficie de la tierra comparada con una segunda parte del pozo ubicada radialmente opuesta a la primera parte.

Las realizaciones reveladas en la presente pueden proporcionar ventajosamente aparatos y métodos utilizados para mejorar la eficiencia de la limpieza hidráulica de superficies alrededor de la broca. La invención es útil para cualquier tipo de broca utilizada en la perforación de formaciones subterráneas, que pueden incluir en forma beneficiosa la capacidad de acoplar una guía de fluido a las brocas existentes.

La guía de fluido de la presente invención resuelven ventajosamente las limitaciones del arte previo al proporcionar características de diseño nuevas y mejoradas que mejoran la eficiencia de las brocas utilizadas en operaciones. de perforación. Como resultado, las brocas tienen aglomeración de la broca reducida o eliminada y la viruta de la formación se puede eliminar fácilmente sin necesidad de detener las operaciones de perforación para limpiar la superficie de la broca. La capacidad de distribuir en forma uniforme los fluidos en superficies por encima de la broca con energía aumentada reduce las superficies de flujo estancado y mejora la eficiencia hidráulica total. Al incorporar características nuevas en superficies diferentes de la superficie de la broca o la superficie del pleno, las realizaciones de la presente invención se pueden optimizar ventajosamente para proporcionar las cantidades mayores de eficiencia de la broca que las brocas del arte previo.

Si bien la presente invención se ha descrito con respecto a un número limitado de realizaciones, los expertos en el arte, que se benefician con esta invención, apreciarán que se pueden prever otras realizaciones que no se aparten del alcance de la invención que se describe en la presente. Por consiguiente, el alcance de la invención debe estar limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Una broca para mejorar las operaciones de perforación, la broca comprende : un cuerpo de la broca configurado para el acoplamiento a una cadena de perforación; una superficie de la broca dispuesta sobre un primer extremo del cuerpo de la broca que comprende por lo menos una estructura de corte; una guía de fluido conectada operativamente a la broca y dispuesta por encima de un segundo extremo del cuerpo de la broca, la guía de fluido además comprende por lo menos una tobera dispuesta dentro de ella, en donde por lo menos una tobera está en comunicación de fluido con una cavidad de fluido dispuesta dentro de la broca y en donde la guía de fluido está configurada para inducir la distribución del flujo de fluido en el régimen de flujo por encima de la broca.

2. La broca de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cuerpo de la broca además comprende un eje, y en donde un orificio de por lo menos una tobera está orientado a un ángulo del eje en la gama de 15 a 75 grados.

La broca de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el ángulo depende de por lo menos uno del régimen de flujo, las propiedades físicas del fluido, la orientación de la cadena de perforación y combinaciones de ellos.

La broca de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el orificio está configurado para dirigir el fluido desde por lo menos una tobera en una trayectoria ascendente fuera del segundo extremo del cuerpo de la broca.

La broca de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la guía de fluido comprende una pluralidad de toberas dispuestas dentro de ella y en donde por lo menos una de la pluralidad de toberas está configurada para dirigir el fluido en una trayectoria ascendente fuera del segundo extremo del cuerpo de la broca.

La broca de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la guía de fluido comprende un primer diámetro exterior, en donde el cuerpo de la broca comprende un segundo diámetro exterior y en donde el primer diámetro exterior es menor que el segundo diámetro exterior.

La broca de acuerdo con la reivindicación l, en donde la guía de fluido comprende una pluralidad de cuchillas de guía de fluido dispuestas a lo largo de una superficie exterior de la guía de fluido, y en donde el cuerpo de la broca comprende una pluralidad de cuchillas principales dispuestas a lo largo de la superficie exterior del cuerpo de la broca.

8. La broca de acuerdo con la reivindicación 7, en donde pluralidad de cuchillas de guía de fluido son discontinuas la pluralidad de cuchillas principales .

La broca de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la pluralidad de cuchillas de guía de fluido están dispuestas equidistantes una de otra y en donde la pluralidad de cuchillas principales están dispuestas equidistantes una de otra .

La broca de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la guía de fluido es rotativamente independiente de la rotación de por lo menos una de la cadena de perforación, la broca el cuerpo de la broca y combinaciones de ellas.

11. La broca de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la guía de fluido está configurada para inducir la distribución sustancialmente uniforme del flujo de fluido dentro de una parte de un anillo de pozo próximo a la broca.

12. Una guía de fluido para mejorar la limpieza hidráulica de una broca durante las operaciones de perforación, la guía de fluido comprende: un cuerpo principal que comprende un barreno dispuesto a través de él ; una superficie de acoplamiento dispuesta sobre el cuerpo principal configurado para acoplar la guía de fluido a por lo menos uno de una broca, una cadena de perforación o combinaciones de ellas; por lo menos una tobera dispuesta en el cuerpo principal que comprende un orificio, en donde el orificio está configurado para dirigir el fluido en una dirección fuera de la broca; una primera cuchilla de guía de fluido dispuesta sobre una superficie exterior del cuerpo principal; una segunda cuchilla de guía de fluido dispuesta sobre la superficie exterior del cuerpo principal; una superficie de flujo definida por un espacio entre la primera cuchilla de guía de fluido y la segunda cuchilla de guía de fluido; en donde por lo menos una tobera, la primera cuchilla de guía de fluido, la segunda cuchilla de guía de fluido y la región de flujo están optimizadas para mejorar la limpieza hidráulica de la broca .

13. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la guía de fluido está configurada para inducir la distribución uniforme del flujo de fluido en un régimen de flujo por encima de la broca.

14. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la guía de fluido comprende una pluralidad de cuchilla de guía de fluido adicionales dispuestas sobre la superficie exterior del cuerpo principal, y en donde la primera guía de fluido la segunda cuchilla de guía de fluido y la pluralidad de cuchillas de guía de fluido están dispuestas equidistantes sobre la superficie exterior del cuerpo principal .

15. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la primera cuchilla de guía de fluido comprende una geometría definida por un primer borde de ataque, un primer borde de salida y una primera superficie de calibre dispuesta entre ellos.

16. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la primera superficie de calibre comprende por lo menos un encastre de calibre.

17. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la geometría también está definida por un segundo borde de ataque, un segundo borde de salida y una segunda superficie de calibre.

18. La guía de fluido de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la segunda cuchilla de guía de fluido comprende una geometría definida por un segundo borde de ataque, un segundo borde de salida, y una segunda superficie de calibre dispuesta entre ellos.

19. Un método para eliminar detrito en forma hidráulica de un pozo, el método comprende: perforar el pozo en forma direccional; dispersar el fluido en el pozo para mover el detrito en forma fluida, en donde el' fluido se dispersa en por lo menos una dirección ascendente desde el fondo del pozo; distribuir el fluido dispersado en la dirección ascendente, en donde el fluido distribuido mejora la eliminación del detrito desde el pozo. El método de acuerdo con la reivindicación 19, en donde la perforación del pozo comprende rotar una broca independientemente de la guía de fluido dispuesta sobre un extremo superior de la broca, en donde dispersar el fluido en el pozo comprende dispersar el fluido desde la guía de fluido; y en donde la guía de fluido distribuye por lo menos una parte del fluido dispersado en un patrón fe flujo que aumenta la eficiencia hidráulica de la broca.