MX2013004917A - Sistema y metodo para ajustar perfil de cono de rodillo en barrena hibrida. - Google Patents

Abstract

Una barrena (11) de perforación terrestre diseñada para un rendimiento especifico, dentro de una tolerancia de producto terminado, utilizando componentes construidos a una tolerancia de fabricación más abierta. La barrena puede ensamblarse al seleccionar una base (17) de una pluralidad de bases prefabricadas; seleccionar un cuerpo (13) de barrena de una pluralidad de cuerpos de barrena prefabricados, el cuerpo de barrena tiene una ranura (123) para recibir la base; colocar la base dentro de la ranura; y fijar la base dentro de la ranura dentro de la tolerancia de producto terminado al colocar una o más cuñas (200) entre la base y la ranura. Las cuñas pueden utilizarse para ajustar una posición axial, una posición radial y/o una posición circunferencial de la base con respecto a la ranura. La base y el cuerpo de barrena pueden seleccionarse, o producirse, para asegurar que la barrena no cumplirá con la especificación, dada la tolerancia de fabricación, sin las cuñas.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA AJUSTAR PERFIL DE CONO DE RODILLO EN BARRENA HÍBRIDA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general a barrenas de perforación terrestre, y en particular, a una barrena que tiene una combinación de fresas fijas y de rodillos y elementos de corte y un método para perforar con los mismos.

La Patente de los Estados Unidos No. 3,294,186 describe el uso de cuñas de níquel para broncesoldado de componentes de barrena para roca.

La Patente de los Estados Unidos No. 3,907,191 describe una "barrena giratoria para roca que se construye de una multiplicidad de segmentos individuales. Cada segmento individual incluye dos caras de separación y una superficie de corte de calibre. Los segmentos individuales se colocan adyacentes uno de otro con las caras de separación de los segmentos adyacentes en relación empalmada uno con el otro. Un calibre anular se coloca alrededor de los segmentos y los segmentos individuales se mueven con relación uno con el otro provocando que las caras de separación de un ' segmento individual se deslicen en contra de las caras de separación de los segmentos adyacentes. Los segmentos se mueven hasta que las superficies de corte de calibre de los segmentos hacen contacto con el calibre anular por lo que garantiza que la barrena terminada tendrá el tamaño de calibre deseado. Los segmentos se sueldan juntos sobre una porción sustancial de las caras de separación".

La Patente de los Estados Unidos No. 5,439,067 describe una "barrena de perforación de conos giratorios para formar un pozo de sondeo que tiene un cuerpo de barrena de una pieza con una porción inferior que tiene una superficie exterior convexa y una porción superior adaptada para la conexión a una sarta de perforación. Un número de brazos de soporte se conectan de manera preferible al cuerpo de barrena y dependen del mismo. Cada brazo de soporte tiene una superficie interior con un husillo conectado a la misma y una superficie exterior. Cada husillo se proyecta general descendente e interiormente con respecto al brazo de soporte. Un número de ensambles de conos de fresas igual al número de brazos de soporte se montan en cada uno de los husillos. Los brazos de soporte se encuentran separados en el exterior del cuerpo de barrena para proporcionar flujo de fluido mejorado entre la porción inferior del cuerpo de barrena y los brazos de soporte. También, la longitud de los brazos de soporte se selecciona para proporcionar flujo de fluido mejorado entre el ensamble de conos de fresas asociado y la porción inferior del cuerpo de barrena. El mismo cuerpo de barrena puede utilizarse con diversas barrenas de perforación de conos giratorios que tienen diferentes diámetros de calibre".

La Patente de los Estados Unidos No. 5,439,068 describe una "barrena de perforación de conos giratorios para formar un pozo de sondeo que tiene un cuerpo de barrena de una sola pieza con una porción inferior que tiene una superficie exterior convexa y una porción superior adaptada para la conexión a una sarta de perforación. La barrena de perforación generalmente girará alrededor de un eje central del cuerpo de barrena. Un número de brazos de soporte se encuentran conectados de manera preferible a cavidades formadas en el cuerpo de barrena y dependen de las mismas. Cada brazo de soporte tiene una superficie interior con un husillo conectado a la misma y una superficie exterior. Cada husillo se proyecta generalmente en forma descendente e interna con respecto al eje longitudinal del brazo de soporte asociado y al eje central del cuerpo de barrena. Un número de ensambles de conos de fresas igual al número de brazos de soporte se montan respectivamente en cada uno de los husillos. La separación entre cada uno de los brazos de soporte junto con su longitud respectiva y dimensiones de grosor se seleccionan para mejorar el flujo de fluido entre los ensambles de conos de fresas montados en los brazos de soporte respectivos y la porción inferior del cuerpo de barrena. Un depósito de lubricante se proporciona de manera preferible en cada brazo de soporte para suministrar lubricante a uno o más ensambles de cojinete dispuestos entre cada ensamble de conos de fresas y su husillo asociado. Ya sea aberturas y postes coincidentes o chaveteros y chavetas coincidentes pueden utilizarse para colocar y alinear una porción de cada brazo de soporte dentro de su cavidad asociada durante la fabricación de la barrena de perforación resultante".

La Patente de los Estados Unidos No. 5,595,255 describe una "barrena de perforación de conos giratorios para formar un pozo de sondeo que tiene un cuerpo de barrena con una porción de extremo superior adaptada para su conexión con una sarta de perforación. La barrena de perforación gira alrededor del eje central del cuerpo. Un número de brazos de soporte de se extienden de manera preferible desde el cuerpo de barrena. Los brazos de soporte pueden ya sea formarse como una parte integral del cuerpo de barrena o conectarse al exterior del cuerpo de barrena en cavidades dimensionadas para recibir el brazo de soporte asociado. Cada brazo de soporte tiene una porción inferior con una superficie interior y un husillo conectado al mismo y una superficie de faldón exterior. Cada husillo se proyecta generalmente descendente e internamente con respecto a su brazo de soporte asociado. Un número de ensambles de conos de fresas igual al número de brazos de soporte se montan respectivamente en los husillos. Un área de alivio de garganta se proporciona en la porción inferior de cada brazo de soporte adyacente al husillo asociado para incrementar el flujo de fluido entre el brazo de soporte y el ensamble de conos de fresas respectivo" .

La Patente de los Estados Unidos No. 5,606,895 describe una "barrena de perforación de conos giratorios que tiene un cuerpo de barrena de una sola pieza con una porción inferior que tiene una superficie exterior convexa y una porción superior adaptada para su conexión con una sarta de perforación. La barrena de perforación generalmente girará alrededor del eje central del cuerpo de barrena para formar un pozo de sondeo. Un número de brazos de soporte se encuentran de manera preferible conectados a cavidades formadas en el cuerpo de barrena y dependen de las mismas. El cuerpo de barrena y los brazos de soporte cooperan uno con el otro para reducir los costos de fabricación inicial y para permitir la reconstrucción de una barrena de perforación desgastada. Cada brazo de soporte tiene una superficie interior con un husillo conectado a la misma y una superficie de faldón exterior. Cada husillo se proyecta generalmente descendente e internamente con respecto al eje longitudinal del brazo de soporte asociado y al eje central del cuerpo de barrena. Un número de ensambles de conos de fresas igual al número de brazos de soporte se montan respectivamente en cada uno de los husillos. La separación radial de los brazos de soporte en el perímetro del cuerpo de barrena asociado junto con su longitud respectiva y dimensiones de grosor se seleccionan para mejorar el flujo de fluido entre los ensambles de conos de fresas montados en los brazos de soporte respectivos y la porción inferior del cuerpo de barrena. La barrena de perforación resultante proporciona un flujo de fluido mejorado, vida de sello y cojinete aumentados, rendimiento del fondo de la perforación mejorado y estandarización de los procesos de fabricación y diseño".

La Patente de los Estados Unidos No. 5,624,002 describe una "barrena de perforación de conos giratorios que tiene un cuerpo de barrena de una sola pieza con una porción inferior que tiene una superficie exterior convexa y una porción superior adaptada para su conexión a una sarta de perforación. La barrena de perforación generalmente girará alrededor del eje central del cuerpo de barrena para formar un pozo de sondeo. Un número de brazos de soporte se encuentran conectados de manera preferible a cavidades formadas en el cuerpo de barrena y dependen de las mismas. El cuerpo de barrena y los brazos de soporte cooperan uno con el otro para reducir los costos de fabricación inicial y para permitir la reconstrucción de una barrena de perforación desgastada. Cada brazo de soporte tiene una superficie interior con un husillo conectado a la misma y una superficie de faldón exterior. Cada husillo se proyecta generalmente descendente e internamente con respecto al eje longitudinal del brazo de soporte asociado y al eje central del cuerpo de barrena. Un número de ensambles de conos de fresas igual al número de brazos de soporte se montan respectivamente en cada uno de los husillos. La separación radial de los brazos de soporte en el perímetro del cuerpo de barrena asociado junto con su longitud respectiva y dimensiones de grosor se seleccionan para mejorar el flujo de fluido entre los ensambles de conos de fresas montados en los brazos de soporte respectivos y la porción inferior del cuerpo de barrena. La barrena de perforación resultante proporciona un flujo de fluido mejorado, vida de sello y cojinete aumentados, rendimiento del fondo de la perforación mejorado y estandarización de los procesos de fabricación y diseño".

La Patente de Diseño de los Estados Unidos No. D372,253 muestra un brazo de soporte y conos giratorios para barrena de perforación modular.

La invención descrita y enseñada en la presente se dirige a una barrena de perforación híbrida mejorada que tiene una combinación de fresas fijas y giratorias y elementos de corte.

La invención descrita y enseñada en la presente se dirige a una barrena de perforación terrestre diseñada para un rendimiento específico, dentro de una tolerancia de producto terminado, utilizando componentes construidos para una tolerancia de fabricación más abierta, y un método de ensamblaje de la barrena. La barrena puede ensamblarse al seleccionar una o más bases de una pluralidad de bases prefabricadas; seleccionar un cuerpo de barrena desde una pluralidad de cuerpos de barrena pre-fabricados, el cuerpo de barrena que tiene una ranura para recibir la base; colocar la base dentro de la ranura; y fijar la base dentro de la ranura dentro de la tolerancia de producto terminado al colocar una o más cuñas entre la base y la ranura. La base y las cuñas pueden soldarse o fijarse con pernos al cuerpo de barrena. El número y/o espesor de las cuñas puede seleccionarse para poner la barrena de perforación terrestre en la tolerancia de producto terminado. Las cuñas pueden utilizarse para ajusfar una posición axial, una posición radial, y/o una posición circunferencial de la base con respecto a la ranura, por lo que al ajustar la posición de los elementos de corte de conos de rodillos asociados con la base con respecto a los elementos de corte fijos asegurados a una cuchilla del cuerpo de barrena. La base y el cuerpo de barrena pueden seleccionarse, o producirse, de manera que la base no llene la ranura. Por ejemplo, el cuerpo de barrena pude fabricarse para asegurar que la barrena no cumplirá la especificación, dada la tolerancia de fabricación sin las cuñas. Adicionalmente, o de manera alternativa, la base puede fabricarse para asegurar que la base no cumplirá la especificación de rendimiento, dada la tolerancia de fabricación sin las cuñas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en planta de la parte inferior de la modalidad de la barrena de perforación terrestre híbrida construida de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 2 es una vista en elevación lateral de una modalidad de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 3 es una vista en despiece de otra modalidad de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 4 es una vista en corte transversal de una porción de la barrena de perforación terrestre de la FIGURA 3, que ilustra la configuración de la ranura axial de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 5 es una vista lateral rotacional compuesta de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 6 es una vista lateral simplificada de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; y la FIGURA 7 es una vista en corte transversal simplificada de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; la FIGURA 8 es una vista lateral simplificada alternativa de la barrena de perforación terrestre híbrida de la FIGURA 1 construida de acuerdo con la presente invención; y la FIGURA 9 es una gráfica que muestra el rendimiento de la barrena para diferentes posiciones relativas de los elementos de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos de corte fijos.

Las Figuras descritas en lo anterior y la descripción escrita de estructuras específicas y funciones siguientes no se presentan para limitar el alcance de la invención o el alcance de las reivindicaciones anexas. En cambio, las Figuras y descripción escrita se proporcionan para enseñar a cualquier persona con experiencia en la técnica a hacer y utilizar la invención para la cual se busca la protección de la patente. Aquellos con experiencia en la técnica apreciarán que no todas las características de una modalidad comercial de la invención se describen o muestran para propósito de claridad y entendimiento. Las personas con experiencia en la técnica también apreciarán que el desarrollo de una modalidad comercial real que incorpora aspectos de la presente invención requerirá numerosas decisiones de implementación específica para alcanzar la meta final del desarrollador para la modalidad comercial. Tales decisiones de implementación especifica pueden incluir, y probablemente no se limitan a, cumplimiento con restricciones relacionadas a sistemas, relacionadas a negocios, relacionadas al gobierno, y otras, las cuales pueden variar por la implementación especifica, ubicaciones y de vez en cuando. Mientras los esfuerzos del desarrollador pueden ser complejos y consumir tiempo en un sentido absoluto, tales esfuerzos pueden ser, no obstante, una rutina que se encarga a aquellos con experiencia en la técnica que tengan el beneficio de esta descripción. Debe entenderse que la invención descrita y enseñada en la presente es susceptible a numerosas y diversas modificaciones y formas alternativas. Por último el uso de un término singular, tal como, pero no limitado a, "un", no se pretende para limitar el número de objetos. También, el uso de términos relaciónales, tales como, pero no limitados a, "parte superior", "parte inferior", "izquierda", "derecha", "superior", "inferior", "abajo", "arriba", "lateral", y similares se utilizan en la descripción escrita para claridad en referencia especifica a las Figuras y no pretenden limitar el alcance de la invención o las reivindicaciones anexas.

La invención ha creado una barrena de perforación terrestre diseñada para un rendimiento especifico, dentro de una tolerancia de producto terminado, utilizando componentes construidos para una tolerancia de fabricación más amplia, y un método para el ensamblaje de la barrena. La barrena puede ensamblarse al seleccionar una o más bases de una pluralidad de bases pre-fabricadas; seleccionar un cuerpo de barrena de una pluralidad de cuerpos de barrena pre-fabricados, el cuerpo de barrena que tiene una ranura para recibir la base; colocar la base dentro de la ranura; y fijar la base dentro de la ranura dentro de la tolerancia de producto terminado al colocar una o más cuñas entre la base y la ranura. La base y cuñas pueden soldarse o fijarse con pernos en el cuerpo de barrena. El número y/o espesor de las cuñas puede seleccionarse para poner la barrena de perforación terrestre dentro de la tolerancia de producto terminado. Las cuñas pueden utilizarse para ajustar una posición axial, una posición radial, y/o una posición circunferencial de la base con respecto a la ranura, por lo que ajustar la posición de los elementos de corte de conos de rodillos asociados con la base con respecto a los elementos de corte fijos asegurados a la cuchilla del cuerpo de barrena. La base y el cuerpo de barrena pueden seleccionarse, o producirse, de modo que la base no llenará la ranura. Por ejemplo, el cuerpo de barrena puede fabricarse para asegurar que la barrena no cumplirá la especificación, dada la tolerancia de fabricación sin las cuñas. Adicional, o alternativamente, la base puede fabricarse para asegurar que la base no cumplirá la especificación de rendimiento, dada la tolerancia de fabricación, sin las cuñas.

Con referencia a las FIGURAS 1-2, se describe una modalidad ilustrativa de una barrena de perforación terrestre híbrida modular. La barrena 11 la barrena puede ser similar a la mostrada en la Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 20090272582 y/o 20080296068, ambas de las cuales se incorporan en la presente para referencia específica. La barrena 11 comprende un cuerpo 13 de barrena que tiene un eje 15 longitudinal que define un centro axial del cuerpo 13 de barrena. Una pluralidad (por ejemplo, dos mostradas) de bases o cabezas 17 se extienden desde el cuerpo 13 de barrena en la dirección axial, paralelas al eje 15 longitudinal. Debido a que las bases 17 se aseguran con respecto al cuerpo 13 de barrena, las bases también pueden sobresalir radialmente del cuerpo 13 de barrena. El cuerpo 13 de barrena también tiene una pluralidad de cuchillas 19 fijas que se extienden en la dirección axial.

Las fresas 21 giratorias se montan a las respectivas de las bases 17 de barrena. Cada una de las fresas 21 giratorias se forma y ubica de modo que cada superficie de las fresas 21 giratorias se encuentra separada radialmente del centro 15 axial por una distancia 23 radial mínima. Una pluralidad de inserciones de corte de fresas de rodillo o elementos 25 se monta en las fresas 21 giratorias y se separan radialmente del centro 15 axial por una distancia 27 radial mínima. Las distancias 23, 27 radiales mínimas pueden variar de acuerdo con la aplicación, y pueden variar de fresa a fresa, y/o de elemento de corte a elemento de corte .

Además, una pluralidad de elementos 31 de corte fijos se monta a las cuchillas 19 fijas. Por lo menos uno de los elementos 31 de corte fijos puede ubicarse en el centro 15 axial del cuerpo 13 de barrena y adaptarse para cortar un yacimiento en el centro axial. En una modalidad, al menos uno de los elementos 31 de corte fijos está dentro de aproximadamente 0.1 centímetros (0.040 pulgadas) del centro axial. Ejemplos de elementos 25 de de corte de fresas giratorias y elementos 31 de corte fijos incluyen inserciones de carburo de tungsteno fresas fabricadas de material super duro tal como diamante policristalino, y otros conocidos para aquellos con experiencia en la técnica.

Las FIGURAS 3 y 4 ilustran el aspecto modular de la barrena construida de acuerdo con la presente invención. La FIGURA 3 es una vista en despiece de las diversas partes de la barrena 111 desensamblada. La modalidad ilustrativa de la FIGURA 3 es una barrena de tres fresas, tres cuchillas. Los principios de construcción modular de la presente invención son aplicables igualmente para la barrena 11 de dos fresas, dos cuchillas de las FIGURAS 1 y 2, y barrenas híbridas con cualquier combinación de cuchillas fijas y fresas giratorias.

Como se ilustra, la barrena 111 comprende una porción de fuste o sección 113, la cual se encuentra roscada o configurada de otra manera en su extensión superior para conectarse a una sarta de perforación. En la extensión inferior de la porción 113 de fuste, un receptáculo 115 generalmente cilindrico se forma. El receptáculo 115 recibe una porción 117 cilindrica correspondientemente formada y dimensionada en la extensión superior de una porción 119 de cuerpo de barrena. Las porciones 113 de fuste y cuerpo 119 se unen juntas al insertar la porción 117 cilindrica en la extensión superior de la porción 119 de cuerpo en el receptáculo 115 cilindrico en la extensión inferior del fuste 113. Para la barrena de 311.150 mm (12-1/4 de pulgada) mostrada, el receptáculo es una rosca hembra de Clase 2 que se acopla con una rosca macho que hace pareja en la extensión superior del cuerpo. La costura circular o unión entonces se suelda en una sola linea continuamente para asegurar las dos porciones o secciones juntas. El receptáculo 115 y la extensión 117 superior no necesitan ser cilindricos, pero pueden tener otras formas que se emparejan juntas, o pueden ser de ajuste deslizable o corriente confiando en la fuerza de la soldadura. Alternativamente, la unión puede fortalecerse por un ajuste de interferencia cercana entre la extensión 119 superior y el receptáculo 115. Soldadura por puntos alrededor y/o soldadura completa, en las costuras también pueden utilizarse.

Una base o cabeza 121 de barrena (se muestran tres para la modalidad de tres fresas de la FIGUFIA 3) se recibe en una ranura 123 que se extiende axialmente (de nuevo, existe una ranura 123 para cada base o cabeza 121) . Como se muestra en mayor detalle en la FIGURA 4, la ranura 123 tiene forma de cola de milano (y la base 121 está formada de manera correspondiente) de modo que sólo se permite el deslizamiento axial de la base 121 y la base 121 resiste la remoción radial desde la ranura 123. Una pluralidad (cuatro) de pernos 127 y arandelas aseguran cada base 121 en la ranura 123 de modo que la base 121 se asegura contra el movimiento axial en y la remoción de la ranura 123. Una fresa 125 giratoria se asegura en un cojinete asociado con cada base 121 por un bloqueo de bola y un ensamble 129 de sello. Las aberturas en la base 121 a través de las cuales los pernos 127 se extienden pueden ser alargadas y/o sobredimensionadas, para permitir la colocación axial y/o radial de la base 121 dentro de la ranura 123, la cual a su vez permite la selección de la proyección relativa de los elementos de corte en cada fresa giratoria. Un ensamble 131 compensador de lubricante también se lleva en cada base 121 y suministra lubricante al ensamble de cojinete y compensa las variaciones de presión en el lubricante durante las operaciones de perforación. Al menos una tobera 133 se recibe y retiene en la porción 119 del cuerpo de barrena para dirigir una corriente de fluido de perforación desde el interior de la barrena 111 a ubicaciones seleccionadas próximas a las fresas y cuchillas de la barrena .

La FIGURA 4 es una vista en sección fragmentaria del cuerpo 119 de barrena que ilustra la configuración de la ranura 123. Como se observó previamente, la ranura 123 tiene un par de lados 135 adyacentes opuestos que se inclinan el uno hacia el otro en un ángulo agudo incluido (desde la vertical) para definir una cola de milano. Un tercer lado, el cual puede ser curvo o plano, conecta los dos lados 135 opuestos. Un rebajo 137 rectilíneo se forma dentro del tercer lado para acoplamiento adicional entre la base de barrena y el cuerpo de barrena. Como se establece, la base 121 de barrena se proporciona con una forma que corresponde de tal modo que una vez que se ensambla junta, la base 121 de barrena resiste la remoción de la ranura 123 excepto por fuerza axial. De manera preferible, para la barrena de 311.150 mm (12-1/4 de pulgada) ilustrada, la ranura 123 es de aproximadamente 98.55 mm (3.880 pulgadas) de ancho en su punto más ancho, los lados 135 opuestos se encuentran inclinados en un ángulo de aproximadamente 15 grados y convergen para definir un ángulo incluido de aproximadamente 30 grados. El rebajo 137 es de aproximadamente 47.75 mm (1.880 pulgadas) de ancho y aproximadamente 9.779 iran (0.385 pulgadas) de profundidad. Las superficies que corresponden de la base 121 de barrena son dimensionadas de manera similar, pero entre 0.127 mm y 0.254 mm (0.005 y 0.010 pulgadas) más pequeñas para proporcionar ajuste deslizable o por corrimiento dentro de la ranura. Un ajuste por interferencia también puede utilizarse para mejorar la fuerza, a costa de facilidad de ensamblaje. Una perforación roscada oculta o abertura 139 se forma en el cuerpo 119 de barrena para recibir cada uno de los sujetadores o pernos 127 (FIGURA 3) . Alternativamente, los lados 135 opuestos de la ranura 123 pueden ser "rectos", pero una construcción tal no será tan fuerte como la construcción de "cola de milano" y puede tensar excesivamente los pernos 127.

Como se muestra en la FIGURA 5, los elementos 25 de corte de conos de rodillos y los elementos 31 de corte fijos se combinan para definir un perfil 41 de corte que se extiende desde el centro 15 axial hacia un perímetro 43 radialmente más alejado con respecto al eje. En una modalidad, sólo los elementos 31 de corte fijos forman el perfil 41 de corte en el centro 15 axial y el perímetro 43 radialmente más alejado. Sin embargo, los elementos 25 de corte de conos de rodillos se superponen con los elementos 31 de corte fijos en el perfil 41 de corte entre el centro 15 axial y el perímetro 43 radialmente más alejado. Los elementos 25 de corte de conos de rodillos se configuran para cortar en la punta 45 y el reborde 47 del perfil 41 de corte, en donde la punta 45 es la parte frontal del perfil (es decir, ubicada entre el centro 15 axial y el reborde 47) orientada hacia la pared del pozo de sondeo y ubicada adyacente al perímetro 43 radialmente más alejado.

De este modo, los elementos 25 de corte de conos de rodillos y los elementos 31 de corte fijos se combinan para definir una cara 51 de corte común (FIGURA 2) en la punta 45 y reborde 47, los cuales se sabe que son las partes más débiles de un perfil de barrena de fresas fijas. La cara 51 de corte se ubica en un extremo axial distante de la barrena 11 de perforación híbrida. En una modalidad, al menos uno de cada uno de los elementos 25 de corte de conos de rodillos y los elementos 31 de corte fijos se extiende en la dirección axial hacia la cara 51 de corte en una dimensión sustancialmente igual. En una modalidad, se encuentran radialmente desviados uno del otro aún cuando se alinean axialmente. Sin embargo, el alineamiento axial entre los elementos 25, 31 más distantes no se requiere de modo que los elementos 25, 31 pueden encontrarse separados axialmente por una distancia significativa cuando se encuentran en su posición más distante. Por ejemplo, los elementos 25 de corte de conos de rodillos o los elementos 31 de corte fijos pueden extenderse más allá o pueden no extenderse completamente hacia la cara 51 de corte. En otras palabras, los elementos 25 de corte de conos de rodillos pueden extenderse hacia la cara 51 de corte con los elementos 31 de corte fijos desviados axialmente desde la cara 51 de corte.

Por ejemplo, asumiendo que los elementos 31 de corte fijos se fijan debido a la integración de las cuchillas 19 con el cuerpo 13 de barrena, uno puede desear manipular la posición axial y/o radial de las bases 17, por lo que se controla la posición axial y/o radial de los elementos 25 de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos 31 de corte fijos y/o el perfil 41 de corte. Como se muestra en las FIGURAS 6, 7, y 8, la presente invención proporciona esta capacidad a través del uso de cuñas 200.

Más específicamente, una o más cuñas 200 pueden colocarse en cualquiera o todas las ranuras 123 entre la base 17 y una pared 150 axial de la ranura 123 en el cuerpo 13 de barrena para ajustar la posición axial de los elementos 25 de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos 31 de corte fijos y/o el perfil 41 de corte, como se muestra en la Figura 6. Adicional o alternativamente, una o más cuñas 200 pueden colocarse en cualquiera o todas las ranuras 123 entre la base 17 y una pared 155 radial de la ranura 123 en el cuerpo 13 de barrena para ajustar la posición radial de los elementos 25 de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos 31 de corte fijos y/o el perfil 41 de corte, como se muestra en la Figura 7. Adicional o alternativamente, una o más cuñas 200 puede colocarse en cualquiera o todas las ranuras 123 entre la base 17 y ya sea en la pared 160 circunferencial o lados 135 opuestos de la ranura 123 en el cuerpo 13 de barrena para ajustar la posición circunferencial, o posición alrededor de la circunferencia de la barrena 11 en relación a las ranuras 123, de los elementos 25 de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos 31 de corte fijos y/o el perfil 41 de corte, como se muestra en la Figura 8.

Las cuñas 200 pueden tener dos superficies opuestas paralelas, como se muestra, de modo que la base 17 se coloca sustancialmente paralela al cuerpo 13 de barrena, eje 15, y/o las paredes 150, 155 de la ranura 123. Alternativamente, las superficies opuestas pueden ser convergentes y/o divergentes a lo largo de la longitud de la cuña 200, de modo que un ángulo entre la base 17 y el cuerpo 13 de barrena, eje 15, y/o paredes 150, 155 de la ranura 123 puedan manipularse. Las cuñas 200 pueden de manera preferible extender la longitud completa de las paredes 135, 150, 155, 160 de la ranura 123, pero pueden ser más largas o más cortas, como se desee.

Las cuñas 200 son de manera preferible de entre 0.076 mm y 0.127 mm (0.003 y 0.005 pulgadas) de espesor. Sin embargo, las cuñas 200 pueden ser de entre 0.076 mm y 0.381 mm (0.003 y 0.015 pulgadas) de espesor. Por ejemplo, las cuñas 200 pueden ser de entre 0.027 mm y 0.381 mm (0.005 y 0.015 pulgadas) de espesor. Alternativamente, las cuñas 200 pueden ser de entre 0.254 mm y 0.381 mm (0.010 y 0.015 pulgadas) de espesor. Las cuñas 200 también pueden incluir aberturas, tales como aquellas en la base 121 a través de las cuales los pernos 127 se extienden. Las aberturas pueden ser alargadas para permitir el ajuste de su posición con relación a los pernos 127. Alternativamente, las aberturas pueden ser circulares, por lo que fijan su posición con respecto a los pernos 127. En este caso, las cuñas 200 pueden fijarse con respecto al cuerpo 13 de barrena, pero todavía permiten a las bases 17 moverse con relación a las mismas.

Además, en lugar de que las bases 16 se atornillen al cuerpo 13, las bases 17 pueden soldarse, broncesoldarse, o asegurarse fijamente de otra manera al cuerpo 13 de barrena. En este caso, las cuñas 200 pueden actuar como relleno e incluirse en el proceso de soldadura, broncesoldadura, u otro. En algunas modalidades, cada cuña 200 puede soldarse individualmente en lugar, una después de otra, y/o una sobre la otra, como se necesite, con la base 17 soldándose después de esto a las cuñas 200 y/o soldándose en línea con las cuñas 200.

En cualquier caso, puede verse cómo las cuñas 200 pueden utilizarse para acomodar tolerancias de fabricación relativamente más amplias, y todavía permitir que la barrena 11 terminada cumpla las tolerancias de producto terminado relativamente ajustadas. Esto se hace al seleccionar el número y/o espesor de las cuñas 200 necesarias para cumplir una tolerancia de producto terminado dado, con partes hechas de virtualmente cualquier tolerancia de fabricación. Para asegurar esta capacidad adicional, las ranuras 123 pueden sobredimensionarse, es decir, hacerse más largas, más anchas y/o más profundas de lo deseado al final, y las bases 17 pueden infradimensionarse, es decir, hacerse más pequeñas, más estrechas y/o poco profundas que las deseadas al final últimamente, por lo que permiten que el exceso de espacio se ocupe o forme por más cuñas 200 y/o más gruesas.

Las cuñas 200 permiten el ajuste de la posición axial, posición radial, y/o posición circunferencial hasta aproximadamente un décimo de una pulgada, o incluso un octavo de una pulgada. Por ejemplo, utilizando capacidades de fabricación actuales, la mayoría de las barrenas parece necesitar de entre 0.508 mm y 0.762 mm (0.020 y 0.030 pulgadas) de ajuste. Sin embargo, otros márgenes de ajuste se contemplan, tales como entre 0.254 mm y 1.905 mm (0.010 y 0.075 pulgadas) de ajuste, entre 0.508 y 0.762 mm (0.020 y 0.030 pulgadas) de ajuste, entre 0.254 mm y 1.270 mm (0.010 y 0.050 pulgadas) de ajuste, entre 0.508 mm y 1.270 mm (0.020 y 0.050) pulgadas de ajuste, o entre 0.381 mm y 0.762 mm (0.015 y 0.030 pulgadas) de ajuste. Además, una barrena 11 puede requerir diferentes márgenes de ajuste de cada posición, de modo que la posición axial se ajusta en una cantidad diferente que la posición circunferencial, etc.

De esta manera, como se muestra en la FIGURA 9, la presente invención permite al rendimiento de la barrena 11 ajustarse a las tolerancias de fabricación actuales proporcionadas, lo cual de otra manera no seria posible de producir tal ajuste preciso de la posición axial, posición radial, y/o posición circunferencial de los elementos 25 de corte de conos de rodillos con respecto a los elementos 31 de corte fijos y/o el perfil 41 de corte. El rendimiento puede especificarse en términos de índice de penetración (ROP) , agresividad, durabilidad, y/u otras medidas de rendimiento. Por ejemplo, cuando los elementos 25 de corte de conos de rodillos guían más, preceden o se encuentran más profundos que, o sobreexpuestos con respecto a los elementos 31 de corte fijos, la barrena 11 resultante se espera que sea menos agresiva, que tenga un ROP más bajo, pero que sea más durable. Por otro lado, cuando los elementos 31 de corte fijos guían más, preceden o se encuentran en mayor profundidad, o se sobreexponen con respecto a los elementos 25 de corte de conos de rodillos, o los elementos 25 de corte de conos de rodillos se rezagan, o se encuentran poco expuestos con respecto a los elementos 31 de corte fijos, la barrena 11 resultante se espera que sea más agresiva, tenga un ROP más alto, pero sea menos durable. Éstas son relaciones relativamente precisas, típicamente, de manera aproximada dentro de un décimo de una pulgada, o en algunos casos un octavo de pulgada, de cualquier modo, se encuentra por lo tanto más allá de las tolerancias de fabricación alcanzables comúnmente. Las cuñas 200 de la presente invención proporcionan este ajuste preciso de características de rendimiento de la barrena 11.

El uso de las cuñas 200 también permite el pre-ensamble de múltiples barrenas sin la necesidad de plantillas caras y complejas para sostener la barrena ensamblada mientras se espera a que sea soldada. En este sentido, las bases 17, con cuñas 200, pueden ensamblarse y después fijarse con pernos juntas y/o soldarse por puntos antes de que la soldadura final ocurra.

Otras y modalidades adicionales que utilizan uno o más aspectos de la invención descrita en lo anterior pueden idearse si apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, las cuñas 200 también pueden utilizarse junto con cualquiera de las paredes de las ranuras 123, para acomodar el ajuste independiente de la posición axial, posición radial, o posición circunferencial, o cualquier combinación de las mismas. Además, los diversos métodos y modalidades de la presente invención pueden incluirse en combinación con cualquier otra para producir variaciones de los métodos y modalidades descritos. La discusión de elementos singulares puede incluir elementos plurales y viceversa.

El orden de las etapas puede ocurrir en una variedad de secuencias a menos que se limite específicamente de otra manera. Las diversas etapas descritas en la presente pueden combinarse con otras etapas, interlineadas con las etapas establecidas, y/o dividirse en etapas múltiples. De manera similar, elementos se han descrito funcionalmente y pueden representarse como componentes separados o pueden combinarse en componentes que tienen múltiples funciones.

La invención se ha descrito en el contexto de modalidades preferidas y otras y no todas las modalidades de la invención se han descrito. Modificaciones obvias y alteraciones a las modalidades descritas se encuentran disponibles para aquellos con experiencia ordinaria en la técnica. Las modalidades descritas y no descritas no pretenden limitar o restringir el alcance o aplicabilidad de la invención concebida, pero en cambio, en conformidad de las leyes de patentes, la invención pretende proteger completamente todas las modificaciones y mejoras que estén dentro del alcance o margen de equivalencia de las reivindicaciones siguientes.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para ensamblar una barrena de perforación terrestre para cumplir una tolerancia de producto terminado con relación a una agresividad deseada de la barrena terminada utilizando componentes construidos para una tolerancia de fabricación, el método caracterizado porque comprende : seleccionar una o más bases de una pluralidad de bases pre-fabricadas; seleccionar un cuerpo de barrena de una pluralidad de cuerpos de barrena pre-fabricados, el cuerpo de barrena que tiene una ranura para recibir la base en la ranura tiene una pared axial, una pared radial, y al menos una pared circunferencial; colocar la base dentro de la ranura; y fijar la base dentro de la ranura para cumplir con la agresividad deseada dentro de la tolerancia de producto terminado al colocar una o más cuñas entre la base y al menos una o más paredes de la ranura.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque incluye la etapa de soldar la base y cuñas en el cuerpo de barrena.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque incluye la etapa de fijar con pernos la base y cuñas en el cuerpo de barrena.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque incluye la etapa de seleccionar un número de cuñas para producir la barrena de perforación terrestre dentro de la tolerancia de producto terminado .

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque incluye la etapa de seleccionar un espesor de cuña para producir la barrena de perforación terrestre dentro de la tolerancia de producto terminado .

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las cuñas ajustan la posición axial de la base con respecto a la ranura, por lo que ajustan la posición axial de los elementos de corte de conos de rodillos asociados con la base con respecto a los elementos de corte fijos asegurados a la cuchilla del cuerpo de barrena.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las cuñas ajustan una posición circunferencial de la base con respecto a la ranura.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la base y el cuerpo de barrena se seleccionan de modo que la base no llenará la ranura.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de barrena se fabrica para asegurar que la ranura no cumplirá con la agresividad deseada, dada la tolerancia de fabricación.

10. El método de conformidad con la reivindicación I, caracterizado porque la base se fabrica para asegurar que la base no cumplirá con la agresividad deseada, dada la tolerancia de fabricación.

11. Una barrena de perforación terrestre diseñada para cumplir la agresividad especificada, dentro de una tolerancia de producto terminado, utilizando componentes construidos para una tolerancia de fabricación más amplia, la barrena caracterizada porque comprende: una o más bases; un cuerpo de barrena que tiene una cuchilla y una ranura para recibir la base; y una o más cuñas entre la base y la ranura fijando la base dentro de la ranura para cumplir con la tolerancia de producto terminado.

12. La barrena de conformidad con la reivindicación II, caracterizada porque la base y cuñas se sueldan en el cuerpo de barrena.

13. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la base y cuñas se atornillan en el cuerpo de barrena.

14. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque un número de las cuñas se selecciona para producir la barrena de perforación terrestre dentro de la tolerancia de producto terminado.

15. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque un espesor de cuña se selecciona para producir la barrena de perforación terrestre dentro de la tolerancia de producto terminado.

16. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque las cuñas ajustan una posición axial de la base con respecto a la ranura, por lo que ajustan la posición axial de los elementos de corte de conos de rodillos asociados con la base con respecto a elementos de corte fijos asegurados a la cuchilla.

17. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque las cuñas ajustan una posición circunferencial de la base con respecto a la ranura.

18. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la base no llena la ranura.

19. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la ranura no cumple con la agresividad deseada, dada la tolerancia de fabricación.

20. La barrena de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la base no cumple con la agresividad deseada, dada la tolerancia de fabricación.