MX2013011123A - Dispositivo compensador de presion del fondo de la perforacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación para usarse en combinación con una herramienta del fondo de la perforación, que comprende un alojamiento con una cámara y una sección interna hueca, un primer pistón que divide la cámara en una primera sección y una segunda sección, la primera sección está en comunicación fluida con un primer puerto de fluido, la segunda sección está en comunicación fluida con un barreno a través de un segundo puerto de fluido, y un primer resorte dispuesto en la segunda sección para ejercer una presión sobre el primer pistón para permitir la conservación de una sobrepresión en la primera sección. Adicionalmente, el dispositivo comprende un segundo pistón, un segundo resorte dispuesto entre el primer pistón y el segundo cuyo canal de sobrepresión, cuando el segundo resorte está en una condición comprimida, provee una comunicación fluida entre la primera y segunda secciones. La presente invención se relaciona además con un sistema del fondo de la perforación que comprende una línea de acero, una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención. La presente invención también se relaciona con un sistema del fondo de la perforación que comprende una línea de acero, una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención.

Description

DISPOSITIVO COMPENSADOR DE PRESIÓN DEL FONDO DE LA PERFORACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un dispositivo compensador de presión utilizado para igualar la presión en herramientas de pozos en el fondo de la perforación para evitar implosiones o explosiones de las herramientas .

TECNICA ANTECEDENTE Las herramientas del fondo de la perforación tales como unidades de impulsión, percutores, perforadoras, etc., se exponen a diferencias de presión extremas entre el interior y el exterior de las herramientas. Con el fin de evitar colapsos por implosión o explosión de las herramientas, lo cual podría dañar tanto a las herramientas como a la estructura del pozo y además daría lugar a paros de la producción en los pozos, los dispositivos compensadores de presión se han conocido por décadas en este campo. Para adaptar la compensación de presión, típicamente se permite el fluido del barreno en el interior de la herramienta en un lado del dispositivo compensador de presión y los fluidos hidráulicos típicamente se mantienen dentro de una herramienta del fondo de la perforación en el otro lado, igualando asi las dos presiones en cada lado del dispositivo compensador de presión.

Se conocen una variedad de dispositivos de compensación de presión que utilizan bolsas de caucho, diafragmas, fuelles y resortes en el mecanismo compensador de presión. Sin embargo, su desventaja es que son diseñados para soportar cierta diferencia de presión, la cual al excederse da lugar a una averia del mecanismo.

Por lo tanto una mayor conflabilidad y un mecanismo más libre de fallas de un dispositivo compensador de presión para usarse en barrenos darían lugar a una perforación y desempeño de producción optimizados, minimizando con ello los costos y maximizando las utilidades de las operaciones de pozos.

Dado que varios tipos de herramientas requieren de compensación de presión durante operaciones en el barreno, varios procesos diferentes se beneficiarían de un dispositivo compensador de presión mejorado, dando lugar a un riesgo mínimo de limitación en el tiempo de producción .

Por lo tanto, existe una necesidad de poder compensar presiones en herramientas del fondo de la perforación durante la exploración, producción y monitoreo de depósitos subsuperficiales , tales como 52-917-13 depósitos de petróleo y gas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es superar completamente o parcialmente dichas desventajas e inconvenientes de la técnica anterior. Más específicamente, un objeto es proporcionar un sistema mejorado para compensar presiones en herramientas del fondo de la perforación durante la exploración, producción y monitoreo de depósitos subsuperficiales, tales como depósitos de petróleo y gas.

Los objetos anteriores, junto con varios otros objetos, ventajas y características, que serán evidentes a partir de la siguiente descripción, se logran mediante una solución de conformidad con la presente invención por medio de un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación para usarse en combinación con una herramienta del fondo de la perforación, que comprende: un alojamiento con una cámara y una sección interna hueca, un primer pistón que divide la cámara en una primera sección y una segunda sección, la primera sección está en comunicación fluida con un primer puerto de fluido, la segunda sección está en comunicación fluida con un barreno a través de un segundo puerto de fluido, y 52-917-13 un primer resorte dispuesto en la segunda sección para ejercer una presión sobre el primer pistón para permitir la conservación de una sobrepresión en la primera sección, en donde el dispositivo adicionalmente comprende : - un segundo pistón, un segundo resorte dispuesto entre el primer pistón y el segundo pistón, y - un canal de sobrepresión dispuesto en el primer o segundo pistón, cuyo canal de sobrepresión, cuando el segundo resorte está en una condición comprimida, provee una comunicación fluida entre la primera y segunda secciones.

En una modalidad, el dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación puede comprender por lo menos una conexión a presión con una herramienta coincidente en una columna de herramientas.

Dicha herramienta coincidente puede ser una unidad de impulsión.

En otra modalidad, la segunda sección del dispositivo compensador puede estar en comunicación fluida con el interior de una unidad de motor eléctrico y/o una unidad de bomba hidráulica.

Además, el primer resorte, el segundo resorte, 52-917-13 el primer pistón y el segundo pistón pueden disponerse coaxialmente con el eje central longitudinal del dispositivo de compensación.

Adicionalmente, por lo menos uno del primer resorte, el segundo resorte, el primer pistón y el segundo pistón puede haberse dispuesto de manera no coaxial con el eje central longitudinal del dispositivo compensador que no circunscribe la sección interna hueca.

El dispositivo compensador de conformidad con la invención puede disponerse de manera no coaxial con un eje central longitudinal de la herramienta.

Adicionalmente, el segundo pistón puede disponerse parcialmente dentro del primer pistón.

Asimismo, el primer pistón puede disponerse parcialmente dentro del segundo pistón.

En una modalidad, la primera sección de la cámara puede llenarse con un fluido hidráulico presurizado tal como petróleo con características predeterminadas (que coinciden con las condiciones del barreno) .

Además, el primer y segundo resortes pueden ser resortes de bobina, resortes helicoidales, fuelles, resortes espirales cónicos, resortes de gas o resortes de disco .

El dispositivo compensador de presión del fondo 52-917-13 de la perforación de conformidad con la invención puede comprender además sensores eléctricos para monitorear una temperatura dentro del dispositivo y/o presiones en la primera y segunda secciones y/o posiciones del primer y segundo pistones para producir una señal de retroalimentación al sistema de control.

Dicho dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación puede comprender además por lo menos un conmutador en donde el dispositivo compensador puede controlarse por medio de al menos un conmutador conectado al sistema de control para adaptarse a cambios en las condiciones ambientales con base en la señal de retroalimentación .

Adicionalmente, el dispositivo puede comprender una pluralidad de primeros y/o segundos resortes.

Adicionalmente, el dispositivo puede comprender una pluralidad de guias de resorte.

También, el segundo resorte puede disponerse en el interior del primer pistón.

El dispositivo puede comprender una pluralidad de primeros resortes dispuestos concéntricamente en el aloj amiento .

En una modalidad, el segundo resorte puede disponerse dentro del primer pistón en una válvula de sobrepresión, la válvula de sobrepresión comprende el 52-917-13 segundo resorte y el segundo pistón.

Adicionalmente, el alojamiento puede comprender un miembro tubular y dos miembros terminales conectados en forma desprendible .

La presente invención se relaciona adicionalmente con un sistema del fondo de la perforación que comprende: una linea de acero, una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención.

La presente invención también se relaciona con un sistema de herramientas del fondo de la perforación que comprende : por lo menos una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención y sus muchas ventajas se describirán más detalladamente a continuación con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, los 52-917-13 cuales con el propósito de ilustración muestran modalidades no limitantes y en los cuales: La figura 1 muestra una vista en corte de un dispositivo compensador de presión, las figuras 2a-2d muestran diagramas esquemáticos de un dispositivo compensador de presión durante el llenado de una primera sección con fluido hidráulico, las figuras 3a-3d muestran diagramas esquemáticos de un dispositivo compensador de presión durante el llenado de una segunda sección con fluido del barreno, las figuras 4a-4d muestran diagramas esquemáticos de varias modalidades de dispositivos compensadores de presión, la figura 5 muestra un dispositivo compensador que comprende resortes dispuestos de manera no coaxial la figura 6 muestra un dispositivo compensador dispuesto de manera no coaxial con un eje central de la herramienta, la figura 7 muestra un sistema del fondo de la perforación que comprende un dispositivo compensador de presión, la figura 8 muestra una columna de herramientas del fondo de la perforación que comprende un dispositivo 52-917-13 compensador de presión, la figura 9 muestra una vista en corte de un dispositivo compensador de presión, la figura 10 muestra un diagrama esquemático de un dispositivo compensador de presión durante el llenado de una primera sección con fluido hidráulico, la figura 11 muestra un diagrama esquemático de un dispositivo compensador de presión durante el llenado de una segunda sección con fluido hidráulico, y la figura 12 muestra una vista en corte de un dispositivo compensador de presión.

Todas las figuras son bastante esquemáticas y no están necesariamente a escala, y solo muestran aquellas partes que son necesarias con el fin de explicar la invención, omitiéndose otras partes o simplemente sugiriéndose .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un dispositivo compensador de presión 20 para compensar diferencias de presión entre el interior y el exterior de una herramienta del fondo de la perforación para evitar la implosión o explosión de dicha herramienta debido a diferencias de presión. El dispositivo compensador de presión 20 está unido a una herramienta del fondo de la perforación 115 con el fin de 52-917-13 compensar cambios en la presión. El dispositivo compensador de presión 20 comprende un alojamiento 100 con una cámara 101 y una sección interna hueca 102. La sección hueca 102 puede facilitar conexiones eléctricas 112 entre dos herramientas 115 dispuestas en cada extremo del dispositivo compensador de presión 20 y conectadas al dispositivo compensador de presión 20 por medios de conexión 116. La presión en la sección hueca 102 es regulada por un primer pistón 103, un segundo pistón 109, un primer resorte 108 y un segundo resorte 110. Un interior de las dos herramientas conectadas a cada extremo del dispositivo compensador puede estar en comunicación fluida con el interior 113 de la sección hueca 102 con lo cual la presión interna de las dos herramientas puede regularse por medio del dispositivo compensador 20. El primer pistón 103 y el segundo pistón 109 sellan la primera sección 104 de la segunda sección 105 de la cámara 101. Cuando el primer resorte 108 está dispuesto ente una segunda cara terminal 101b de la cámara y una segunda cara 103b del primer pistón 103, el primer resorte 108 aplica de esta manera una fuerza sobre la segunda cara terminal 101b de la cámara 101 y una segunda cara 103b del primer pistón 103. El segundo resorte 110 está dispuesto entre el primer pistón 103 y el segundo pistón 109, el segundo resorte 110 aplica una 52-917-13 fuerza sobre el primer pistón 103 y el segundo pistón 109. Un canal de sobrepresion 111 está dispuesto en el primer y/o segundo pistón para proporcionar una conexión fluida entre la primera y segunda secciones 104, 105 de la cámara 101, cuando el primer y segundo pistones 103, 109 se desplazan hacia sus posiciones extremas en cada extremo de la cámara 101. La figura 1 muestra un estado comprimido del primer resorte 108, y el primer y segundo pistones 103, 109 se mueven más hacia la segunda cara terminal de la cámara 101, el segundo pistón 109 enganchará, cuando el primer resorte se comprime hasta cierto grado, la segunda cara terminal, deteniendo asi el movimiento del segundo pistón 109 hacia la segunda cara terminal de la cámara 101. Cuando el primer pistón 103 continúa moviéndose hacia la segunda cara terminal, el segundo resorte 110 comenzará a comprimirse, y en un punto dado el canal de fluido de sobrepresion proporcionará entonces un acceso entre la primera y segunda secciones 104, 105 de la cámara 101, y comenzará a fluir fluido de la primera sección 104 de la cámara 101 a través del canal de fluido de sobrepresion que entra a la segunda sección 105 de la cámara 101.

En las figuras 2 y 3, la activación del canal de sobrepresion en ambos extremos de la cámara 101 se muestra paso por paso. 52-917-13 Las figuras 2a-d muestran el desplazamiento del primer y segundo pistones hacia la segunda cara terminal 101b debido a una presurizacion de la primera sección 104 de la cámara 101. Antes de descender el dispositivo compensador 20 dentro de un barreno 4, la primera sección 104 puede llenarse con fluido mediante la remoción de un tapón 124 de un primer puerto de fluido 106 y llenando la primera sección 104 con fluido, con lo cual la primera sección 104 se presurizará. La figura 2a muestra el primer y segundo resortes 108, 110 en posiciones relajadas con el primer y segundo pistones 103, 109 deslazados hacia la primera cara terminal 101a y el canal de sobrepresión 111 cerrado. Cuando un fluido presurizado entra a la primera sección 104 a través del primer puerto de fluido 106, el primer resorte 108 se comprime como se muestra en la figura 2b. Como puede verse en la figura 2b, el segundo resorte 110 está aún sin comprimirse en esta condición y por lo tanto el canal de sobrepresión aún está cerrado, dando como resultado la ausencia de una conexión fluida entre la primera y segunda secciones 104, 105. Sin embargo, si la primera sección 104 está adicionalmente presurizada, el segundo resorte 110 comenzará a comprimirse dando como resultado un movimiento del segundo pistón 109, mientras el primer pistón 103 ha dejado de moverse, lo cual se observa en la 52-917-13 figura 2c. Como se indica por medio de una flecha en la figura 2c, el canal de sobrepresion proporciona una comunicación fluida entre la primera y segunda secciones 104, 105, cuando el segundo pistón 109 se desplaza más allá de cierto punto, permitiendo con ello que fluido de la primera sección 104 fluya a la segunda sección 105, aliviando asi la sobrepresion de la primera sección 104. En la figura 2d, el primer puerto de fluido 106 está cerrado, deteniendo de esta manera la entrada de fluido presurizado en la primera sección 104. Cuando el primer puerto de fluido 106 está cerrado, el segundo pistón 109 regresará a su posición relajada mientras el fluido sale de la primera sección 104 a través del canal de sobrepresion 111. Cuando el segundo pistón 109 alcanza una posición en relación con el primer pistón 103, una vez más el canal de fluido de sobrepresion se cierra como se muestra en la figura 2d, y después el segundo pistón 109 dejará de moverse. Por lo tanto este mecanismo proporciona una restricción de la presión en la primera sección 104 de tal manera que no excede cierta presión máxima. Adicionalmente, permite al usuario presurizar la primera sección 104 hasta una presión predeterminada cada vez que la primera sección 104 se presuriza antes de descender el dispositivo compensador 20 dentro del barreno. Las constantes elásticas reales del primer y 52-917-13 segundo resortes 108, 110 se seleccionan para que sean correspondientes con la presión predeterminada. Por lo tanto la presión predeterminada puede controlarse cambiando resortes o precargando resortes hasta cierto grado con el fin de acomodar requerimientos de presión especiales para que el dispositivo compensador 20 concuerde con las condiciones especiales del fondo de la perforación .

Las figuras 3a-d muestran cómo se compensa la presión durante una acumulación de presión en el barreno. Como se explicó arriba, la primera sección 104 se presuriza antes de descender el dispositivo compensador 20 dentro del barreno. Por lo tanto, la condición inicial del dispositivo compensador 20 cuando es descendido dentro del barreno es la situación ilustrada en la figura 2d. Cuando el dispositivo compensador entra a continuación al barreno, la presión del barreno se transfiere a la segunda sección 105 a través del segundo puerto de fluido 107, y la presión en la segunda sección 105 aumenta cuando la presión en el barreno aumenta. En la figura 3a, la presión del barreno ha desplazado el primer y segundo pistones 103, 109 hacia la primera cara terminal de la cámara 101 descomprimiendo el primer resorte 108. Por medio de este movimiento del primer pistón 103, se compensa la presión, es decir, se iguala 52-917-13 la presión en la primera y segunda secciones del dispositivo compensador de presión 20. Dado que la primera sección 104 está en comunicación fluida con el interior de una herramienta, la herramienta, de esta manera, tendrá la presión compensada y por lo mismo no se destruirá durante una acumulación de presión en el barreno. El problema es que si la presión dentro de la herramienta se hace mucho más grande o mucho más pequeña que el exterior de la herramienta, el volumen de la herramienta aumentará o bien disminuirá. Para evitar este cambio en volumen de la herramienta, el interior de la herramienta se conecta a un dispositivo compensador de presión, de tal manera que si la presión en el barreno, es decir, en la segunda sección 105, aumenta mucho más que en la herramienta, que está en comunicación fluida con la primera sección 104, el volumen de la primera sección 104 disminuirá. Si por otro lado la presión en el barreno es mucho menor que en la herramienta, la primera sección 104 puede aumentar en volumen. La figura 3b muestra la situación en la que el primer pistón ha alcanzado su máximo desplazamiento hacia la primera cara terminal y se pone en contacto con la primera cara terminal debido a una mayor presión en la segunda sección 105 que se deriva de la presión en el barreno qua aumenta. Si la presión continúa aumentando en la segunda 52-917-13 sección 105 más allá del punto mostrado en la figura 3b, el segundo pistón 109 comenzará a moverse hacia la primera cara terminal y el segundo resorte 110 comenzará a comprimirse. Como se muestra en la figura 3c, la sobrepresión en la segunda sección 105 abre la conexión fluida entre la primera y segunda secciones 104, 105 cuando el segundo pistón 109 se ha movido suficientemente hacia la primera cara terminal, lo cual permite que fluido de la primera sección 105 ingrese a .la primera sección 104. En general, esta es una situación indeseable dado que se permite el ingreso de fluido sucio del barreno al interior del dispositivo compensador 20 y por lo tanto el interior de la herramienta está en comunicación fluida con la primera sección 104 del dispositivo compensador 20. Sin embargo, la alternativa puede ser mucho peor dado que las herramientas pueden destruirse por completo por implosión si son incapaces de compensar la presión del barreno. Adicionalmente, la deformación ocasionada por dicha implosión podría provocar que el dispositivo compensador de presión y/o la herramienta unida al mismo se atasquen dentro del barreno, dando lugar a un paro total de la producción del pozo. Por lo tanto, la inundación de la primera sección 104 del dispositivo compensador 20 y por lo tanto de la herramienta con fluido sucio del barreno protege de un 52-917-13 colapso tanto al dispositivo compensador de presión como a la herramienta cuyas presiones son compensadas. Por lo tanto, la posibilidad de permitir que fluido del barreno entre a la primera sección 104 actúa como protección contra fallas para el dispositivo compensador de presión 20 . En el caso de que se active la protección contra fallas y el fluido hidráulico de la primera sección 104 se contamine con fluido sucio del barreno, tanto el dispositivo compensador de presión 20 como la herramienta potencialmente contaminada se retraerán normalmente del barreno y se limpiarán perfectamente.

En la figura 3d, el segundo pistón 109 ha regresado hacia la segunda cara terminal, cerrando asi el canal de sobrepresión después de que se ha igualado la presión en la primera y segunda secciones 104 , 105 .

El dispositivo compensador 20 sirve para otro propósito con respecto a la compensación de la presión. Cuando el dispositivo compensador de presión 20 se desciende dentro del barreno, la temperatura aumenta dependiendo de la profundidad y la proximidad del barreno con las capas de magma. Cuando un volumen del fluido presurizado en la primera sección 104 aumenta debido a un aumento en la temperatura, la presión sobre el primer y segundo pistones 103, 109 aumenta. En caso de que la presión exceda una presión definida por el primer y 52-917-13 segundo resortes 108, 110 para abrir el canal de sobrepresión, el fluido hidráulico de la primera sección 104 se libera a la segunda sección 105 y hacia el barreno. De nuevo el dispositivo compensador 20 actúa como una protección contra fallas para evitar el colapso o la combadura del dispositivo compensador y/o la herramienta unida al dispositivo compensador debido a la expansión térmica del fluido hidráulico en el dispositivo compensador de presión 20. Convencionalmente, este problema ha sido tratado con solo llenando parcialmente dispositivos compensadores anteriores para evitar combaduras. Este enfoque anterior tiene las siguientes dos desventajas. La primera desventaja es que a pesar de que el dispositivo compensador solo se llena parcialmente para evitar la combadura debido a la expansión térmica, aún depende de que la temperatura esté por abajo de una temperatura critica. Esto es debido al hecho de que las temperaturas pueden fluctuar localmente, por ejemplo, cerca de capas de magma, hasta temperaturas muy altas. Por lo tanto, la seguridad del dispositivo compensador podría comprometerse incluso con llenados conservadores del fluido hidráulico en el dispositivo compensador de tal manera que la herramienta se combará de cualquier manera si el dispositivo compensador no puede soportar la presión del fluido hidráulico térmicamente expandido. La 52-917-13 segunda desventaja es que el fluido hidráulico sirve al propósito de soportar la presión derivada de la presión del barreno que también aumenta con la profundidad y las condiciones locales en el barreno. Llenando solo parcialmente dispositivos compensadores anteriores, es decir, disminuyendo la cantidad de fluido hidráulico en un compensador, se reduce la capacidad de compensar la presión en una herramienta dado que menos fluido está disponible en la primera sección. La capacidad se reduce dado que el volumen del fluido hidráulico puede disminuir durante la compensación de presión a través de fugas en comunicación fluida con la primera sección de la cámara, por ejemplo a través de fugas en la herramienta, lo cual ocurre típicamente durante la operación en el pozo.

Las figuras 4a-d muestran modalidades diferentes de conformidad con la invención. La figura 4a muestra un dispositivo compensador 20 de conformidad con la invención, en donde el canal de sobrepresión 111 es una horadación en el primer pistón 103. Al colocar el canal de sobrepresión internamente en el primer pistón 103, una abertura del canal de sobrepresión se puede disponer alejada del segundo resorte 110. La figura 4b muestra un dispositivo compensador 20, en donde el canal de sobrepresión se ha dispuesto parcialmente en el segundo pistón 109 y parcialmente en el primer pistón 52-917-13 103, y cuando el segundo resorte 110 está adecuadamente comprimido, los canales de sobrepresión se alinean y permiten que fluya fluido de una sección 104, 105 de la cámara 101 a la otra. La figura 4c muestra un dispositivo compensador 20, en donde el primer pistón se ha dispuesto parcialmente dentro del segundo pistón 109 y el canal de sobrepresión se ha dispuesto en el alojamiento 100 del dispositivo compensador 20. La figura 4d muestra un dispositivo compensador 20, en donde el primer pistón 103 se ha dispuesto parcialmente dentro del segundo pistón 109 y el canal de sobrepresión se ha dispuesto parcialmente en el segundo pistón 109 y parcialmente en el primer pistón 103, y cuando el segundo resorte 110 está adecuadamente comprimido, los canales de sobrepresión se alinean y permiten que fluya fluido desde una sección 104, 105 de la cámara 101 a la otra.

La figura 5 muestra un dispositivo compensador en donde dos segundos resortes 110 se han dispuesto de manera no coaxial con el eje central de la herramienta para dos segundos pistones 103 fuera de la segunda cara terminal 101b de la cámara.

La figura 6 muestra un dispositivo compensador 20 en donde el dispositivo compensador está dispuesto de manera no coaxial con el eje central de la herramienta. De esta manera, el dispositivo compensador 20 puede 52-917-13 disponerse en paralelo con otro dispositivo, otra herramienta, o, como se muestra en la figura 6, un espacio vacio 121. La libertad de disponer el dispositivo compensador de manera no coaxial con el eje central aumenta la versatilidad del dispositivo compensado en la optimización de diseño del espacio en la columna de herramientas del fondo de la perforación. En la figura 6, el espacio vacio 121 puede proporcionar una posibilidad de facilitar el paso de un fluido hidráulico a través de un dispositivo compensador sin entrar a la cámara de compensación 101 ni al interior 113 de la sección hueca 102. Adicionalmente, la figura 6 muestra una modalidad de un dispositivo compensador que comprende una pluralidad de primeros y/o segundos resortes. Otras modalidades pueden comprender un mayor número de resortes separados. El dispositivo de compensación mostrado en la figura 6 comprende una válvula de una sola vía 122 dispuesta en el primer puerto de fluido 106 y un conjunto de conmutadores 123 para habilitar una señal de retroalimentación a un sistema de control, lo cual permite al usuario verificar cuándo los pistones y los resortes alcanzan las posiciones extremas durante la compresión o descompresión de los resortes.

Cuando el dispositivo compensador está instalado, éste forma parte de una columna de 52-917-13 herramientas del fondo de la perforación 10 como se muestra en las figuras 7 y 8. En las figuras 7 y 8, la columna de herramientas puede comprender unidades de impulsión 11, dispositivos compensadores 20 y herramientas operacionales 12, etc. La columna de herramientas 10 comprende la herramienta 115, tal como una unidad 11, dispuesta en un entubado 6, con un interior 4, en un pozo o barreno 5 en la formación 2. La columna de herramientas 10 recibe energía a través de una línea de acero 9 la cual se conecta con la herramienta por medio de un conector superior 13. La herramienta del fondo de la perforación comprende además una sección electrónica que tiene circuitos electrónicos de cambio de modo 15 y circuitos electrónicos de control 16 antes de suministrar la electricidad a un motor eléctrico 17 que impulsa una bomba hidráulica 18. La unidad de impulsión 11 puede conectarse con una herramienta operacional 12 a través de un conector 14.

Como se muestra en las figuras 9-10, el segundo resorte 110 puede disponerse en el primer pistón 103 en una válvula de sobrepresión 120, la válvula de sobrepresión comprende el segundo resorte 110 y el segundo pistón 109. Dado que una válvula de sobrepresión 120 típica solo abre para fluir en una dirección, una cavidad 119 en la sección hueca 102 puede facilitar la 52-917-13 liberación de sobrepresion en la primera sección 104 como se explicará más adelante. Un canal de sobrepresion 111 está dispuesto en el primer pistón para proporcionar una conexión fluida entre la primera y segunda secciones 104, 105 de la cámara 101, cuando los segundos pistones 109 se desplazan hacia una máxima compresión del segundo resorte 110.

La figura 9 muestra el primer resorte 108 en un estado no comprimido tal como antes de llenar el dispositivo compensador. El primer pistón 103 es desplazado hacia el extremo de la cámara 101 antes de llenar la primera sección 104 con fluido presurizado como se explica en la figura 2b.

La figura 10 muestra el dispositivo compensador de la figura 9 durante el llenado de la primera sección 104 con fluido presurizado. Cuando el primer pistón 103 alcanza la posición de la cavidad 119, se permite que el fluido presurizado fluya desde la primera sección 104 a la segunda sección 105, aliviando por lo tanto la sobrepresion de la primera sección 104. Cuando se libera la presión hacia la segunda sección 105, el fluido presurizado saldrá del segundo puerto de fluido 107 y el usuario sabe que la presión en la primera sección 104 ha alcanzado un nivel deseado.

En la figura 11, el dispositivo compensador 20 52-917-13 de las figuras 9 y 10 se muestra durante la acumulación de presión en la segunda sección 105 cuando fluido del barreno ingresa a la segunda sección 105 a través del segundo puerto de fluido 107 y la presión en la segunda sección 105 aumenta cuando la presión en el barreno aumenta. En la figura 11, la presión del barreno ha desplazado los primeros pistones 103 hacia la primera cara terminal 101a descomprimiendo el primer resorte 108. Por medio de este movimiento del primer pistón 103, se compensa la presión, es decir, la presión se iguala en la primera y segunda secciones del dispositivo compensador de presión 20. Dado que la primera sección 104 está en comunicación fluida con el interior de una herramienta, la herramienta, de esta manera, tendrá la presión compensada y por lo mismo no se destruirá durante una acumulación de presión en el barreno. La figura 11 muestra la situación en la cual el primer pistón ha alcanzado su desplazamiento máximo hacia la primera cara terminal 101a y se pone en contacto con la primera cara terminal 101a debido a una presión creciente en la segunda sección 105 que se deriva de la presión en el barreno que aumenta. Si la presión continúa aumentando en la segunda sección 105, el segundo pistón 109 comenzará a moverse hacia la primera cara terminal y el segundo resorte 110 comenzará a comprimirse. Como se muestra, la 52-917-13 sobrepresión en la segunda sección 105 abre la conexión fluida a través del canal de sobrepresión 111 entre la primera y segunda secciones 104, 105 cuando el segundo pistón 109 se ha movido suficientemente hacia la primera cara terminal 101a, lo cual permite que el fluido de la segunda sección 105 ingrese a la primera sección 104.

La figura 12 muestra otro dispositivo compensador 20 que comprende dos hileras de los primeros resortes 108 dispuestos concéntricamente en el dispositivo compensador 20. La primera hilera de los primeros resortes 108a está dispuesta en la segunda hilera de los primeros resortes 108b. Cada hilera de resortes contiene cuatro resortes separados, separados solo por un número de guias de resorte 129. El número de guias de resorte 129 se ha colocado a lo largo de los dos primeros resortes 108 para evitar la flexión no deseada de los resortes durante la compresión lo cual puede dar lugar a enredar las dos hileras de primeros resortes 108 concéntricamente dispuestas.

En algunas modalidades de la invención, el resorte puede ser de otro tipo diferente del resorte de bobina convencional mostrado en las figuras. Dichos tipos pueden ser un tipo de resorte helicoidal, un tipo de fuelle, un tipo de resorte espiral, un tipo de resorte de lámina, un tipo de resorte de gas, o un tipo de resorte 52-917-13 de disco.

El primer y segundo puertos de fluido pueden sellarse de manera controlada por medio de una válvula tal como una válvula de bola, válvula de mariposa, válvula de estrangulamiento, válvula de retención o válvula de no retorno, válvula de diafragma, válvula de expansión, válvula de compuerta, válvula esférica, válvula de cuchilla, válvula de aguja, válvula de pistón, válvula de manguito o válvula de obturación.

Aunque la invención se ha descrito arriba en relación con modalidades preferidas de la invención, será evidente para una persona experta en la técnica que son concebibles varias modificaciones sin alejarse de la invención como se define por medio de las siguientes reivindicaciones . 52-917-13

Claims (15)

RE IVINDICACIONES ;

1. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación (20) para usarse en combinación con una herramienta del fondo · de la perforación, que comprende : un alojamiento (100) con una cámara (101) y una sección interna hueca (102), un primer pistón (103) que divide la cámara en una primera sección (104) y una segunda sección (105), la primera sección está en comunicación fluida con un primer puerto de fluido (106) , la segunda sección está en comunicación fluida con un barreno (4) a través de un segundo puerto de fluido (107), y un primer resorte (108) dispuesto en la segunda sección para ejercer una presión sobre el primer pistón para permitir la conservación de una sobrepresion en la primera sección, en donde el dispositivo adicionalmente comprende : - un segundo pistón (109), un segundo resorte (110) dispuesto entre el primer pistón y el segundo pistón, y un canal de sobrepresion (111) dispuesto en el primer o segundo pistón, cuyo canal de sobrepresion, cuando el segundo resorte está en una condición 52-917-13 comprimida, provee una comunicación fluida entre la primera y segunda secciones.

2. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según la reivindicación 1, en donde comprende por lo menos una conexión de presión con una herramienta coincidente (11, 17, 18, 20) en una columna de herramientas (10) .

3. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según la reivindicación 2, en donde la herramienta coincidente es una unidad de impulsión ( 11 ) .

4. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la segunda sección del dispositivo compensador está en comunicación fluida con el interior de una unidad de motor eléctrico (17) y/o una unidad de bomba hidráulica (18).

5. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el primer resorte, el segundo resorte, el primer pistón y el segundo pistón se disponen coaxialmente con el eje central longitudinal del dispositivo compensador.

6. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las 52-917-13 reivindicaciones 1-4, en donde por lo menos uno del primer resorte, el segundo resorte, el primer pistón y el segundo pistón se han dispuesto de manera no coaxial con el eje central longitudinal del dispositivo compensador que no circunscribe la sección interna hueca.

7. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según la reivindicación 6, en donde el dispositivo compensador está dispuesto de manera no coaxial con un eje central longitudinal de la herramienta.

8. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde el segundo pistón está dispuesto parcialmente dentro del primer pistón.

9. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el primer pistón está dispuesto parcialmente dentro del segundo pistón.

10. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde la primera sección de la cámara se llena con un fluido hidráulico presurizado tal como petróleo con características predeterminadas.

11. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las 52-917-13 reivindicaciones 1-10, en donde adicionalmente comprende sensores eléctricos para monitorear una temperatura dentro del dispositivo y/o presiones en la primera y segunda secciones y/o posiciones del primer y segundo pistones para producir una señal de retroalimentación a un sistema de control.

12. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde adicionalmente comprende por lo menos un conmutador en donde el dispositivo compensador puede controlarse por medio del por lo menos un conmutador conectado al sistema de control para adaptarse a cambios en las condiciones ambientales con base en la señal de retroalimentación.

13. Un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el dispositivo comprende una pluralidad de primeros y/o segundos resortes.

14. Un sistema del fondo de la perforación que comprende: una linea de acero (9), una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las 52-917-13 reivindicaciones 1-13.

15. Un sistema de herramientas del fondo de la perforación que comprende: por lo menos una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1-13. 52-917-13 RESUMEN DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación para usarse en combinación con una herramienta del fondo de la perforación, que comprende un alojamiento con una cámara y una sección interna hueca, un primer pistón que divide la cámara en una primera sección y una segunda sección, la primera sección está en comunicación fluida con un primer puerto de fluido, la segunda sección está en comunicación fluida con un barreno a través de un segundo puerto de fluido, y un primer resorte dispuesto en la segunda sección para ejercer una presión sobre el primer pistón para permitir la conservación de una sobrepresión en la primera sección. Adicionalmente, el dispositivo comprende un segundo pistón, un segundo resorte dispuesto entre el primer pistón y el segundo pistón, y un canal de sobrepresión dispuesto en el primer o segundo pistón, cuyo canal de sobrepresión, cuando el segundo resorte está en una condición comprimida, provee una comunicación fluida entre la primera y segunda secciones. La presente invención se relaciona además con un sistema del fondo de la perforación que comprende una linea de acero, una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo 52-917-13 compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención. La presente invención también se relaciona con un sistema del fondo de la perforación que comprende una linea de acero, una herramienta coincidente tal como una unidad de impulsión y/o una herramienta operacional, y un dispositivo compensador de presión del fondo de la perforación de conformidad con la invención. 52-917-13