MX2014007049A - Aparatos y métodos para estabilizar herramientas dentro del pozo. - Google Patents

Abstract

Una estructura de corte secundaria para usarse en un ensamble de perforación incluye un cuerpo tubular y un bloque, que puede extenderse desde el cuerpo tubular, el bloque incluyendo un primer arreglo de elementos de corte dispuesto en una primera cuchilla, una primera sección de estabilización dispuesta próxima al primer arreglo de elementos de corte, un segundo arreglo de elementos de corte dispuesto en la primera cuchilla y una segunda sección de estabilización dispuesta próxima al segundo arreglo de elementos de corte. Un método de perforación incluye disponer un ensamble de perforación en un orificio de pozo, el ensamble de perforación incluyendo una estructura de corte secundaria que tiene un cuerpo tubular y un bloque, que puede extenderse desde el cuerpo, el bloque incluyendo por lo menos tres cuchillas, accionando la estructura de corte secundaria, en donde el accionamiento incluye extender el bloque del cuerpo tubular y la formación de perforación sin el bloque extendido.

Description

APARATOS Y MÉTODOS PARA ESTABILIZAR HERRAMIENTAS DENTRO DEL POZO ANTECEDENTES Campo de la invención Las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a aparatos y métodos para perforar una formación. Más específicamente, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a aparatos y métodos para perforar una formación con ensamblajes de herramientas de perforación que tienen características de estabilización mejoradas. Más específicamente aún, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a aparatos y métodos para perforar una formación con una estructura de corte secundaria expandible que tiene características de estabilización mejoradas.

Técnica anteceden-be La Figura 1A muestra un ejemplo de un sistema de perforación convencional para perforar una formación de la tierra. El sistema de perforación incluye un equipo de perforación 10 utilizado para encender un ensamblaje de herramienta de perforación 12 que se extiende hacia abajo en un pozo 14. El ensamblaje de herramienta de perforación 12 incluye una sarta de perforación 16 y un ensamblaje de fondo de pozo (BHA, por sus siglas en inglés) 18, que se acopla al extremo distal de la sarta de perforación 16. El "extremo distal" de la sarta de perforación es el extremo más alejado del equipo de perforación .

La sarta de perforación 16 incluye varias uniones de tubo de perforación 16a conectadas extremo a extremo a través de uniones de herramienta 16b. La sarta de perforación 16 se utiliza para transmitir fluido de perforación (a través de su núcleo hueco) y para transmitir la fuerza rotativa del equipo de perforación 10 al BHA 18. En algunos casos la sarta de perforación 16 incluye además componentes adicionales tales como uniones sustitutas, juntas cortas, etc.

El BHA 18 incluye al menos una barrena de perforación 20. Los BHA típicos también pueden incluir componentes adicionales acoplados entre la sarta de perforación 16 y la barrena de perforación 20. Los ejemplos de componentes de BHA adicionales incluyen collares de perforación, estabilizadores, herramientas de medición durante la perforación ( D, por sus siglas en inglés) , herramientas de registro durante la perforación (L D, por sus siglas en inglés) , uniones sustitutas, dispositivos para agrandar el pozo (por ejemplo, brocas abridoras y escariadores), percusores, aceleradores, propulsores, motores dentro del pozo y sistemas rotatorios orientables. En determinados diseños de BHA, el BHA puede incluir una barrena de perforación 20 o al menos una estructura de corte secundaria o ambas.

En general, los ensamblajes de herramienta de perforación 12 pueden incluir otros componentes y accesorios de perforación, tales como válvulas especiales, válvulas de tapón, impiderreventones y válvulas de seguridad. Los componentes adicionales incluidos en un ensamblaje de herramienta de perforación 12 pueden considerarse parte de la sarta de perforación 16 o parte del BHA 18 dependiendo de su ubicación en el ensamblaje de herramienta de perforación 12.

La barrena de perforación 20 en el BHA 18 puede ser de cualquier tipo de barrena de perforación adecuada para perforar una formación en la tierra. Dos tipos comunes de barrenas de perforación utilizadas para perforar formaciones en la tierra son barrenas de cortador fijo (o cabezal fijo) y barrenas de cono.

En la perforación de pozos de petróleo y gas, se instalan y cementan sartas de revestimiento concéntricas en el agujero de pozo a medida que la perforación avanza para aumentar las profundidades. Cada nueva sarta de revestimiento se apoya en la sarta de revestimiento instalada previamente, limitando asi el área anular disponible para la operación de cementación. Además, a medida que se suspenden las sartas de revestimiento de diámetro sucesivamente menor, el área de flujo para la producción de petróleo y gas se reduce. Por lo tanto, para aumentar el espacio anular para la operación de cementación y para aumentar el área de flujo de producción, frecuentemente es deseable agrandar el agujero del pozo debajo del extremo terminal del agujero de pozo revestido previamente. Al agrandar el agujero del pozo, se proporciona un área anular mayor para la instalación y cementación posterior de una sarta de revestimiento mayor de lo que sería posible de otra forma. Por lo tanto, al agrandar el agujero del pozo debajo del agujero de pozo revestido previamente, el fondo de la formación puede alcanzarse con un revestimiento de diámetro comparativamente mayor, proporcionando así más área de flujo para la producción de petróleo y gas.

Se han ideado diversos métodos para pasar un ensamblaje de perforación a través de un agujero de pozo revestido existente y agrandar el agujero de pozo debajo del revestimiento. Uno de estos métodos es el uso de un escariador, que básicamente tiene dos estados operativos—un estado cerrado y un estado contraído, donde el diámetro de la herramienta es suficientemente pequeño para permitir que la herramienta pase a través del agujero de pozo revestido existente, y un estado abierto o parcialmente expandido, donde uno o más brazos con hojas cortantes en los extremos de los mismos se extienden desde el cuerpo de la herramienta.

En esta última posición, el escariador agranda el diámetro del agujero del pozo a medida que la herramienta se rota y desciende por el agujero del pozo. un escariador "de tipo perforador" se usa típicamente junto con una barrena de perforación piloto convencional posicionada debajo o después del escariador. La barrena piloto puede perforar el agujero del pozo al mismo tiempo que el escariador agranda el agujero del pozo formado por la barrena. Los escariadores de este tipo generalmente tienen brazos articulados con hojas cortadoras en cono acopladas a los mismos. La mayoría de los escariadores de la técnica anterior utilizan brazos cortadores abatibles que se proporcionan en un extremo opuesto al extremo de corte de los brazos cortadores, y los brazos cortadores se accionan mediante fuerzas mecánicas o hidráulicas que actúan sobre los brazos para extenderlos o plegarlos. Se encuentran ejemplos típicos de estos tipos de escariadores en las Patentes estadounidenses Nos. 3 . 224 . 507 ; 3 . 425 . 500 ; y 4 . 055 . 226 . En algunos diseños, estos brazos oscilantes tienden a romperse durante la operación de perforación y deben retirarse o "pescarse" en el agujero del pozo antes de proseguir con la operación de perforación. La herramienta escariadora tradicional típicamente tiene ranuras cortadoras rotatorias formadas en el cuerpo para almacenar los brazos plegados y los cortadores de cono cuando la herramienta está en su estado cerrado. Las ranuras forman grandes cavidades en el cuerpo del escariador, que requiere la remoción del metal estructural que forma el cuerpo, comprometiendo asi la resistencia y la capacidad hidráulica del escariador. Por lo tanto, estos escariadores de la técnica anterior pueden no ser capaces de escariar formaciones en roca dura, o pueden tener tazas de penetración inaceptablemente lentas, y no están optimizados para las altas tasas de flujo de fluido necesarias. Las ranuras también tienden a llenarse con escombros de la operación de perforación, que impiden que los brazos se contraigan. Si los brazos no se contraen completamente, la sarta de perforación puede detenerse fácilmente en el agujero de pozo cuando se hace el intento de retirar la sarta del agujero del pozo.

Recientemente, se comenzaron a utilizar más escariadores expandibles que tienen brazos con hojas con elementos cortantes. Los escariadores expandibles permiten al operador de la perforación operar el escariador hasta una profundidad deseada dentro de un agujero de pozo, accionar el escariador de una posición contraída a una posición expandida, y agrandar un agujero de pozo hasta un diámetro deseado. Los elementos cortantes de los escariadores expandibles pueden permitir escariar, estabilizar o retroescariar, dependiendo de la posición y sentido de los elementos cortantes en las hojas. Dicha acción de escariar, de esta forma, puede agrandar el agujero del pozo en 15-40%, o más, dependiendo de la aplicación y el diseño especifico del escariador.

Típicamente, el diseño del escariador expandible incluye colocar dos hojas en grupos, denominados bloques, alrededor de un cuerpo tubular de la herramienta. Una primera hoja, denominada hoja guía absorbe la mayor parte de la carga, la carga guía, a medida que la herramienta hace contacto con la formación. Una segunda hoja, denominada hoja de arrastre, y posicionada rotativamente detrás de la hoja guía en el cuerpo tubular absorbe a continuación la carga de arrastre, que es menor que la carga guía. Por consiguiente, los elementos cortantes de la hoja guía tradicionalmente soportan la mayor parte de la carga, mientras que los elementos cortantes de la hoja de arrastre solo absorben una mayor parte de la carga después de la falla de los elementos de corte de la hoja guía. Dichos principios de diseño, que resultan en condiciones de carga desequilibradas en hojas adyacentes, a menudo resultan en la falla prematura de los elementos cortantes, hojas y posteriormente, el escariador.

Por lo tanto, existe una necesidad de aparatos y métodos para perforar una formación que tienen un control de vibración mejorado.

COMPENDIO DE LA DIVULGACIÓN En un aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a una estructura de corte secundaria para uso en un ensamblaje de perforación, incluyendo la estructura de corte secundaria un cuerpo tubular, y un bloque, que se extiende desde el cuerpo tubular, incluyendo el bloque una primera disposición de elementos de corte dispuestos en una primera hoja, una primera sección de estabilización dispuesta próxima a la primera disposición de los elementos de corte, una segunda disposición de elementos de corte dispuestos en la primera hoja, y una segunda sección de estabilización próxima a la segunda disposición de elementos de corte.

En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a una estructura de corte secundaria para uso en una ensamblaje de perforación, incluyendo la estructura de corte secundaria un cuerpo tubular y un bloque, que se extiende desde el cuerpo tubular, incluyendo el bloque una pluralidad de elementos de corte dispuestos en una primera hoja, y al menos un limitador de profundidad de corte dispuesto intermedio con respecto al vértice de al menos dos elementos de corte adyacentes.

En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a una estructura de corte secundaria para uso en un ensamblaje de perforación, incluyendo la estructura de corte secundaria un cuerpo tubular, y un bloque, que se extiende desde el cuerpo tubular, incluyendo el bloque al menos tres hojas.

En otra realización adicional, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a un método de perforación, incluyendo el método disponer un ensamblaje de perforación en un pozo, incluyendo el ensamblaje de perforación una estructura de corte secundaria que tiene un cuerpo tubular y un bloque que se extiende desde el cuerpo, incluyendo el bloque al menos tres hojas, accionar la estructura de corte secundaria, donde el accionamiento incluye extender el bloque desde el cuerpo tubular y perforar la formación con el bloque extendido .

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

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es un representación esquemática de una operación de perforación.

Las Figuras IB y 1C son vistas seccionadas parciales de una estructura de corte secundaria expandible.

La Figura 2 es una vista en perspectiva lateral de un bloque de un escariador.

La Figura 3 es una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

La Figura 4 es una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

La Figura 5 es una vista posterior de un bloque de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación .

La Figura 6 es una vista posterior de un bloque de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

La Figura 7 es una vista posterior de un bloque de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación .

La Figura 8 es una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

La Figura 9 es una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

La Figura 10A es una vista superior de un bloque de escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación .

La Figura 10B es una vista posterior de un bloque de escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación .

La Figura 10C es una representación en perspectiva cercana del escariador de las Figuras 10A y 10B de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En un aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren en general a aparatos y métodos para perforar una formación. En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a aparatos y métodos para perforar una formación con ensamblajes de herramientas de perforación que tienen características de estabilización mejoradas. En otro aspecto adicional, las realizaciones divulgadas en la presente se refieren a aparatos y métodos para perforar una formación con una estructura de corte secundaria expandible que tiene características de estabilización mejoradas.

Las estructuras de corte secundarias, de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente, pueden incluir dispositivos de escariación de un ensamblaje de herramienta de perforación capaz de perforar una formación de tierra. Dichas estructuras de corte secundarias pueden disponerse en una herramienta de pozo de sarta de perforación y accionarse para escariar o retroescariar un pozo. Los ejemplos de estructuras de corte secundarias incluyen herramientas de escariación expandibles que se disponen en el pozo en una posición contraída y luego se expanden tras el accionamiento.

En referencia a las Figuras IB y 1C, una herramienta expandible, que puede utilizarse en realizaciones de la presente divulgación, generalmente designada 500, se muestra en una posición contraída en la Figura IB y en una posición expandida en la Figura 1C. La herramienta expandible 500 comprende un cuerpo de herramienta tubular generalmente cilindrico 510 con un paso de flujo 508 que se extiende a través del mismo. El cuerpo de herramienta 510 incluye porciones de conexión superior 514 e inferior 512 para conectar la herramienta 500 en un ensamblaje de perforación. Aproximadamente en el centro axial del cuerpo de herramienta 510, se forma una o más ranuras 516 en el cuerpo 510 y se separan acimutalmente alrededor de la circunferencia del cuerpo 510. La una o más ranuras 516 alojan el movimiento axial de varios componentes de la herramienta 500 que se mueven hacia arriba y hacia abajo dentro de las ranuras 516, incluido uno o más brazos de herramienta no osciladles móviles 520. Cada ranura 516 almacena un brazo móvil 520 en la posición contraída.

La Figura 1C representa la herramienta 500 con los brazos móviles 520 en la posición expandida máxima, que se extiende radialmente hacia afuera desde el cuerpo 510. Una vez que la herramienta 500 está en el pozo, solamente se expande en una posición. Por lo tanto, la herramienta 500 tiene dos posiciones operativas—a saber, una posición contraída tal como se muestra en la Figura IB y una posición expandida tal como se muestra en la Figura 1C. Sin embargo, el retén de resorte 550, gue es un manguito roscado, puede ajustarse en la superficie para limitar la expansión del diámetro total de los brazos 520. El retén de resorte 550 comprime el resorte polarizador 540 cuando la herramienta 500 se contrae, y la posición del retén de resorte 550 determina la medida de la expansión de los brazos 520. El retén de resorte 550 se ajusta mediante una llave en la hendidura para llave 554 que rota el retén de resorte 550 axialmente hacia abajo o hacia arriba con respecto al cuerpo 510 en las roscas 551.

En la posición expandida que se muestra en la Figura 1C, los brazos 520 escariarán el pozo o estabilizarán el ensamblaje de perforación, dependiendo de la configuración de las almohadillas 522, 524 y 526. En la Figura 1C, las estructuras de corte 700 en las almohadillas 526 están configuradas para escariar el pozo. Los limitadores de profundidad de corte (es decir, elementos de control de profundidad) 800 en las almohadillas 522 y 524 proporcionarán protección del calibre a medida que la escariación avanza. La fuerza hidráulica provoca que los brazos 520 se expandan hacia afuera hasta la posición que se muestra en la Figura 1C debido a presión diferencial del fluido de perforación entre el paso de flujo 508 y el ánulo 22.

El fluido de perforación fluye a lo largo del trayecto 605, a través de los puertos 595 en el retén inferior 590, a lo largo del trayecto 610 hacia la cámara de pistón 535. La presión diferencial entre el fluido en el paso de flujo 508 y el fluido en el ánulo del pozo 22 que rodea a la herramienta 500 provoca que el pistón 530 se mueva axialmente hacia arriba desde la posición que se muestra en la Figura IB hacia la posición que se muestra en la Figura 1C. Una pequeña cantidad del flujo puede moverse a través de la cámara de pistón 535 y a través de boquillas 575 hacia el ánulo 22 a medida que la herramienta 500 comienza a expandirse. A medida que el pistón 530 se mueve axialmente hacia arriba en las ranuras 516, el pistón 530 se engancha con el anillo de accionamiento 570, provocando asi que el anillo de accionamiento 570 se mueve axialmente hacia arriba contra los brazos móviles 520. Los brazos 520 se moverán axialmente hacia arriba en las ranuras 516 y también radialmente hacia afuera a medida que los brazos 520 se desplazan en los conductos 518 dispuestos en el cuerpo 510. En la posición expandida, el flujo continúa a lo largo de los trayectos 605, 610 y hacia el ánulo 22 a través de las boquillas 575. Debido a que las boquillas 575 son parte del anillo de accionamiento 570, las mismas se mueven axialmente con los brazos 520. Por consiguiente, estas boquillas 575 se posicionan óptimamente para proporcionar limpieza y enfriamiento de forma continua a las estructuras de corte 700 dispuestas en la superficie 526 a medida que el fluido sale hacia el ánulo 22 a lo largo del trayecto de flujo 620.

La herramienta de escariador 500 puede diseñarse para permanecer dispuesta concéntricamente dentro del pozo. En particular, la herramienta 500 en una realización preferiblemente incluye tres brazos extensibles 520 separados circunferencialmente en la misma ubicación axial en la herramienta 510. En una realización, la separación circunferencial sería aproximadamente de 120 grados. Este diseño de tres años proporciona una herramienta de escariación de calibre completo 500 que permanece centralizada en el pozo. Aunque se ilustra un diseño de tres brazos, los expertos en la técnica apreciarán que en otras realizaciones, la herramienta 510 puede incluir diferentes configuraciones de brazos separados circunferencialmente, por ejemplo, diseños de menos de tres brazos, cuatro brazos, cinco brazos o más de cinco brazos. Por consiguiente, en realizaciones específicas, la separación circunferencial de los brazos pueden variar de la separación de 120 grados ilustrada en la presente. Por ejemplo, en realizaciones alternativas, la separación circunferencial puede ser puede ser de 90 grados, 60 grados o puede separarse en incrementos desiguales. Por consiguiente, los diseños de estructura de corte secundaria divulgados en a presente pueden utilizarse con cualquier herramienta de corte secundaria conocida en la técnica .

En referencia a la Figura 2, se muestra una vista en perspectiva de un bloque de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, se muestra un bloque de corte 200 que tiene dos hojas 220A y 220B, con una pluralidad de piezas 250 dispuestas en las hojas 220A y 220B. Tal como se explicó anteriormente, el bloque 200 que tiene hojas 220 que tienen piezas 250 puede expandirse cuando se dispone en el pozo, permitiendo asi que las piezas 250 hagan contacto con la formación durante, por ejemplo, operaciones de escariación.

En referencia a la Figura 3, se muestra una vista en perspectiva de un escariador 300 de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, el escariador 300 incluye una pluralidad de bloques 310, teniendo cada bloque 310 una pluralidad de hojas 320. Tal como se ilustra, el bloque 310 incluye una primera hoja 320A y una segunda hoja 320B. Cada hoja 320 incluye una pluralidad de elementos de corte 325. En esta realización, la primera hoja 320A incluye una primera disposición de elementos" ~ de corte 330A y una segunda disposición de elementos de corte 330B. La primera hoja 320A incluye una primera sección de estabilización 335A dispuesta próxima y axialmente por encima de la primera disposición de elementos de corte 330A. La primera hoja 320A incluye además una segunda sección de estabilización 335B dispuesta próxima y axialmente por encima de la segunda disposición de elementos de corte 330B.

La segunda hoja 320B del bloque 310 también tiene una tercer disposición de elementos de corte 340A y una cuarta disposición de elementos de corte 340B. La tercera disposición de elementos de corte 340A se dispone en una ubicación axialmente distal en la hoja 320B y una tercera sección de estabilización 345A se dispone próxima y axialmente por encima de la tercera disposición de elementos de corte 340A. La segunda hoja 320B incluye además una cuarta disposición de elementos de corte 3 0B dispuesta por encima de la tercera sección de estabilización 345A. Axialmente por encima de la cuarta disposición de elementos de corte 340B, se dispone una cuarta sección de estabilización 345B.

Las secciones de estabilización pueden formarse a partir de varios tipos de materiales, tales como carburo de tungsteno, diamante y combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, las secciones de estabilización pueden formarse con materiales impregnados con diamante. En otras realizaciones adicionales, las secciones de estabilización pueden incluir una pluralidad de piezas, tales como piezas de carburo de tungsteno, piezas de diamante, piezas de calibre, piezas de compensación de desgaste, limitadores de profundidad de corte y similares.

En referencia a la Figura 4, se muestra una vista en perspectiva de un escariador 400 de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, el escariador 400 incluye una pluralidad de bloques 410, teniendo cada bloque 410 una pluralidad de hojas 420. Tal como se ilustra, el bloque 410 incluye una primera hoja 420A y una segunda hoja 420B. Cada hoja 420 incluye una pluralidad de elementos de corte 425. En esta realización, la primera hoja 420A incluye una primera disposición de elementos de corte 430A y una segunda disposición de elementos de corte 430B. La primera hoja 420A incluye una primera sección de estabilización 435A dispuesta próxima y axialmente por encima de la segunda disposición de elementos de corte 430B.

La segunda hoja 420B del bloque 410 también tiene una tercer disposición de elementos de corte 440A y una cuarta disposición de elementos de corte 440B. La tercera disposición de elementos de corte 440A se dispone en una ubicación axialmente distal en la hoja 420B. La cuarta disposición de elementos de corte 440B se dispone en una segunda hoja 420B axialmente por encima de la tercera disposición de elementos de corte 440A. Una segunda sección de estabilización 445A se dispone próxima y axialmente por encima de la cuarta disposición de elementos de corte 440B. En esta realización, el bloque 410 además incluye una tercera sección de estabilización 450 dispuesta axialmente encima de la primera disposición de los elementos de corte 430A y la tercera disposición de elementos de corte 440A y axialmente debajo de la segunda disposición de elementos de corte 430B y la cuarta disposición de elementos de corte 440B. La tercera sección de estabilización 450 puede extenderse parcialmente o completamente entre la primera y segunda hojas 420A y 420B. En realizaciones adicionales, el orden de las disposiciones de elementos de corte y secciones de estabilización puede ajustarse para optimizar la perforación. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, una o más secciones de estabilización adicionales pueden disponerse en la primera hoja 420A y/o segunda hoja 420B antes que la primera y segunda disposiciones de elementos de corte 430A y 440B, o alternativamente, una segunda estabilización pueden disponerse para extenderse parcialmente o completamente entre la primera y segunda hojas 420A y 420B, de forma similar a la tercera sección de estabilización 450, anterior. En otras realizaciones adicionales, en lugar de tener una primera y segunda secciones de estabilización 435A y 445A, el escariador 400 puede tener una sección de estabilización, similar a la tercera sección de estabilización 450 dispuesta por encima de la segunda y cuarta disposición de elementos de corte 430B y 440B, y que se extiende parcialmente o completamente entre la primera y segunda hojas 420A y 420B. Los expertos en la técnica apreciarán que al variar la ubicación relativa de las disposiciones de los elementos de corte y secciones de estabilización, la dinámica puede perforación puede optimizarse. De acuerdo con las realizaciones descritas anteriormente, las secciones de estabilización adicionales, en comparación con los escariadores convencionales proporcionan una estabilización adicional que puede ayudar a lograr un control mejor del escariador durante la perforación. Las secciones de estabilización adicionales pueden ayudar además a re centralizar el escariador/retroescariador con la trayectoria del agujero piloto, disminuyendo asi las vibraciones potencialmente dañinas y mejorando la perforación. Además, al dividir los elementos de corte en disposiciones de elementos de corte adicionales y retirar la piedra por etapas, se puede producir una limpieza y remoción de cortes mejoradas. Gracias a la mejora en la limpieza y la remoción de cortes, la hidráulica alrededor de los elementos de corte puede mejorar, mejorando asi la vida de los elementos de corte y, por consiguiente, mejorando la eficacia del escariador.

En referencia a la Figura 5, se muestra una vista lateral de un bloque 1500 de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En el diseño de escariador expansible convencional, un bloque consiste en una o dos hojas. Sin embargo, dichos diseños simétricos generan armónicos y aumentan las vibraciones que pueden dañar el escariador o el ensamblaje de herramienta de perforación. El bloque 1500 ilustra un diseño asimétrico, donde el bloque 1500 incluye tres hojas 1505A, 1505B y 1505C. Una pluralidad de elementos de corte 1510 se dispone en cada hoja 1505A, 1505B y 1505C. Los conductos de flujo 1515A y 1515B se forman entre las hojas 1505A, 1505B y 1505C, permitiendo asi que los fluidos fluyan a través de los cortes removidos desplazados durante la escariación.

En referencia a la Figura 6, se muestra una vista lateral de un bloque 1600 de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. El bloque 1600 ilustra un diseño asimétrico, donde el bloque 1600 incluye tres hojas 1605A, 1605B y 1605C. Una pluralidad de elementos de corte 1610 se dispone en cada hoja 1605A, 1605B y 1605C. Los conductos de flujo 1615A y 1615B se forman entre las hojas 1605A, 1605B y 1605C, permitiendo asi que los fluidos fluyan a través de los cortes removidos desplazados durante la escariación.

En referencia a las Figuras 5 y 6 juntas, la Figura 5 muestra específicamente un bloque 1500 con una configuración de hoja asimétrica instalada directamente. En dicha configuración, la hoja guia 1505A se extiende hacia afuera desde el bloque 1500. En otra realización ilustrada en la Figura 6, el bloque 1600 tiene una configuración de hoja asimétrica instalada inversamente, donde la hoja de arrastre 1605C se extiende hacia afuera desde el bloque 1600. En ambas realizaciones, las hojas 1505 y 1605 son asimétricas con respecto al centro del bloque, lo cual interrumpe los armónicos y reduce las vibraciones del escariador.

Los expertos en la técnica apreciarán que la medida en que las hojas 1505 y 1605 se desvian con respecto al centro de la barrena dependerá de los requisitos específicos de la operación de escariación. Adicionalmente, en ciertas realizaciones, se pueden utilizar más de tres hojas 1505 y 1605, por ejemplo, en realizaciones alternativa, se pueden utilizar cuatro, cinco o más hojas 1505 y 1605. Los expertos en la técnica apreciarán que la cantidad de hojas 1505 y 1605 por bloque 1500 y 1600 puede variar dependiendo del diámetro del escariador en el cual se instalan los bloques. Por consiguiente, los escariadores con diámetros menores pueden tener bloques 1500 y 1600 con menos hojas 1505 y 1605 que los escariadores con diámetros relativamente mayores.

En referencia a la Figura 7, se muestra una vista lateral de un bloque 1700 de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, el bloque 1700 ilustra una configuración de hoja simétrica, donde el bloque 1700 tiene cuatro hojas 1705A-D. Los conductos de flujo 1715A-1715C se forman entre las hojas 1705A-D, y una pluralidad de elementos de corte se dispone en cada una de las hojas 1705A-D. La configuración de hoja simétrica de la Figura 7 ilustra una estructura de corte expandida, a medida que la estructura de corte se extiende más allá de una hendidura abierta en el cuerpo del escariador. La estructura de corte expandida aumenta el volumen de diamantes sin comprometer la eficacia de limpieza de la estructura de corte. Por consiguiente, un mayor volumen de diamantes puede permitir una mejor remoción de rocas, un desgaste de hoja de corte reducido y una hidráulica mejorada.

Los escariadores expansibles convencionales incluyen una hendidura abierta configurada para recibir el bloque cuando el escariador está en una condición comprimida. Durante el uso, el bloque se expande radialmente fuera de la hendidura enganchándose con la formación, tal como se describió anteriormente. Las realizaciones de la presente divulgación proporcionan un escariador que tiene una hendidura abierta, a fin de que en una condición comprimida, el bloque se repliegue en la hendidura abierta junto con las hojas del centro 1705B y 1705C, mientras que las hojas externas 1705A y 1705D se repliegan en el cuerpo tubular, permitiendo asi que el escariador se opere en un pozo. Tras el accionamiento del escariador, el bloque se expande radialmente, expandiendo así las cuatro hojas 1705A-D para que hagan contacto con la formación. Tal como se explicó anteriormente, el volumen de diamantes aumentado puede permitir una remoción más eficaz de la piedra, mientras que la cantidad aumentada de conductos 1715A-C permite una limpieza eficaz de la estructura de corte. Los expertos en la técnica apreciarán que el tamaño, es decir, la longitud, de la estructura de corte expandida puede optimizarse para tener la mayor cantidad de elementos de corte, y por consiguiente, diamantes, posible, mientras se fabrica una estructura de corte expandida lo más corta posible, a efectos de proporcionar un escariador más estable. En referencia a la Figura 8, se muestra una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, se ilustra un escariador 1800 que tiene una hoja 1805. La hoja 1805 tiene una primera disposición de elementos de corte 1810 y una segunda disposición de elementos de corte 1815. La hoja 1805 también tiene una sección de estabilización 1820. La hoja 1805 también tiene una segunda sección de estabilización 1825, que es una sección de acondicionamiento piloto. La segunda sección de estabilización 1825 proporciona una superficie de calibre que desvia momentos de flexión ejercidos por la estructura de corte del escariador durante la escariación. Además, la segunda sección de estabilización 1825 ayuda a reducir la carga de corte excesiva y las vibraciones resultantes que pueden dañar la estructura de corte o resultar de otra forma en una escariación menos eficaz.

En referencia a la Figura 9, se muestra una vista lateral de un escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, se ilustra un escariador 1900 que tiene una hoja 1905. La hoja 1905 tiene una primera disposición de elementos de corte 1910, una segunda disposición de elementos de corte 1915 que se extiende radialmente más que la primera disposición de elementos de corte 1910 y una tercera disposición de elementos de corte 1920. Cada disposición de elementos de corte 1910, 1915 y 1920 tiene una pluralidad de elementos de corte 1925 dispuesta en la misma. La hoja 1905 tiene una primera sección de estabilización 1930 dispuesta debajo de la tercera disposición de elementos de corte 1920 y encima de la segunda disposición de elementos de corte 1915. La hoja 1905 también tiene una segunda sección de estabilización 1935 dispuesta entre la segunda disposición de elementos de corte 1915 y la primera disposición de elementos de corte 1910, y una tercera sección de estabilización 1940 dispuesta debajo de la primera disposición de elementos de corte 1910.

El escariador 1900 ilustra un escariador que tiene hojas de escariación de múltiples etapas 1905. El escariador 1900 incluye tres áreas de estabilización 1930, 1935 y 1940. Por consiguiente, durante la perforación, la tercera sección de estabilización 1940 hace contacto con la pared del pozo a medida que la primera disposición de elementos de corte 1910 se engancha con la formación. A medida que aumenta el diámetro del pozo como resultado de la primera disposición de elementos de corte 1910 que perfora la formación, la segunda sección de estabilización 1935 hace contacto con la porción agrandada del pozo, estabilizando asi el escariador 1900, a fin de que cuando la segunda disposición de elementos de corte 1915 se enganche con la formación, se reduzcan la carga del cortador y las vibraciones. La segunda disposición de elementos de corte 1915 a continuación puede perforar la formación, expandiendo el pozo hasta un diámetro final.

Cuando el diámetro del pozo se aumenta hasta un diámetro final, la primera sección de estabilización 1930 puede hacer contacto con la pared del pozo, estabilizando asi adicionalmente el escariador 1900, aumentando además la eficacia de la operación de escariación.

Los expertos en la técnica apreciarán que en ciertas realizaciones, el escariador 1900 puede tener más de dos etapas. Por ejemplo, un escariador 1900 puede tener una tercera etapa, donde la tercera disposición de elementos de corte 1920 se extiende radialmente más que la segunda disposición de elementos de corte 1915. Dicha realización puede permitir que el diámetro del pozo se aumente hasta un diámetro mayor en tres etapas. La escariación en etapas permite que el escariador 1900 se estabilice en el nivel de estructura de corte, reduciendo asi la magnitud de las fuerzas de desequilibrio, vibraciones dañinas y carga de corte excesiva.

En referencia a las Figuras 10A y 10B, se muestra una vista superior y una vista lateral, respectivamente, de un bloque de escariador de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. En esta realización, se muestra un bloque 1000 que tiene dos hojas 1005A y 1005B. Cada hoja 1005A y 1005B tiene una pluralidad de elementos de corte 1010 dispuesta en la misma. Cada hoja 1005A y 1005B tiene también una pluralidad de limitadores de profundidad de corte 1015 dispuesta en la misma. Tal como se ilustra, los limitadores de profundidad de corte 1015 se disponen detrás de los elementos de corte 1010 en cada hoja 1005A y 1005B. Aunque los limitadores de profundidad de corte pueden engancharse con la formación en algún punto durante la perforación, no cortan activamente la formación, en cambio, los limitadores de profundidad de corte pueden evitar el daño a las hojas 1005 y/o elementos de corte 1010 por un contacto involuntario de la hoja 1005 con la pared lateral. Los limitadores de profundidad de corte 1015 pueden formarse con diversos materiales incluidos, por ejemplo, carburo de tungsteno, diamante y combinaciones de los mismos. Además, los limitadores de profundidad de corte 1015 pueden incluir piezas con capacidad de corte, tales como cortadores o piezas impregnadas de diamante de respaldo con menos exposición que los elementos de corte primarios 1015, o piezas con diamante potenciadas o piezas de carburo de tungsteno u otras piezas que no tienen una capacidad de corte designada. Aunque los limitadores de profundidad de corte 1015 no se enganchan fundamentalmente con la formación durante la perforación, después del desgaste de los elementos de corte 1010, los limitadores de profundidad de corte 1015 pueden engancharse con la formación para proteger a los elementos de corte 1010 de las cargas aumentadas como resultado de los elementos de corte desgastados 1010.

Después que los limitadores de profundidad de corte 1015 se enganchan con la formación, debido al desgaste de los elementos de corte 1010, la carga que normalmente se colocaría sobre los elementos de corte 1010 se redistribuye, y la fuerza por cortador puede reducirse. Debido a que la fuerza por cortador puede reducirse, los elementos de corte 1010 pueden resistir a la fractura prematura, aumentando así la vida de los elementos de corte 1010. Además, la redistribución de los fuerzas de corte puede equilibrar la distribución de peso global en la estructura de corte, aumentando así la vida de la herramienta. Adicionalmente, los limitadores de profundidad de corte 1015 pueden proporcionar soporte dinámico mientras se agrande el pozo, a fin de que la carga por cortador pueda reducirse durante períodos de alta vibración, protegiendo así a los elementos de corte 1010. Durante los períodos de flexión y desplazamiento del centro aumentados de la sarta de perforación, los limitadores de profundidad de corte 1015 pueden hacer contacto con el pozo, disminuyendo así las vibraciones laterales, reduciendo la fuerza de corte individual y equilibrando la variación torsional, a fin de aumentar la durabilidad de la estructura de corte secundaria y/o los elementos de corte individuales 1010.

Tal como se muestra específicamente en la Figura 10A, los limitadores de profundidad de corte 1015 se posicionan entre los elementos de corte adyacentes. Más específicamente, el limitador de profundidad de corte 1015A se dispone entre el vértice de los elementos de corte adyacentes 1010A y 1010B. Dicho con otras palabras, el limitador de profundidad de corte 1015A se desvía circunferencialmente con respecto a los elementos de corte adyacentes 1010A y 1010B. Al disponer el limitador de profundidad de corte 1015A entre los elementos de corte 1010A y 1010B, los limitadores de profundidad de corte se configuran para montarse sobre una cresta de la formación generada entre los elementos de corte 1010A y 1010B. Brevemente, en referencia a la Figura 10C, se muestra una representación en perspectiva cercana del escariador de las Figuras 10A y 10B de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación. La Figura 10C ilustra los elementos de corte 1010A, 1010B y el limitador de profundidad de corte 1015A. A medida que los elementos de corte 1010A y 1010B hacen contacto con la formación 1030, se forma una cresta no perforada 1035 entre ellos. En caso que se transfiera de forma repentina un peso sobre la barrena excesivo hacia el escariado, el limitador de profundidad de corte 1015A hace contacto con la cresta 1035, reduciendo así la magnitud de la torsión pico generada y limita el daño a los elementos de corte 1010A y 1010B. Además, debido a que el limitador de profundidad de corte se monta en la cresta 1035, se puede evitar la vibración excesiva del escariador, lo cual puede evitar el daño a otros componentes del escariador.

En referencia nuevamente a las Figuras 10A y 10B, en realizaciones alternativas, se puede disponer un limitador de profundidad de corte 1015 en una hoja en alineación con un elemento de corte de una hoja diferente. Por ejemplo, el limitador de profundidad de corte 1015B de la hoja 1005A se alinea con elementos de corte 1010B de la hoja 1005B. En otra realización, el limitador de profundidad de corte 1015A de la segunda hoja 1005B puede alinearse con elementos de corte 1010C de la primera hoja 1005A.

En otras realizaciones, al menos un limitador de profundidad de corte puede disponerse a fin de superponerse con al menos un elemento de corte. Por ejemplo, el limitador de profundidad de corte 1015A puede disponerse para superponerse con el elemento de corte 1010A y/o el elemento de corte 1010C. En ciertas realizaciones, la superposición puede limitarse a un determinado diámetro del elemento de corte. Por ejemplo, la superposición puede ser menor que cincuenta por ciento del diámetro de al menos un elemento de corte. En otras realizaciones, la superposición puede ser de cuarenta por ciento, treinta por ciento, veinticinco por ciento, veinte por ciento o menos.

De forma ventajosa, las realizaciones de la presente divulgación pueden proporcionar un bloque de escariador, una hoja y un diseño de estructura de corte mej orador para mejorar la operación del escariador. Los expertos en la técnica apreciarán que los métodos identificados anteriormente para reducir las vibraciones, reducir la magnitud de la torsión pico generada durante una transferencia de peso sobre la barrena excesiva, los momentos de flexión de desviación y la reducción de la carga de corte excesiva pueden utilizarse solos o combinados.

Aunque la presente divulgación se ha descrito con respecto a una cantidad limitada de realizaciones, los expertos en la técnica, que tienen el beneficio de esta divulgación, apreciarán que se pueden concebir otras realizaciones que no se apartan del alcance de la divulgación tal como se describe en la presente. Por consiguiente, el alcance de la divulgación estará limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Lo que se reivindica:

1. Una estructura de corte secundaria para uso en un ensamblaje de perforación, comprendiendo la estructura de corte secundaria: un cuerpo tubular; y un bloque que se extiende desde el cuerpo tubular, comprendiendo el bloque: una primera disposición de elementos de corte dispuesta en una primera hoja; una primera sección de estabilización dispuesta próxima a la primera disposición de elementos de corte; una segunda disposición de elementos de corte dispuesta en la primera hoja; y una segunda sección de estabilización dispuesta próxima a la segunda disposición de elementos de corte.

2. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 1, donde el bloque comprende además: una tercera disposición de elementos de corte dispuesta en una segunda hoja; una tercera sección de estabilización dispuesta próxima a la tercera disposición de elementos de corte; una cuarta disposición de elementos de corte dispuesta en la segunda hoja; y una cuarta sección de estabilización dispuesta próxima a la cuarta disposición de elementos de corte.

3. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 1, donde el bloque además comprende una segunda hoja y donde la primera sección de estabilización se extiende entre la primera hoja y la segunda hoja.

4. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 3, donde la segunda sección de estabilización se extiende entre la primera hoja y la segunda hoja.

5. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 1, donde el bloque comprende además: una tercera disposición de elementos de corte dispuesta en una tercera hoja.

6. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 5, donde la tercera hoja se desvia asimétricamente con respecto a un eje central del bloque.

7. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 6, donde la tercera hoja se desvia axialmente en un posición adelantada .

8. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 5, donde la tercera hoja se desvia axialmente en un posición inversa .

9. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 5, donde el bloque comprende además: una cuarta disposición de elementos de corte dispuesta en una cuarta hoja.

10. Una estructura de corte secundaria para uso en un ensamblaje de perforación, comprendiendo la estructura de corte secundaria: un cuerpo tubular; y un bloque que se extiende desde el cuerpo tubular, comprendiendo el bloque: una pluralidad de elementos de corte dispuesta en una primera hoja; y al menos un limitador de profundidad de corte dispuesto en el medio del vértice de al menos dos elementos de corte adyacentes .

11. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 10, donde el bloque comprende además: una segunda pluralidad de elementos de corte dispuesta en una segunda hoja; y al menos un limitador de profundidad de corte dispuesto en el medio del vértice de al menos dos elementos de corte adyacentes de la segunda pluralidad de elementos de corte.

12. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 11, donde al menos un limitador de profundidad de corte de la primera hoja está alineado con al menos un elemento de corte de la segunda hoja.

13. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 10, donde el al menos un limitador de profundidad de corte se superpone con al menos un elemento de corte.

14. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 13, donde la superposición comprende menos de 50 por ciento del diámetro del al menos un elemento de corte.

15. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 10, donde el al menos un limitador de profundidad de corte se desvía circunferencialmente de dos elementos de corte adyacentes.

16. Una estructura de corte secundaria para uso en un ensamblaje de perforación, comprendiendo la estructura de corte secundaria: un cuerpo tubular; y un bloque que se extiende desde el cuerpo tubular, comprendiendo el bloque al menos tres hojas.

17. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 16, donde la al menos una hoja es asimétrica con respecto a un centro del bloque.

18. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 16, donde el bloque comprende cuatro hojas.

19. La estructura de corte secundaria de la reivindicación 16, donde el cuerpo tubular comprende una hendidura abierta, donde el bloque se extiende radialmente sobre la hendidura abierta cuando la estructura de corte secundaria está en una configuración comprimida.

20. Un método de perforación, comprendiendo el método: disponer un ensamblaje de perforación en un pozo, comprendiendo el ensamblaje de perforación una estructura de corte secundaria que tiene un cuerpo tubular y un bloque que se extiende desde el cuerpo, comprendiendo el bloque al menos tres hojas; accionar la estructura de corte secundaria, donde el accionamiento comprende extender el bloque desde el cuerpo tubular; y perforar la formación con el bloque extendido.