MX2014014906A - Barrena de perforacion con almohadilla axial hidraulicamente ajustable para controlar fluctuaciones de torsion. - Google Patents

Abstract

En un aspecto, se describe una barrena de perforación que, en una configuración, incluye una o más fresas en una superficie de la misma configuradas para penetrar en un yacimiento, al menos una almohadilla en la superficie, un dispositivo de accionamiento configurado para suministrar un fluido bajo presión a la almohadilla para extender la almohadilla desde la superficie, y un dispositivo de liberación configurado para drenar el fluido suministrado a la almohadilla para reducir la presión sobre al menos una almohadilla cuando la fuerza aplicada sobre al menos una almohadilla exceda un límite seleccionado.

Description

BARRENA DE PERFORACIÓN CON ALMOHADILLA AXIAL HIDRÁULICAMENTE AJUSTABLE PARA CONTROLAR FLUCTUACIONES DE TORSIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta descripción se refiere generalmente a barrenas de perforación y sistemas que utilizan las mismas para perforar sondeos.

Pozos de petróleo (también denominados como "sondeos" o "pozos de sondeo") se perforan con una sarta de perforación que incluye un miembro tubular que tiene un ensamble de perforación (también denominado como el "ensamble del fondo del pozo" o "BHA"). El BHA típicamente incluye dispositivos y sensores que proporcionan información con respecto a una variedad de parámetros en relación a las operaciones de perforación ("parámetros de perforación"), el comportamiento del BHA ("parámetros del BHA") y parámetros con relación al yacimiento que rodea el sondeo ("parámetros de yacimiento"). Una barrena de perforación se conecta al extremo inferior del BHA. La barrena de perforación se hace girar al hacer girar la sarta de perforación y/o por un motor de perforación (también denominado como un "motor de lodo") en el BHA para desintegrar la formación rocosa para perforar el sondeo. Un gran número de sondeos se perforan a lo largo de trayectorias perfiladas. Por ejemplo, un solo sondeo puede incluir una o más secciones verticales, secciones desviadas y secciones horizontales a través de diferentes tipos de formaciones rocosas. Cuando la perforación avanza desde un yacimiento blando, tal como arena, hasta un yacimiento duro, tal como esquistos, o vice versa, la proporción de penetración (ROP) de la barrena cambia y puede provocar (disminuye o incrementa) fluctuaciones excesivas o vibración (lateral o de torsión) en la barrena de perforación. La ROP típicamente se controla al controlar el peso sobre la barrena (WOB) y la velocidad de rotación (revoluciones por minuto o "RPM") de la barrena de perforación de manera que controla las fluctuaciones de la barrena de perforación. El WOB se controla al controlar la carga de gancho en la superficie y las RPM se controlan al controlar la rotación de la sarta de perforación en la superficie y/o al controlar la velocidad de motor de perforación en el BHA. Controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación y la ROP por tales métodos requiere que el sistema de perforación u operador tome medidas en la superficie. El impacto de tales acciones en la superficie sobre las fluctuaciones de la barrena de perforación no es sustancialmente inmediato. Si se produce en un periodo de tiempo después, dependiendo de la profundidad del sondeo.

Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar una barrena de perforación mejorada y un sistema para utilizar la misma para controlar fluctuaciones de la barrena de perforación y ROP de la barrena de perforación durante la perforación de un sondeo.

En un·aspecto, se describe una barrena de perforación que, en una configuración, incluye una o más fresas en una superficie en la misma configuradas para penetrar en un yacimiento, al menos una almohadilla en la superficie, un dispositivo de accionamiento configurado para suministrar un fluido bajo presión a la almohadilla para extender la almohadilla desde la superficie, y un dispositivo de liberación configurado para drenar fluido suministrado a la almohadilla para reducir la presión en al menos una almohadilla cuando la fuerza aplicada en al menos una almohadilla exceda un limite seleccionado.

En otro aspecto, un método para fabricar una barrena de perforación se describe que puede incluir: proporcionar una fresa y al menos una almohadilla en una superficie de la barrena de perforación, en donde al menos una almohadilla se configura para extenderse desde una posición seleccionada y retraerse desde la posición extendida para controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación durante la perforación de un sondeo y proporciona un dispositivo de liberación configurado para drenar el fluido suministrado a al menos una almohadilla cuando la fuerza en al menos en una almohadilla exceda un limite seleccionado.

En otro aspecto, un método para perforar un sondeo se proporciona que puede incluir: (i) transportar una barrena de perforación conectada a un ensamble del fondo del pozo en el sondeo, la barrena de perforación que incluye una almohadilla en una superficie de la barrena de perforación; una unidad de accionamiento configurada para suministrar un fluido bajo presión a la almohadilla para suministrar una fuerza a la almohadilla para extender la almohadilla desde la superficie; y un dispositivo de liberación configurado para transferir fluido suministrado a la almohadilla para reducir la presión en la almohadilla cuando la fuerza aplicada en la almohadilla exceda un limite seleccionado; (ii) perforar el sondeo con el ensamble del fondo del pozo; y (iii) extender la almohadilla desde la superficie de la barrena de perforación durante perforación del sondeo para controlar fluctuaciones de la barrena de perforación durante la perforación del sondeo.

En aún otro aspecto, un aparato para su uso en perforar un sondeo se describe que, en una configuración, puede incluir: una barrena de perforación conectada a un extremo inferior de un ensamble del fondo del pozo, la barrena de perforación incluye una almohadilla, un dispositivo de accionamiento configurado para suministrar fluido bajo presión a la almohadilla para aplicar una fuerza a la almohadilla para extender la almohadilla desde la superficie, y un dispositivo de liberación configurado para transferir fluido suministrado a la almohadilla para reducir la presión en la almohadilla cuando la fuerza aplicada en la almohadilla exceda un limite seleccionado.

Ejemplos de ciertas características del aparato y método descritos en la presente se resumen más ampliamente para que la descripción detallada de la misma que sigue a continuación pueda entenderse mejor. Desde luego, existen características adicionales del aparato y método descritos en la presente que formarán el objeto de las reivindicaciones anexas a la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La descripción en la presente se entiende mejor con referencia a las figuras anexas, en las cuales números similares se les ha asignado generalmente elementos similares y en los cuales: la FIGURA 1 es un diagrama esquemático de un sistema de perforación ejemplar que incluye una sarta de perforación que tiene una barrena de perforación fabricada de acuerdo con una modalidad de la descripción; la FIGURA 2A es una vista isométrica de una barrena de perforación ejemplar que muestra la colocación de una o más almohadillas ajustables de la barrena de perforación de acuerdo con una modalidad de la descripción; la FIGURA 2B muestra una vista isométrica de la sección inferior de la barrena de perforación de la FIGURA 2A que muestra la colocación de las almohadillas de acuerdo con un método de la descripción; la FIGURA 3A muestra una porción de la barrena de perforación de la FIGURA 2A que incluye un canal de fluido en comunicación con una almohadilla extensible en la sección frontal de la barrena de perforación y un dispositivo de accionamiento para accionar la almohadilla extensible de acuerdo con una modalidad de la descripción; la FIGURA 3B muestra una porción de la barrena de perforación de la FIGURA 2A que incluye un canal de fluido en comunicación con una almohadilla extensible en un lado de la barrena de perforación y un dispositivo de accionamiento para accionar la almohadilla extensible de acuerdo con una modalidad de la descripción; la FIGURA 3C muestra una válvula de comprobación ejemplar con un mecanismo de liberación que puede utilizarse como el dispositivo de control de fluido en los sistemas mostrados en las FIGURAS 3A y 3B; y la FIGURA 4 es un diagrama esquemático que muestra una almohadilla extensible en una posición extendida respecto a los elementos de corte en la sección frontal de la barrena de perforación de la FIGURA 2A.

La FIGURA 1 es un diagrama esquemático de un sistema 100 de perforación ejemplar que puede utilizar barrenas de perforación fabricadas de acuerdo con la descripción en la presente. La FIGURA 1 muestra un sondeo 110 que tiene una sección 111 superior con una tubería de perforación 112 instalada en la misma y una sección 114 inferior que se perfora con una sarta 118 de perforación. La·sarta 118 de perforación se muestra para incluir un miembro 116 tubular con un BHA 130 conectado a su extremo inferior. El miembro 116 tubular puede fabricarse al unir secciones de tubería de perforación o puede ser una tubería enrollada. Una barrena 150 de perforación se muestra conectada al extremo inferior del BHA 130 para desintegrar la formación 119 rocosa para perforar el sondeo 110 de un diámetro seleccionado.

La sarta 118 de perforación se muestra transportada en el sondeo 110 desde un equipo de perforación 180 en la superficie 167. El equipo de perforación 180 ejemplar mostrado es un equipo de perforación terrestre para facilitar la explicación. El aparato y método descritos en la presente también pueden utilizarse con un equipo de perforación marítimo utilizado para perforar sondeos bajo el agua. Una mesa 169 giratoria o una unión motorizada giratoria (no mostrada) acoplada a la sarta 118 de perforación puede utilizarse para hacer girar la sarta 118 de perforación para que gire el BHA 130 y de esta manera la barrena 150 de perforación perfore el sondeo 110. Un motor 155 de perforación (también denominado como el "motor de lodo") puede proporcionarse en el BHA 130 para hacer girar la barrena 150 de perforación. El motor 155 de perforación puede utilizarse solo para hacer girar la barrena 150 de perforación o para superponer la rotación de la barrena de perforación por la sarta 118 de perforación. Una unidad 190 de control (o controlador), que puede ser una unidad basada en computadora, puede colocase en la superficie 167 para recibir y procesar datos transmitidos por los sensores en la barrena 150 de perforación y los sensores en el BHA 130, y para controlar las operaciones seleccionadas de los diversos dispositivos y sensores en el BHA 130. El controlador 190 de superficie, en una modalidad, puede incluir un procesador 192, un dispositivo 194 de almacenamiento de datos (o un medio legible por computadora) para almacenar datos, algoritmos y programas 196 de computadora. El dispositivo 194 de almacenamiento de datos puede ser cualquier dispositivo adecuado, que incluye, pero no se limita a, una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria flash, una cinta magnética, un disco duro y un disco óptico. Durante la perforación, un fluido 179 de perforación de una fuente del mismo se bombea bajo presión en el miembro 116 tubular. El fluido de perforación se descarga en la parte inferior de la barrena 150 de perforación y regresa a la superficie mediante el espacio anular (también denominado como la "zona anular") entre la sarta 118 de perforación y la pared 142 interior del sondeo 110.

Aún con referencia a la FIGURA 1, la barrena 150 de perforación incluye una sección 152 frontal (o sección inferior). La sección 152 frontal, o una porción de la misma, confronta el yacimiento en frente de la barrena de perforación o la parte baja del sondeo durante perforación. -La barrena 150 de perforación, en un aspecto, incluye una o más almohadillas 160 en la sección 152 frontal que puede ser ajustable (también denominada como "seleccionable" o "controlable") que se extiende desde la sección 152 frontal durante perforación. Las almohadillas 160 también se denominan en la presente como las "almohadillas extensibles", "almohadillas ampliadles", o "almohadillas ajustables". Un dispositivo 155 de accionamiento adecuado (o unidad de accionamiento) en el BHA 130 y/o en la barrena 150 de perforación puede utilizarse para activar las almohadillas 160 durante la perforación del sondeo 110. Un sensor 178 adecuado asociado con las almohadillas 160 o asociado con la unidad 155 de accionamiento proporcionan señales que corresponden a la fuerza aplicada en las almohadillas o determina la extensión de la almohadilla. El BHA 130 además puede incluir uno o más sensores del fondo de la perforación (designados colectivamente por el número 175). Los sensores 175 pueden incluir cualquier número y tipo de sensores, incluyendo, pero no limitándose a, sensores generalmente conocidos como los sensores de medición durante la perforación (MWD) o sensores de diagrafía durante la perforación (LWD), y sensores que proporcionan información con relación al comportamiento del BHA 130, tal como la rotación de la barrena de perforación (revoluciones por minuto o "RPM"), cara de herramienta, presión, vibración, turbulencia, flexión, y atasco y deslizamiento. El BHA 130 además puede incluir una unidad 170 de control (o controlador) configurada para controlar la operación de las almohadillas 160 y para al menos procesar parcialmente los datos recibidos de los sensores 175 y 178. El controlador 170 puede incluir, entre otras cosas, circuitos para procesar las señales del sensor 178 (por ejemplo, amplificar y digitalizar las señales), un procesador 172 (tal como un microprocesador) para procesar las señales digitalizadas, un dispositivo 174 de almacenamiento de datos (tal como una memoria de estado sólido), y un programa 176 de computadora. El procesador 172 puede procesar las señales digitalizadas, controlar la operación de las almohadillas 160, procesar los datos de otros sensores del fondo de la perforación, controlar otros dispositivos y sensores del fondo de la perforación, y comunicar información de datos con el controlador 190 mediante una unidad 188 de telemetría de dos vías. En un aspecto, el controlador 170 puede ajustar la extensión de las almohadillas 160 para controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación o ROP para incrementar la efectividad de perforación y para prolongar la vida de la barrena 150 de perforación. Incrementar la extensión de la almohadilla puede disminuir la exposición de la fresa al yacimiento o la profundidad de corte de la fresa. Reducir la exposición de la fresa puede resultar en reducir fluctuaciones de torsión o lateral, ROP, turbulencia, atasco y deslizamiento, momento de flexión, vibración, etc., lo cual a su vez puede resultar en perforar un agujero más blando y tensión reducida en la barrena 150 de perforación y el BHA 130, por lo cual se extienden las vidas útiles del BHA y la barrena de perforación. Para el mismo WOB y las RPM, la ROP generalmente es superior cuando se perfora en un yacimiento blando, tal como arena, que cuando se perfora en un yacimiento duro, tal como esquistos. Cambiar la perforación de transición de un yacimiento blando a un yacimiento duro puede provocar fluctuaciones laterales excesivas debido a la disminución en ROP mientras cambia de un yacimiento duro a un yacimiento blando puede provocar fluctuaciones de torsión excesivas en la barrena de perforación debido a un incremento en la ROP. Controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación, por lo tanto, es deseable cuando se cambia de un yacimiento blando a un yacimiento duro o vice versa. La extensión de la almohadilla puede controlarse basándose en uno o más parámetros, que incluyen, pero no se limitan a, presión, cara de herramienta, ROP, turbulencia, vibración, torsión, momento de flexión, atasco y deslizamiento y tipo de roca. Ajustar de manera automática y selectiva la extensión de la almohadilla permite que el sistema 100 controle las fluctuaciones de torsión y lateral de la barrena de perforación, ROP y otros parámetros físicos de la barrena de perforación del BHA sin alterar el peso sobre la barrena o las RPM barrena de perforación en la superficie. El control de las almohadillas 160 se describe adicionalmente con referencia a las FIGURAS 2A, 2B, 3A y 3B.

La FIGURA 2A muestra una vista isométrica de la barrena 150 de perforación realizada de acuerdo con una modalidad de la descripción. La barrena 150 de perforación mostrada es una barrena de material de diamante policristalino (PDC) que tiene un cuerpo 212 de barrena que incluye una sección 212a que incluye elementos de corte y un fuste 212b que se conecta a un BHA. La sección 212a incluye una sección 218a frontal (también denominada en la presente como la "sección inferior"). Para el propósito de esta descripción, la sección 218a frontal puede comprender una punta, cono, y soporte como se muestra en la FIGURA 3A. La sección 212a se muestra para incluir un número de perfiles 214a, 214b, . . .214n de pala (también denominados como los "perfiles"). Cada perfil de pala incluye fresas en la sección 218^ frontal. Cada perfil de pala termina cerca de un centro 215 de barrena de perforación. El centro 215 se orienta a (o se encuentra enfrente de) la parte inferior del sondeo 110 de la barrena 150 de perforación dudante la perforación del sondeo. Una porción lateral de la barrena 150 de perforación es sustancialmente paralela al eje 222 longitudinal de la barrena 150 de perforación. Se coloca un número de fresas separadas a lo largo de cada perfil de pala. Por ejemplo, el perfil 214n de pala se muestra para contener fresas 216a-216m. Cada fresa tiene una superficie de corte o elemento de corte, tal como elemento 216a' de corte para la fresa 216a, que acopla la formación rocosa cuando la barrena 150 de perforación se hace girar durante la perforación del sondeo. Cada fresa 216a-216m tiene un ángulo de inclinación posterior y un ángulo de inclinación lateral que en combinación define la profundidad del corte de la fresa en la formación rocosa. Cada fresa también tiene una profundidad máxima de corte en el yacimiento.

Aún con referencia a la FIGURA 2A, un número de almohadillas extensibles, tal como almohadilla 240, puede colocarse en la sección 218a frontal de la barrena 150 de perforación. En una configuración, la almohadilla 240 puede colocarse cerca de las fresas de un perfil de pala (214a-214n). Cada almohadilla 240 puede colocarse en una cavidad 242 asociada. La almohadilla 240 puede extenderse de manera controlada desde la sección 218a frontal y retraerse hacia la cavidad 242. La extensión de la almohadilla 240 depende de la fuerza aplicada a la almohadilla 240. La almohadilla 240 se retrae hacia la cavidad 242 cuando se libera o reduce la fuerza de la almohadilla 240. En una configuración, un elemento 350' de dispositivo de accionamiento (FIGURA 3A) puede suministrar un fluido bajo presión a la almohadilla 240 mediante un canal 244 de fluido asociado con la almohadilla 240 para extender la almohadilla 240 desde la sección 218a frontal. Un dispositivo de accionamiento particular se describe en mayor detalle con referencia a la FIGURA 3. Un miembro de desviación adecuado puede acoplarse a la almohadilla 240 para provocar que la almohadilla 240 se retraiga.

La FIGURA 2B muestra una vista isométrica de una sección 252 frontal de una barrena 250 de perforación de PDC ejemplar. La barrena 250 de perforación se muestra para incluir seis perfiles 260a-260f de pala, cada perfil de pala incluye una pluralidad de fresas, tal como las fresas 262a-262m para el perfil 260a de pala. Perfiles 260a, 260c y 260e de pala alternativos se muestran haciendo convergencia hacia el centro 215 de la barrena 250 de perforación mientras los perfiles 260b, 260d y 260f de pala restantes se muestran terminando respectivamente en el lado de los perfiles 260c, 260e y 260a de pala. Los canales 278a-278f de fluido descargan el fluido 179 de perforación (FIGURA 1) a la parte inferior de la barrena de perforación. La configuración especifica de la FIGURA 3 muestra tres almohadillas ajustables en la sección 252 frontal de la barrena 250 de perforación, cada una a lo largo de un perfil de pala asociado; la almohadilla 270a a lo largo del perfil 260a de pala; la almohadilla 270c a lo largo del perfil 260c de pala; y la almohadilla 270e a lo largo del perfil 260e de pala. Las almohadillas 270a, 270c y 270e se muestran colocadas en sus cavidades 272a, 272c y 272e respectivas. Como se describe con referencia a la FIGURA 2A, cada almohadilla 272a, 272c y 272e puede extenderse selectivamente hacia una distancia deseada desde la sección 252 frontal al aplicar una fuerza seleccionada sobre la misma. En una configuración, todas las almohadillas 270a, 270c y 270e pueden colocarse en una forma simétrica alrededor del centro 215 y pueden configurarse para extenderse a la misma distancia de la sección 252 frontal de barrena de perforación para controlar las fluctuaciones o ROP de la barrena de perforación. Aunque se muestran seis perfiles de pala (260a-260f) y tres almohadillas, la barrena 250 de perforación puede incluir cualquier número adecuado de perfiles de pala y almohadillas (270a, 270c, 270f). Además, los conceptos mostrados y descritos en la presente se pueden aplicar igualmente a barrenas de perforación sin PDC.

La FIGURA 3A muestra una vista 300 lateral parcial de un perfil 310 de pala ejemplar de la barrena 250 de perforación (FIGURA 2B). El perfil 310 de pala se muestra para incluir una fresa 316' ejemplar colocada dentro del cuerpo 315 de barrena. La fresa 316' tiene un elemento de corte o superficie 318' de corte. La fresa 316' se extiende hacia una distancia seleccionada de la sección 320' frontal del perfil 310 de pala. El perfil 310 de pala además muestra que incluye una almohadilla 340' extensible cerca de la fresa 316'. La almohadilla 340' puede colocarse en un rebajo de cumplimiento o asiento 342' en el perfil 310 de pala. El sello 348 puede proporcionarse para formar un sello para el fluido hidráulico en el rebajo 342'. En una modalidad, un fluido bajo presión de una fuente del mismo puede suministrarse a la almohadilla 340' mediante una linea de fluido o canal 344' de fluido formado en el perfil 310 de pala o en otra ubicación adecuada en el cuerpo de barrena de perforación. El fluido en la almohadilla 340' puede suministrarse por un dispositivo 350' de accionamiento o potencia ubicado dentro o fuera de la barrena 250 de perforación. El fluido puede ser un fluido limpio almacenado en un depósito 352' o puede ser el fluido 179 de perforación (FIGURA 1) suministrado a la barrena 250 de perforación durante la perforación del sondeo 110 (FIGURA 1). En otro aspecto, el fluido del dispositivo de accionamiento o unidad 350' puede suministrarse a un pistón 346' que se mueve en una cámara 349 para mover la almohadilla 340' ajustable fuera (lejos de la sección 320' de superficie). El dispositivo 350' de accionamiento puede ser cualquier dispositivo adecuado, que incluye, pero no se limita a, un dispositivo eléctrico, tal como un motor, un dispositivo electromecánico o hidráulico, tal como una bomba impulsada por un motor, un dispositivo hidráulico, tal como una bomba impulsada por una turbina impulsada por fluido, y un dispositivo mecánico, tal como un dispositivo tipo anillo que selectivamente permite que un fluido fluya hacia la almohadilla 340'. El fluido suministrado a la almohadilla 340' puede mantenerse bajo presión para mantener la almohadilla en una extensión deseada. En una configuración, la almohadilla 340' puede mantenerse en una posición extendida deseada para mantener el dispositivo 350' de accionamiento en un modo activo. En otro aspecto, un dispositivo 354' de control de fluido, tal como una válvula, puede asociarse con la almohadilla 340' extensible para controlar el suministro del fluido a la almohadilla. En una configuración, un dispositivo 350' de accionamiento común puede utilizarse para suministrar el fluido en cada almohadilla mediante una válvula de control común. En otra configuración, un dispositivo de accionamiento común puede utilizarse con una válvula de control separada para cada almohadilla para controlar el suministro de fluido a cada una de las almohadillas. En aún otra configuración, un dispositivo de accionamiento separado con una válvula de control separada puede utilizarse para cada almohadilla. En otra configuración, una unidad de accionamiento eléctrica puede utilizarse en que mueve un miembro lineal para extender y retraer la almohadilla 340'. Un sensor 345' cerca de la almohadilla 340' puede utilizarse para proporcionar señales representativas de la cantidad de extensión de la almohadilla. El sensor puede ser un sensor de movimiento lineal, un sensor de presión o cualquier otro sensor 345' adecuado. El procesador 172 en el BHA 130 (FIGURA 1) puede configurarse para controlar la operación del dispositivo 350' de accionamiento en respuesta a un parámetro medido del fondo de la perforación, una instrucción almacenada en el dispositivo 174 de almacenamiento, o una instrucción enviada desde el controlador 190 de superficie o un operador en la superficie. El movimiento de la almohadilla 340' extensible con respecto al fluido suministrado al mismo puede calibrarse en la superficie y los datos calibrados pueden almacenarse en el dispositivo 174 de almacenamiento de datos para su uso por el procesador 172. Cuando un motor eléctrico se utiliza para activar un dispositivo lineal para mover la almohadilla 340', la cantidad de rotación puede utilizarse para controlar la extensión de la almohadilla. En otro aspecto, un dispositivo que se deforma (tal como un dispositivo piezoeléctrico) con la aplicación de una señal de excitación puede utilizarse para extender y retraer la almohadilla 340'. La cantidad de señal de excitación determina la deformación del dispositivo de accionamiento y de esta manera la extensión y retracción de la almohadilla. La almohadilla 340' se retrae con la liberación de la señal de excitación. En otro aspecto, una válvula 370 de comprobación puede proporcionarse entre la cámara 349 y el depósito 352' mediante una linea 372' de fluido. La válvula 370 de comprobación puede configurarse para abrir en una alta presión seleccionada para drenar o purgar el fluido suministrado a la almohadilla 340' al depósito cuando la presión aplicada de la almohadilla 340' exceda un limite seleccionado para evitar daño a la almohadilla 340'.

La FIGURA 3B muestra una vista 300 lateral parcial de un perfil 314 de pala ejemplar. El perfil 314 de pala se muestra para incluir una fresa 316 colocada en la sección 320 lateral del cuerpo 315 de pala. La fresa 316 tiene un elemento de corte o superficie 318 de corte. La fresa 316 se extiende a una distancia seleccionada desde el lado 320 del perfil 314 de pala. El perfil 314 de pala también se muestra que incluye una almohadilla 340 extensible cerca de la fresa 316. La almohadilla 340 extensible puede colocarse en un rebajo de cumplimiento o asiento 342 en el cuerpo 315 de perfil de pala. En una modalidad, el fluido bajo presión desde una fuente del mismo puede suministrarse a la almohadilla 340 extensible mediante una linea de fluido o canal 344 de fluido formado en el perfil 315 de pala o en otra ubicación adecuada en el cuerpo de barrena. El fluido para la almohadilla 340 extensible puede suministrarse por un dispositivo 350 de accionamiento o potencia ubicado dentro o fuera de la barrena 150 de perforación. El fluido puede ser un fluido de limpieza almacenado en el depósito 352 o puede ser el fluido 179 de perforación (FIGURA 1) suministrado a la barrena 150 de perforación durante la perforación del sondeo 110 (FIGURA 1). En otro aspecto, el fluido de la unidad 350 de accionamiento puede suministrarse a un pistón 346 que mueve la almohadilla 340 extensible o ajustable hacia afuera (lejos del perfil 315 de pala). El dispositivo 350 de accionamiento puede ser cualquier dispositivo adecuado, que incluye, pero no se limita a, un dispositivo eléctrico, tal como un motor, un dispositivo electromecánico, tal como una bomba impulsada por un motor, un dispositivo hidráulico, tal como una bomba impulsada por una turbina operada por el fluido que fluye en el BHA, y un dispositivo mecánico, tal como un dispositivo tipo anillo que permite de manera selectiva que un fluido fluya a la almohadilla 340.

El fluido suministrado a la almohadilla 340 extensible se mantiene bajo presión mientras la almohadilla 340 extensible se encuentra en el lado inferior del sondeo 110. En una configuración, la almohadilla 340 extensible puede colocarse en una posición extendida deseada al mantener el dispositivo 350 de accionamiento en un modo activo. En otro aspecto, un dispositivo 354 de control de fluido, tal como una válvula, puede asociarse con cada almohadilla ajustable para controlar el suministro del fluido hacia su almohadilla asociada. En tal configuración, un dispositivo 350 de accionamiento común puede utilizarse para suministrar el fluido a todas las válvulas de control. En otra configuración, un dispositivo de accionamiento separado puede utilizarse para controlar el suministro de fluido a cada una de las almohadillas 340. El procesador 172 en el BHA (FIGURA 1) puede configurarse para controlar la operación del dispositivo 350 de accionamiento en respuesta a un parámetro medido del fondo de la perforación o una instrucción almacenada en el dispositivo 174 de almacenamiento o una instrucción enviada desde el controlador 190 de superficie. El movimiento de la almohadilla 340 ajustable con respecto al fluido suministrado a la misma puede calibrarse en la superficie y los datos calibrados pueden almacenarse en el dispositivo 174 de almacenamiento de datos para su uso por el procesador 172. En un aspecto parte de algunos componentes que se utilizan para activar la almohadilla 340 en el lado de la almohadilla y las almohadillas 340' en la sección frontal pueden ser comunes. Por ejemplo, un dispositivo de accionamiento común con diferentes válvulas de control puede utilizarse para activar la almohadilla 340 lateral y las almohadillas 340' inferiores. De esta manera, en una modalidad, una almohadilla ajustable, tal como almohadilla 340, en el lado de un perfil de pala y una o más almohadillas, tal como las almohadillas 340' en la sección frontal de una barrena de perforación pueden utilizarse. La almohadilla 340 lateral puede utilizarse para alterar la dirección de la barrena 150 de perforación, mientras las almohadillas 340' en la sección 320 frontal pueden utilizarse para controlar la ROP del fondo de la perforación. En otro aspecto, una válvula 370a de comprobación puede proporcionarse entre la cámara 349a y el depósito 352 mediante una linea 372a de fluido. La válvula 370a de comprobación puede configurarse para abrirse a una alta presión seleccionada para drenar el fluido suministrado a la almohadilla 340 al depósito cuando la presión aplicada a la almohadilla 340 exceda un limite seleccionado para evitar daño a la almohadilla 340. En cualquiera de las configuraciones mostradas en las FIGURAS 3A y 3B, el dispositivo 354 o 354' de control de flujo puede ser una válvula de comprobación con una liberación hidráulica, tal como una válvula 354a mostrada en la FIGURA 3C. Cuando el fluido bajo presión se suministra a la válvula 354a a lo largo de la trayectoria 356 de entrada, la válvula se abre y permite que el fluido salga de la trayectoria 357 de salida. Cuando la presión en la trayectoria 356 de entrada se libera, el fluido de la trayectoria 357 entra a la válvula 354a y sale mediante la trayectoria de liberación o derivación 358. Tal válvula permite de manera controlable que la almohadilla 340 se extienda y retraiga de la superficie de la barrena de perforación. Como se indica previamente, el controlador en la barrena de perforación, el ensamble del fondo del pozo y/o en la superficie puede programarse para controlar la extensión y retracción de la almohadilla basándose en uno o más criterios seleccionados o parámetros.

La FIGURA 4 muestra una almohadilla 440 extensible en una posición extendida. La extensión de la almohadilla 440 puede ajustarse por la cantidad de la fuerza aplicada a la almohadilla 440. La almohadilla 440 extensible se muestra extendida por una distancia "d" y puede extenderse hacia una posición extendida máxima o total como se muestra por la linea 444 punteada. La almohadilla 440 permanece en su posición extendida seleccionada o deseada hasta que se reduce o se elimina la fuerza aplicada a la almohadilla 440 por el dispositivo de accionamiento. Por ejemplo, en la configuración mostrada en la FIGURA 3A, el cerrar la válvula 354' o mantener el dispositivo 350' de accionamiento en una forma que evite que el fluido suministrado a la almohadilla 440 regrese al dispositivo 352' de almacenamiento de fluido provocará que la almohadilla 440' permanezca en la posición extendida seleccionada. Cuando la válvula 354' se abre o el dispositivo 350' de accionamiento se desactiva, poca o ninguna fuerza se aplica a la almohadilla 340' extensible. La falta de fuerza permite que la almohadilla 340' se retraiga o se retire de la posición extendida. Un miembro 460' de desviación también puede proporcionarse para cada almohadilla 440 para provocar que la almohadilla 440 se retraiga cuando la fuerza en la almohadilla 440 se reduzca o elimine.

Con referencia a las FIGURAS 1-4, en operación, la extensión de la almohadilla puede controlarse basándose en el impacto deseado en la proporción de penetración de la barrena de perforación en el yacimiento terrestre y/o una propiedad de la barrena 150 de perforación o el BHA 130. La extensión de la almohadilla puede controlarse basándose en cualquiera de uno o más parámetros deseados, incluyendo, pero no limitándose a, vibración, fluctuaciones laterales o de torsión de la barrena de perforación, ROP, presión, cara de herramienta, tipo de roca, vibración, turbulencia, momento de flexión, atasco y deslizamiento, torsión y dirección de perforación. En general, sin embargo, cuanto mayor sea la extensión de la almohadilla, mayor será la reducción en la ROP de la barrena de perforación en el yacimiento. Una barrena de perforación fabricada de acuerdo con cualquiera de las modalidades descritas en la presente puede emplearse para reducir la profundidad de corte por las fresas en la sección frontal de la barrena de perforación, lo cual a su vez afecta las fluctuaciones de la barrena de perforación y ROP. La reducción en las fluctuaciones de la barrena de perforación (de torsión o lateral) puede afectar uno o más de los parámetros físicos de la barrena de perforación y/o BHA. La relación entre la fuerza aplicada y la extensión de la almohadilla puede obtenerse en una prueba de laboratorio. La relación calculada o de otra manera determinada (tal como a través de modelado) entre la fuerza aplicada, la extensión de la almohadilla, el cambio correspondiente en las fluctuaciones de la barrena de perforación, ROP, y el impacto en cualquier otro parámetro puede almacenarse en el dispositivo 274 de almacenamiento de datos del fondo de la perforación y/o el dispositivo 194 de almacenamiento de datos de la superficie. Tal información puede almacenarse en cualquier forma adecuada, incluyendo, pero no limitándose a, uno o más algoritmos, curvas, matrices, y tablas. La extensión de la almohadilla puede controlarse por el controlador 270 del fondo de la perforación y/o por el controlador 190 de superficie. El sistema 100 proporcionado en la presente puede controlar de manera automática y dinámica las extensiones de almohadilla y de esta manera las fluctuaciones de la barrena de perforación, ROP y otros parámetros durante la perforación del sondeo 110 sin cambiar otros ciertos parámetros, tales como el WOB y RPM. La extensión de la almohadilla 340 (FIGURA 3B) en el lado de la barrena de perforación puede controlarse de la misma manera que la almohadilla 340' (FIGURA 3A) en la sección frontal, basándose en cualesquier parámetros deseados, para alterar la dirección de la perforación. La almohadilla lateral, tal como almohadilla 340, y las almohadillas en la sección frontal, tal como las almohadillas 340' pueden activarse de manera concurrente para alterar la dirección de la perforación y la ROP sustancial y simultáneamente.

De esta manera, en un aspecto, se describe 'una barrena de perforación que en una configuración puede incluir una sección frontal o de cara inferior que incluye una o más fresas en la misma configuradas para penetrar en un yacimiento terrestre y un número de almohadillas que se pueden extender selectivamente para controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación o ROP de la barrena de perforación en el yacimiento terrestre durante la perforación de un sondeo. En un aspecto, cada almohadilla puede configurarse para extenderse desde la sección frontal con la aplicación de una fuerza en la misma. La almohadilla se retrae hacia la sección frontal cuando la fuerza se reduce o elimina. Cada almohadilla puede colocarse en una cavidad asociada en la barrena de perforación. Un miembro de desviación puede proporcionarse para cada almohadilla que provoca que la almohadilla se retraiga cuando la fuerza aplicada a la almohadilla se reduce o elimina. El miembro de desviación puede acoplarse o conectarse directamente a la almohadilla. Cualquier miembro de desviación adecuado puede utilizarse, incluyendo, pero no limitándose a, un muelle. La fuerza en cada almohadilla puede proporcionarse por cualquier dispositivo de accionamiento adecuado, que incluye, pero no se limita a, un dispositivo que suministra un fluido bajo presión a la almohadilla o a un pistón que mueve la almohadilla, y un dispositivo de cambio de forma o material que cambia su forma o se deforma en respuesta a señales de excitación. El dispositivo de cambio de forma regresa a su forma original con la remoción de la excitación. La cantidad del cambio en la forma depende de la cantidad de la señal de excitación. El dispositivo que suministra el fluido bajo presión puede ser una bomba operada por un motor eléctrico o una turbina operada por el fluido de perforación. El fluido puede ser un fluido de limpieza (tal como un aceite) almacenado en una cámara de almacenamiento en el BHA o puede ser el fluido de perforación. Un canal de fluido de la bomba para cada almohadilla puede suministrar el fluido. En otra configuración, el fluido puede suministrarse a un pistón conectado a la almohadilla. El movimiento de pistón resultante extiende la almohadilla. Una válvula de control puede proporcionarse para controlar el fluido en los canales de fluido o a los pistones. En un aspecto, todas las almohadillas pueden extenderse hacia la misma extensión o distancia de la sección inferior. Un dispositivo de accionamiento común y una válvula de control pueden utilizarse.

En otro aspecto, un método para fabricar una barrena de perforación se describe cuyo método incluye: proporcionar una pluralidad de perfiles de pala que terminan en una sección inferior de la barrena de perforación, cada perfil de pala tiene al menos una fresa en el mismo; y colocar una pluralidad de almohadillas extensibles en la sección inferior de la barrena de perforación, en donde cada almohadilla extensible se configura para extenderse hacia una distancia seleccionada de la sección inferior con la aplicación de una fuerza y se retrae hacia la sección inferior con la eliminación de la fuerza en la almohadilla extensible. El método además puede incluir colocar cada almohadilla extensible en una cavidad asociada en la sección inferior de la barrena de perforación. El método además puede incluir acoplar un miembro de desviación a cada almohadilla extensible. El miembro de desviación se configura para retraer su almohadilla asociada con la remoción de la fuerza aplicada a la almohadilla. Uno o más canales de fluido pueden suministrar un fluido bajo presión a las almohadillas para provocar que las almohadillas se extiendan hacia posiciones seleccionadas respectivas. El método además puede incluir proporcionar un dispositivo de accionamiento que suministra la fuerza a cada almohadilla en la pluralidad de almohadillas. Los dispositivos de accionamiento pueden incluir al menos uno de: un dispositivo que suministra fluido bajo presión a cada almohadilla; y un dispositivo de cambio de forma o material que se deforma en respuesta a una señal de excitación.

En otro aspecto, un BHA para su uso en perforar un sondeo se describe que, en una configuración, puede incluir una barrena de perforación conectada a un extremo inferior del BHA, la barrena de perforación incluye una sección inferior que incluye una o más fresas en la misma configuradas para penetrar en un yacimiento. La barrena de perforación también puede incluir una pluralidad de almohadillas extensibles en la sección inferior; y una unidad de accionamiento que se configura para aplicar fuerza a cada almohadilla para extender cada almohadilla hacia una extensión seleccionada. La extensión resulta en alterar las fluctuaciones de la barrena de perforación y ROP de la barrena de perforación en el yacimiento terrestre durante la perforación del sondeo. La unidad de accionamiento puede ser una de una unidad de potencia que suministra fluido bajo presión a cada almohadilla y un material de cambio de forma que suministra una fuerza seleccionada sobre cada almohadilla con una aplicáción de una señal de activación al dispositivo de cambio de forma o material. El BHA además puede incluir un sensor que proporciona señales con respecto a la extensión de cada almohadilla o la fuerza aplicada por el dispositivo de accionamiento en cada una de las almohadillas. En otro aspecto,· el BHA además puede incluir un controlador configurado para procesar señales del sensor para controlar las extensiones de las almohadillas. El controlador puede controlar las extensiones de almohadilla basándose en uno o más parámetros, cuyos parámetros pueden incluir, pero no se limitan a, fluctuaciones de la barrena de perforación (lateral y/o de torsión), peso sobre la barrena, presión, ROP (deseada o actual), turbulencia, vibración, momento de flexión, y atasco y deslizamiento. Un controlador de superficie puede utilizarse para proporcionar información e instrucciones al controlador en el BHA.

En aún otro aspecto, un método para formar un sondeo puede incluir: transportar una barrena de perforación conectada a un ensamble del fondo del pozo en el sondeo, la barrena de perforación tiene al menos una fresa y al menos una almohadilla en una sección frontal de la barrena de perforación; perforar el sondeo al hacer girar la barrena de perforación; aplicar una fuerza en al menos una almohadilla para mover al menos una almohadilla desde una posición retraída hasta una posición extendida seleccionada y reducir la fuerza seleccionada aplicada en al menos una almohadilla para provocar que al menos· una almohadilla se retraiga desde la posición extendida seleccionada para controlar las fluctuaciones de la barrena de perforación durante la perforación del sondeo.

La descripción anterior se dirige a ciertas modalidades especificas para facilitar la explicación. Varios cambios y modificaciones a tales modalidades, sin embargo, serán aparentes para aquellos de experiencia en la téenica. Se pretende que todos los cambios y modificaciones dentro del alcance y espíritu de las reivindicaciones anexas se abarquen por la descripción en la presente.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Una barrena de perforación, caracterizada porque comprende: una superficie que incluye una o más fresas en la misma configuradas para penetrar en un yacimiento; al menos una almohadilla en la superficie; una unidad de accionamiento configurada para suministrar un fluido bajo presión al menos a una almohadilla para extender al menos una almohadilla desde la superficie; y un dispositivo de liberación configurado para transferir fluido suministrado a al menos una almohadilla para reducir la presión en al menos una almohadilla cuando la fuerza aplicada en al menos una almohadilla exceda un limite seleccionado.

2. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una almohadilla comprende una pluralidad de almohadillas extensibles y en donde la unidad de accionamiento extiende cada almohadilla extensible sustancialmente a la misma extensión.

3. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una almohadilla se coloca en una cavidad en la barrena de perforación.

4. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque comprende un miembro de desviación acoplado a al menos úna almohadilla extensible que provoca que al menos una almohadilla se retraiga cuando la fuerza aplicada a la almohadilla se reduce.

5. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende un canal de fluido configurado para suministrar el fluido bajo presión para provocar que al menos una almohadilla se extienda hacia la posición seleccionada.

6. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la unidad de accionamiento incluye al menos uno de: una unidad de potencia que suministra fluido bajo presión a al menos una almohadilla; y un controlador que controla el suministro del fluido.

7. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende una válvula de comprobación con una liberación hidráulica entre el dispositivo de accionamiento y al menos una almohadilla para controlar el suministro del fluido a al menos una almohadilla.

8. La barrena de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el canal de fluido se ubica en uno de: fuera de un canal de fluido principal en la barrena de perforación; y al menos parcialmente dentro del canal de fluido principal en la barrena de perforación.

9. Un método para perforar un sondeo, caracterizado porque comprende: transportar una barrena de perforación conectada a un ensamble del fondo del pozo en el sondeo, la barrena de perforación incluye al menos una almohadilla en una superficie de la barrena de perforación; un dispositivo de accionamiento configurado para suministrar un fluido bajo presión a al menos una almohadilla para aplicar una fuerza a al menos una almohadilla para extender al menos una almohadilla desde la superficie; y un dispositivo de liberación configurado para transferir fluido suministrado a al menos una almohadilla para reducir la presión en la almohadilla cuando la fuerza aplicada en al menos una almohadilla exceda un limite seleccionado; y perforar el sondeo con el ensamble del fondo del pozo; y extender al menos una almohadilla desde la superficie de la barrena de perforación durante la perforación del sondeo para controlar la fluctuación de la barrena de perforación durante la perforación del sondeo.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque al menos una almohadilla comprende una pluralidad de almohadillas y en donde el método además comprende extender cada almohadilla sustancialmente a la misma extensión.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende acoplar un miembro de desviación a al menos una almohadilla para provocar que al menos una almohadilla se retraiga cuando la fuerza aplicada se reduzca.

12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque aplicar la fuerza comprende utilizar un dispositivo de accionamiento que incluye al menos uno de: una unidad de potencia que suministra fluido bajo presión a al menos una almohadilla; y un controlador que controla el suministro del fluido a al menos una almohadilla.

13. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende controlar la fuerza aplicada en respuesta a un parámetro seleccionado con respecto a la perforación del sondeo.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el parámetro seleccionado se selecciona del grupo que consiste de: (i) vibración; (ii) atasco y deslizamiento; (iii) peso sobre la barrena; (iv) proporción de penetración de la barrena de perforación; (v) momento de flexión; (vi) aceleración axial; (vii) aceleración radial; y (viii) fluctuaciones de la barrena de perforación.

15. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende extender al menos una almohadilla cuando la perforación cambia de un yacimiento blando a un yacimiento duro o de un yacimiento duro a un yacimiento blando.

16. Un aparato para su uso en perforar un sondeo, caracterizado porque comprende: una barrena de perforación conectada a un extremo inferior de un ensamble del fondo del pozo, la barrena de perforación tiene una superficie que incluye una o más fresas y al menos una almohadilla; y una unidad de accionamiento configurada para suministrar un fluido bajo presión a al menos una almohadilla para aplicar una fuerza a al menos una almohadilla para extender al menos una almohadilla desde la superficie; y un dispositivo de liberación configurado para transferir el fluido suministrado a al menos una almohadilla para reducir la presión en al menos una almohadilla cuando la fuerza aplicada en al menos una almohadilla exceda un limite seleccionado.

17. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende un controlador configurado para controlar el dispositivo de accionamiento para controlar la extensión seleccionada de la almohadilla para controlar las fluctuaciones en la barrena de perforación durante perforación de un sondeo.

18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el controlador además se configura para controlar el dispositivo de accionamiento en respuesta a un parámetro que se selecciona de un grupo que consiste de: (i) vibración; (ii) atasco y deslizamiento; (iii) peso sobre la barrena; (iv) proporción de penetración de la barrena de perforación; (v) momento de flexión; (vi) aceleración axial; (vii) aceleración radial; y (viii) fluctuaciones de la barrena de perforación.

19. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo de accionamiento incluye una unidad de potencia que suministra el fluido bajo presión para provocar que al menos una almohadilla se extienda.

20. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende un sensor que proporciona señales con respecto a la fuerza aplicada por el dispositivo de accionamiento en al menos una almohadilla.

21. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque al menos una almohadilla comprende una pluralidad de almohadillas y en donde el dispositivo de accionamiento aplica sustancialmente la misma fuerza a cada una de las almohadillas en la pluralidad de almohadillas.