MX2015002689A - Ensamble de motor y colector de rotor. - Google Patents

Ensamble de motor y colector de rotor.

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Abstract

Un ensamble de motor y colector de rotor (10) para prevenir la pérdida de partes del motor roto en el fondo del pozo; el ensamble comprende un motor (12) que incluye un rotor (16) soportado adentro de un alojamiento estator (18); un perno de rotor (30) se conecta con el extremo superior del rotor, y está soportado para el movimiento axial dentro de un alojamiento del perno de rotor (24), desde una posición de corrida hasta una posición desplegada; si el alojamiento estator se rompe o retrocede, el perno de rotor anexo se desplaza a la posición desplegada; en la posición desplegada, el perno reduce sustancialmente el flujo al alojamiento estator y simultáneamente abre los puertos de derivación (60) para evacuar el fluido hacia el anillo; de esta forma se evita que el rotor gire rápidamente, el fluido derivado crea un cambio de presión que alerta al operador de una falla en el motor, y el fluido derivado permite la remoción continua de desechos y cortes del pozo.

Description

ENSAMBLE DE MOTOR Y COLECTOR DE ROTOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a motores de fondo de pozo y, más particularmente pero sin limitación, a métodos y dispositivos para prevenir las pérdidas de las partes de un motor roto en el fondo del pozo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista fragmentada en sección longitudinal de un ensamble de sección de energía y colector de rotor de un motor de lodo, que está hecho de acuerdo con una primera modalidad preferida de la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 1. El colector de rotor se muestra en la posición de corrida o no desplegada.
La figura 3 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 1. El colector de rotor se muestra a medio recorrido cuando la cabeza del perno se acopla a los tapones con lumbreras.
La figura 4 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 1. El colector de rotor se muestra en la posición completamente desplegada.
La figura 5 es una vista fragmentada en sección longitudinal de un ensamble de sección de energía y colector de rotor de un motor de lodo, que está hecho de acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención.
La figura 6 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 5. El colector de rotor se muestra en la posición de corrida o no desplegada.
La figura 7 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 5. El colector de rotor se muestra a medio recorrido cuando la cabeza del perno se acopla al pistón.
La figura 8 es una vista en sección longitudinal, agrandada y fragmentada de la porción de colector de rotor del ensamble de motor de lodo que se muestra en la figura 5. El colector de rotor se muestra en la posición completamente desplegada.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los motores de lodo son una de las herramientas de fondo de pozo que se utilizan con más frecuencia. Normalmente el motor de lodo es de un tipo de desplazamiento positivo de tipo Moineau, que está compuesto por un miembro alargado interior que gira, es decir, el rotor. El rotor está soportado adentro de un alojamiento tubular o estator, que está equipado con un forro de caucho. El extremo superior del estator se conecta con la cadena de perforación o tubería en espiral (no se muestra), y el extremo inferior del rotor se une a la herramienta u otro dispositivo que debe de ser impulsado abajo. La rotación del rotor es Impulsada por un fluido bombeado a través de la cadena de perforación.
Ocasionalmente, el estator u otras partes del motor se rompen como resultado del uso excesivo, en especial en pozos horizontales en los que el motor es sometido a más estrés cuando pasa por pliegues en el pozo. Esta ruptura puede ocasionar que algunas partes del motor se queden en el fondo del pozo, y se requiere de una operación de pesca para recuperar las piezas. Esto resulta costoso y consume mucho tiempo.
La presente invención proporciona un ensamble de motor de lodo y colector de rotor que proporciona muchas ventajas. Un perno de rotor que está unido al rotor sujetará el rotor en caso de un rompimiento, y evitará que el rotor y las herramientas conectadas se desprendan y caigan en el pozo. Cuando se despliega el perno de rotor, se reduce sustancialmente el flujo a través del alojamiento del motor, para retardar o detener la rotación del rotor. Al mismo tiempo, el ensamble de colector de rotor drena el flujo directamente al anillo, lo que alertará al operador de la falla en el rotor y permitirá una remoción continua de los cortes y residuos del pozo. Éstas y otras características de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción.
Ahora, con respecto a los dibujos en general y a la figura 1 en particular, se muestra en la misma una primera modalidad preferida del ensamble de motor de lodo y colector de rotor de la presente invención, que está designado generalmente con el número de referencia 10. En general en ensamble 10 comprende un motor 12 y un colector de rotor 14.
El motor 12 puede ser de un tipo convencional de desplazamiento positivo de tipo Moineau, que está compuesto por un miembro alargado interior que gira, es decir, el rotor 16. El rotor 16 está soportado adentro de un alojamiento estator tubular exterior 18, que está equipado con un forro de caucho 20. La rotación del rotor 16 es impulsada por un flujo de fluido a través del alojamiento estator. El extremo de fondo de pozo 22 del rotor 16 es conectable a otra herramienta o dispositivo en una manera conocida.
El colector de rotor 14 comprende un alojamiento tubular para el perno de rotor 24. El extremo de fondo de pozo 26 del alojamiento del perno de rotor 24 se conecta al extremo a boca de pozo 28 del alojamiento estator 18. El colector de rotor 14 también comprende un perno de rotor 30. El extremo de fondo de pozo 32 del perno de rotor 30 se conecta de manera no giratoria al extremo a boca de pozo 34 del rotor 16. El extremo a boca de pozo 38 del alojamiento del perno de rotor 24 se puede conectar con la cadena de tuberías (no se muestra).
El perno de rotor 30 está soportado para el movimiento axial en el alojamiento del perno de rotor 24 desde una posición neutral o de corrida hasta una posición desplegada, como se puede ver mejor en las figuras 2 a 4, a las cuales ahora se hará referencia. La figura 2 ilustra el ensamble 10 en la posición neutral o de corrida. En esta modalidad, el perno de rotor 30 comprende un cuerpo alargado 40 que se extiende entre el extremo a boca de pozo 42 y el extremo de fondo de pozo 32.
En el cuerpo 40 está dispuesta una porción anular de diámetro más amplio 44 que define un espaldón orientado hacia abajo 46. El extremo de fondo de pozo 26 del alojamiento del perno de rotor 24 comprende una salida estrecha 48 a través de la cual se extiende la sección inferior del perno de rotor 30. La salida estrecha 48 define un espaldón orientado hacia arriba 50. El espaldón orientado hacia arriba 50 en el alojamiento de rotor 24 y el espaldón orientado hacia abajo 46 en el perno de rotor 30 están configurados cooperativamente para permitir que un fluido de operación fluya a través de los mismos cuando el perno de rotor está en la posición de corrida, que se muestra en la figura 2.
El diámetro interno de la salida estrecha 48 tiene un tamaño más grande que el diámetro del cuerpo del perno de rotor 40, de manera que el fluido de operación pueda fluir fácilmente alrededor del cuerpo del perno dentro del alojamiento estator 18 para impulsar el rotor 16. En caso de ruptura, el perno de rotor 30 será jalado hacia abajo a la posición desplegada, en la que el espaldón orientado hacia abajo 46 en el perno de rotor 30 se acopla con el espaldón orientado hacia arriba 50 en el alojamiento de rotor 24, como se muestra en la figura 4, lo que evita más movimiento descendente del perno de rotor.
En la práctica más preferida de la invención, el flujo al motor 12 se reduce sustancialmente cuando el perno de rotor 30 de desplaza a la posición desplegada. Con este fin, como se puede ver en la figura 4, la porción con diámetro más amplio 44 en el perno de rotor 30 tiene un tamaño adecuado para obstruir el flujo a través de la salida 48 hacia el alojamiento estator 18, cuando el perno 30 se desplaza a la posición desplegada.
Como se podrá observar, cuando el perno de rotor 30 se desplaza a la posición desplegada (figura 4), el flujo a través del ensamble 10 se detendrá a menos que sea desviado de alguna manera. De acuerdo con esta modalidad preferida de la presente invención, el ensamble 10 hace posible la desviación del fluido de operación desde el alojamiento de rotor 24 hacia el anillo alrededor de la herramienta, pasando por completo el motor 12. Con este fin, se proporciona por lo menos uno y de preferencia una pluralidad de puertos de derivación 60 en la pared lateral del alojamiento del perno de rotor 24. Estos puertos de derivación 60, cuando están abiertos, conectan fluidamente al interior y al exterior del alojamiento del perno de rotor 24.
Se proporciona una válvula para controlar el flujo a través de los puertos de derivación 60, para que el flujo a través de los puertos sólo sea permitido cuando el perno de rotor 30 esté en la posición desplegada. Como se usa en la presente, "válvula" significa cualquier mecanismo para controlar el flujo a través de los puertos de derivación y está limitado a las modalidades preferidas que se muestran y describen en la presente.
En la presente modalidad, la válvula comprende tapones de cizalla con lumbreras 62 en los puertos de derivación 60 y un collarín alargado 64 en o cerca del extremo a boca de pozo 42 del perno de rotor 30. El collarín 64 y los tapones de cizalla 62 están configurados cooperativamente de manera que, cuando el perno de rotor 30 se desplaza hacia abajo a la posición desplegada, el collarín 64 corta los tapones de cizalla abriendo los puertos 60, como se indica en las figuras 3 y 4. Las aberturas 66 proporcionan una trayectoria de flujo en el collarín 64, para que entonces pueda pasar el fluido de operación a través del collarín y hacia afuera por los puertos 60, como se puede ver en la figura 4.
Ahora con referencia a la figura 5, se describirá una segunda modalidad preferida de la presente invención. El ensamble de motor y colector de rotor 100 de esta modalidad comprende generalmente un motor 112 y un colector de rotor 114. El motor 112 puede ser similar al motor 12 en la modalidad de las figuras 1 a 4, y de preferencia comprende un rotor 116 soportado adentro de un alojamiento estator 118 que está equipado con un forro de caucho 120. El extremo de fondo de pozo 122 del rotor 116 es conectable con otra herramienta o dispositivo en una manera conocida.
El colector de rotor 114 comprende un alojamiento tubular para el perno de rotor 124. El extremo de fondo de pozo 126 del alojamiento del perno de rotor 124 se conecta al extremo a boca de pozo 128 del alojamiento estator 118. El colector de rotor 114 también comprende un perno de rotor 130. El extremo de fondo de pozo 132 del perno de rotor 130 se conecta de manera no giratoria con el extremo a boca de pozo 134 del rotor 116. El extremo a boca de pozo 138 del alojamiento del perno de rotor 124 se puede conectar con la cadena de tuberías (no se muestra).
El perno de rotor 130 está soportado para el movimiento axial en el alojamiento del perno de rotor 124 desde una posición neutral o de corrida hasta una posición desplegada, como se puede ver mejor en las figuras 6 a 8, a las cuales ahora se hará referencia. La figura 3 ilustra el ensamble 100 en la posición neutral o de corrida. En esta modalidad, el perno de rotor 130 comprende un cuerpo alargado 140 que se extiende entre el extremo a boca de pozo 142 y el extremo de fondo de pozo 132.
Entre el perno de rotor 130 y el alojamiento del perno de rotor 124 se dispone un manguito 150 a través del cual se puede mover axialmente el perno de rotor. El manguito 150 tiene un diámetro Interno 152 que es más grande que el diámetro externo 156 del cuerpo del perno de rotor 140, de manera que cuando está en la posición de corrida el fluido de operación puede fluir fácilmente a través del manguito hacia abajo al alojamiento estator 118.
En o cerca del extremo a boca de pozo 142 del perno de rotor 130 se encuentra una cabeza anular 158 que define un espaldón anular orientado hacia abajo 160, que está configurado para acoplarse con la cara extrema superior 162 del manguito 150 cuando el perno de rotor se desplaza a la posición desplegada, como se puede ver en la figura 8. El espaldón anular orientado hacia abajo 160 del perno de rotor 130 y la cara extrema 162 del manguito 150 están configurados cooperativamente de manera que, cuando el espaldón se acopla a la cara extrema (en la posición desplegada), se obstruye la trayectoria de flujo a través del manguito. Esto obstruye sustancialmente el flujo de fluido hacia el alojamiento estator 118 y evita que siga la rotación del rotor 116.
Esta modalidad también está provista con un flujo de derivación en el anillo. Al igual que en la modalidad anterior, la pared lateral del alojamiento del perno de rotor 124 tiene uno o más puertos de derivación 180. Sin embargo, en esta modalidad, el manguito 150 sirve como válvula para controlar el flujo a través de los puertos 180. El manguito 150 está montado adentro del alojamiento del perno de rotor 124 para un movimiento axial entre una posición cerrada y una posición abierta. El manguito 150 y los puertos de derivación 180 están configurados cooperativamente, para que el manguito obstruya el flujo a través de los puertos de derivación cuando el manguito está en la posición de corrida o cerrada (figura 6), y que permita el flujo no obstruido a través de los puertos de derivación cuando el manguito está en la posición desplegada o abierta (figura 8).
El manguito 150 se monta en la posición cerrada usando uno o más pasadores de cizalla 182. Una vez que el perno de rotor 130 se desplaza hacia abajo, cerrando el flujo a través del manguito 150, como se puede ver en la figura 7, poco tiempo después el alza en la presión del fluido forzará al manguito y al perno de rotor hacia abajo, rompiendo los pasadores de cizalla 170 y arrastrando al manguito para desplazarlo a la posición abierta, como se ve en la figura 8.
Como se podrá apreciar ahora, la presente invención proporciona un motor de fondo de pozo con un colector de rotor que ofrece muchas ventajas. En la típica operación de pozos en donde se emplea un motor, como la perforación con una barrena, la presión del fluido aumenta mucho a medida que se ejerce una presión descendente en la cadena de perforación. Cuando falla el motor, como en el caso del rompimiento de un estator, por ejemplo, normalmente el operador notará una pérdida de energía, es decir, el avance de la cadena de perforación ya no causará una elevación de la presión. Sin embargo, el flujo continuo de fluido a través de la cadena de perforación puede hacer que el rotor siga girando. Esta rotación sin un estator intacto puede causar daño a otras estructuras en el pozo.
Un motor equipado con el colector de rotor de la presente Invención, alertará al operador de una falla en el motor exhibiendo los síntomas de pérdida de presión, ya que el flujo será derivado hacia el anillo. Pero como el flujo a través del alojamiento estator se reduce sustancialmente, la rotación del rotor se hace más lenta o se detiene por completo, lo que evita que un rotor expuesto y todavía girando "mastique" las estructuras cercanas en el pozo. Así, como se usa en la presente, "sustancialmente reducido", cuando se usa para describir el efecto de las estructuras de derivación de flujo de esta invención, no requiere de un bloqueo completo del flujo, sino una reducción en el flujo que sea suficiente para prevenir que el rotor alcance el torque suficiente para dañar las estructuras cercanas.
Como se utiliza en la presente, las frases tales como hacia adelante, hacia atrás, arriba, abajo, superior, inferior, a boca de pozo y a fondo de pozo están relacionadas con la dirección de avance de la sarta de herramientas en el pozo y no están limitadas a direcciones precisamente verticales y horizontales.
Las modalidades mostradas y descritas anteriormente son ejemplares. Muchos detalles se encuentran a menudo en la téenica y, por lo tanto, muchos de los detalles no se muestran ni se describen. No se reclama que todos los detalles, las partes, los elementos, o los pasos descritos y mostrados fueron inventados en la presente. Aunque se han descrito numerosas características y ventajas de las presentes invenciones en los dibujos y texto adjunto, la descripción solamente es ilustrativa. Se pueden hacer cambios en los detalles, especialmente en temas de forma, tamaño y disposición de las partes dentro de los principios de las invenciones al grado máximo indicado por el significado general de los términos de las reivindicaciones anexas. La descripción y los dibujos de las modalidades específicas en la presente no indican lo que sería una infracción de esta patente, sino que proporcionan un ejemplo de cómo utilizar y realizar la invención. De igual manera, el resumen no pretende definir la invención, que se mide por las reivindicaciones, ni pretende ser limitativo en cuanto al alcance de la invención de ninguna forma. Más bien, los límites de la invención y los confines de protección de patente se miden por y se definen en las siguientes reivindicaciones.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1. Un ensamble de motor y colector de rotor, que comprende: un motor que comprende un rotor que está soportado para su rotación adentro de un alojamiento estator en respuesta a un flujo de fluido a través del alojamiento estator, en donde cada uno del alojamiento estator y el rotor tiene un extremo a boca de pozo; un alojamiento tubular del perno de rotor que tiene un extremo de fondo de pozo que se puede unir al extremo a boca de pozo del alojamiento estator; un perno de rotor que tiene un extremo de fondo de pozo conectado al extremo a boca de pozo del rotor; en donde el perno de rotor está soportado para su movimiento axial en el alojamiento del perno de rotor, desde una posición de corrida a una posición desplegada, en donde el perno de rotor y el alojamiento del perno de rotor están configurados de tal manera que en la posición de corrida el fluido pueda fluir a través del alojamiento del perno de rotor y el alojamiento estator, y para que en la posición desplegada se obstruya sustancialmente el flujo de fluido dentro del alojamiento estator.
2. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el perno de rotor incluye un espaldón anular orientado hacia abajo, en donde el alojamiento del perno de rotor comprende una porción de diámetro estrecho que define un espaldón orientado hacia arriba, en donde el espaldón orientado hacia abajo del perno de rotor y el espaldón orientado hacia arriba de la porción con diámetro estrecho del alojamiento del perno de rotor están configurados cooperativamente para permitir el flujo a través de los mismos en la posición de corrida y para obstruir sustancialmente el flujo a través de los mismos en la posición desplegada.
3. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el alojamiento del perno de rotor comprende por lo menos un puerto de derivación en la pared lateral que conecta fluidamente el interior y el exterior del alojamiento del perno de rotor y en donde el ensamble también comprende una válvula para controlar el flujo a través del puerto de derivación, para que el flujo a través del mismo sólo sea permitido cuando el perno de rotor esté en la posición desplegada.
4. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el puerto de derivación está provisto con un tapón de cizalla con lumbreras, en donde la válvula para el puerto de derivación comprende un collarín con un diámetro más grande en el perno de rotor, el collarín se ubica en el perno de rotor para cizallar el tapón de cizalla y abrir el puerto de derivación cuando el perno de rotor está en la posición desplegada, y en donde el collarín define una trayectoria de flujo configurada para permitir el flujo de fluido desde el interior del alojamiento del perno de rotor a través del puerto de derivación cuando el perno de rotor está en la posición desplegada.
5. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende un manguito en el alojamiento del perno de rotor, el perno de rotor se dispone axialmente adentro del manguito, en donde el manguito tiene un extremo superior y el perno de rotor define un espaldón anular que está configurado para acoplarse con el extremo superior del manguito, en donde el manguito define una trayectoria de flujo configurada para permitir el flujo de fluido a través del manguito cuando el perno está en la posición de corrida, y en donde el espaldón anular en el perno de rotor está configurado para obstruir sustancialmente la trayectoria de flujo a través del manguito cuando el perno de rotor está en la posición desplegada, reduciendo así sustancialmente el flujo de fluido dentro del alojamiento estator.
6. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el alojamiento del perno de rotor comprende por lo menos un puerto de derivación a través de la pared lateral que conecta fluidamente el interior y el exterior del alojamiento del perno de rotor, y en donde el ensamble también comprende una válvula para controlar el flujo a través del puerto de derivación, para que el flujo a través del mismo sólo sea permitido cuando el perno de rotor esté en la posición desplegada.
7. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el manguito se puede mover axialmente en el alojamiento del perno de rotor en respuesta al movimiento del perno de rotor en la posición desplegada, en donde el manguito y el puerto de derivación están configurados cooperativamente para que el manguito bloquee el flujo a través del puerto de derivación cuando el manguito está en la posición de corrida y permite el flujo a través del puerto de derivación cuando el manguito está en la posición desplegada, por lo que el manguito sirve como válvula para el puerto de derivación.
8. El ensamble de motor y colector de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el alojamiento del perno de rotor comprende por lo menos un puerto de derivación a través de la pared lateral que conecta fluidamente el interior y el exterior del alojamiento del perno de rotor, y en donde el ensamble también comprende una válvula para controlar el flujo a través del puerto de derivación, para que el flujo a través del mismo sólo sea permitido cuando el perno de rotor esté en la posición desplegada.
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