MXPA03001424A

MXPA03001424A - Aparato y metodo combinado de perforacion.

Info

Publication number: MXPA03001424A
Application number: MXPA03001424A
Authority: MX
Inventors: Charles C Overstreet
Original assignee: Cudd Pressure Control Inc
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2005-04-19
Also published as: WO2002014648A1; CA2419650A1; USRE41141E1; DZ3410A1; CA2419650C; US6158516A

Abstract

Metodo y aparato para perforacion, terminacion, reparaciones de pozo y control de pozo, combinando una unidad elevadora y una unidad de tuberia de rollo integradas, el metodo y aparato permiten operar tuberia junteada y tuberia de rollo en combinacion, y sostener junturas multiples de tuberia cerca de la unidad; la invencion combina un sistema hidraulico de elevacion de tuberia, sistemas de manejo de tuberia y aparato de contencion de escalonamiento de tuberia, 42; un gato de reparacion hidraulico, 11, esta combinado con una cabeza de inyector de funciones multiples y un tubo de circulacion para circulacion de fluido; la invencion tambien puede incluir una tabla giratoria, 15, para hacer girar la tuberia y/o articulacion giratoria, 16, para permitir la circulacion de fluido durante la rotacion de la tuberia; tambien se incluye un poste guia, 8, un sistema de montacargas para tuberia junteada, y una cabeza de desplazamiento con cunas de desplazamiento, 12, y cunas estacionarias, 13, para permitir movimiento de la tuberia en el pozo; los sistemas hidraulicos permiten insercion y extraccion de herramientas en una linea acoplada de trabajo; el aparato incluye tuberia de perforacion devanable, 43, incluyendo un conector, enrollador de secciones multiples con nucleo, conexion con el enrollador para circulacion de fluido, mecanismo de impulso de enrollador y capacidad de arrastre de tuberia.

Description

APARATO Y METODO COMBINADO DE PERFORACION CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a una integración de una unidad hidráulica de reparación o "refrenado" y una unidad de tubería de rollo con aplicaciones que incluyen perforación, terminación, reparaciones de pozo y control de pozo. Las características únicas del sistema son: la capacidad para sostener verticalmente múltiples junturas y conductos cerca de la unidad, a diferencia de acostar cada junta como se hace en las operaciones convencionales; la capacidad combinada de una unidad hidráulica de reparación o "refrenado" y una unidad de tubería de rollo en una pieza de equipo; la capacidad de mover conductos junteados en combinación con tubería de rollo; la capacidad para mover tubería de rollo en combinación con tubería junteada; el uso de un solo paquete de energía hidráulica para operar el gato y/o la unidad de tubería de rollo; y la capacidad para hacer circular fluido mientras de hace girar y mover recíprocamente los conductos o tubería de rollo. Varias invenciones de la técnica anterior de interés son las siguientes: La patente de E.U.A. No. 5,738,173 de Burgue y otros. (Baker Hughes), describe aparato y método para instalar tanto tubería como conductos en un pozo. La patente de E.U.A. No. 4,515,220 de Sizer y otros (Otis Engineering), describe aparato y método para instalar tanto tubería de rollo como también conductos unidos en un pozo. La patente de E.U.A. No. 4,655,291 de Cox (Otis Engineering), muestra aparato y método para instalar tanto tubería de rollo como conductos junteados en un pozo. La patente de E.U.A. No. 5,244,046 de Council y otros (Otis Engineering), muestra una unidad de inyección de tubería adaptada para instalar tanto tubería como herramientas de cable de acero en un pozo. La patente de E.U.A. No. 5,094,340 de Avakov (Otis Engineering), describe bloques sujetadores adaptados para manejar tubería de rollo, conductos unidos, y aun otros objetos alargados para instalación en un pozo. Otra técnica relacionada se describe en la patente de E.U.A. No. 3,191,450 de Wilson, la patente de E.U.A. No. 3,2 5,203 de Sizer, la patente de E.U.A. No. 3,285,485 de Slator, la patente de E.U.A. No. 3,313,346 de Cross, la patente de E.U.A. No. 3,559,905 de Palynchuk, la patente de E.U.A. No. 3,677,345 de Sizer, la patente de E.U.A. No. 3,754,474 de Palynchuk, la patente de E.U.A. No. 4,085,796 de Council, la patente de E.U.A. No. 4,251,176 de Sizer, la patente de E.U.A. No. 4,515,220 de Sizer, Cox y Council, que junto con la patente de E.U.A. No. 4,655,291 de Cox, la patente de E.U.A. No. 5,244,046 de Council, la patente de E.U.A. No. 5,094,340 de Avakov, se incorporan completamente como referencia en toda su descripción. La técnica anterior ¡lustra operaciones convencionales de tubería de rollo, que igual que la perforación convencional con tubería junteada tiene ciertas deficiencias. La tubería de rollo usada en aplicaciones de perforación no se puede girar sin girar el enrollador, el arco de guía y el inyector alrededor de la línea de centro del pozo, o cortar la tubería de rollo e instalar un conector para permitir la rotación del conducto en la perforación. En el primer caso, la velocidad rotacional de la línea acoplada está limitada a la velocidad rotacional segura del todo el ensamble en volumen. En la última situación, la tubería de rollo no se puede girar, ni meterse ni sacarse de la perforación simultáneamente. La ausencia de capacidad rotacional requiere el uso de un motor situado en el fondo de la perforación para perforar, y una herramienta de orientación en el fondo de la perforación para ajustar la posición del frente de la herramienta durante la perforación direccional. La tubería de rollo se debe cortar, e instalarse un conector cada vez que una pieza de "joyería" se añade a la línea acoplada de perforación encima del ensamble del fondo de la perforación. Cada uno de estos artículos se debe retirar antes de que el conducto pueda ser devanado sobre el enrollador, a menos que el artículo esté diseñado específicamente para ser devanado. Cada vez que se añade un conector a una línea acoplada de tubería de rollo, se aplica intencionalmente un elevador de esfuerzo en la línea acoplada continua de conductos, lo que reduce tanto la utilidad de la línea acoplada en otras aplicaciones, como la duración de la línea acoplada en general. Los enrolladores de tubería de rollo y las estructuras de soporte son pesados. El peso combinado de un enrollador completamente cargado puede exceder la capacidad nominal de la grúa de plataforma, haciendo necesaria una pendiente o una grúa "rana toro" separada, sobre algunas plataformas para levantar el enrollador en posición para perforación con tubería de rollo. Esto es aun más importante conforme los diámetros y espesores de pared de la tubería de rollo aumentan para aplicaciones de perforación mas profundas, la tendencia actual. El levantamiento de dichas cargas pesadas con grúas limitadas aumenta el potencial de accidentes incluyendo daño al equipo y lesiones al personal. La perforación con tubería junteada requiere mucho tiempo para desplazar la tubería de perforación para hacer cambios de la línea acoplada o las herramientas de perforación. Se requiere una cabria u otra estructura para proveer capacidades de elevación y acomodo para desplazamiento de tubería junteada, con requerimientos concurrentes de peso, espacio y mantenimiento.

El manejo de tubería junteada es discontinuo. Se requiere detener y comenzar cada vez que se requiera hacer o deshacer la conexión. Se requieren múltiples pasos cada vez que se requiera hacer o deshacer la conexión, cada uno de los cuales pone al personal operativo en cierto riesgo. Además, se requieren múltiples funciones de equipo lo cual está relacionado con desgaste, mantenimiento, reemplazo y costo. Es posible una falla en cada punto, cualquiera de las cuales puede detener las operaciones durante períodos variables. La presente invención logra varias ventajas y mejoramientos sobre los métodos y aparatos convencionales de la técnica anterior. Se pueden suministrar conductos de perforación junteados en pequeñas unidades, con pesos menores que el peso combinado de un enrollador de tubería de rollo cargado. Se requiere solo un enrollador grande para el sistema en lugar de varios cuando se usan conductos de perforación de diámetro grande para perforar pozos profundos. Este enrollador es usado solamente para desplazamiento de la tubería de perforación, no para envío. Alternativamente, el enrollador está en piezas múltiples que se ensamblan en el sitio, en lugar de uha sola unidad grande, o el enrollador puede ser una sola unidad plegable que se expande en el sitio. Cualquiera de estos le quita las complicaciones de envío asociadas con un enrollador de diámetro grande y la estructura de soporte. Los conductos se desenganchan, se enderezan y se envían de regreso en unidades dimensionadas de cesta después de su último uso en el pozo. Similarmente, el enrollador se desmantela o se vuelve a plegar para su envío después del trabajo. También se obtienen mejoramientos en la operación. Los conductos, una vez introducidos en la perforación, en "solos", se pueden devanar hacia fuera de la perforación; después volverse a meter sin separar, excepto cuando sea necesario. Esto reduce el tiempo de desplazamiento asociado con los sistemas de tubería junteada y los costos globales. El desplazamiento de la tubería de perforación es un proceso continuo que reduce el potencial de adhesión diferencial mientas se desplaza. Las cuestiones de control de pozo se simplifican, ya que el monitoreo de respingos, rellenado de la perforación y la observación de los niveles de fluido, también son procesos continuos. Las mediciones de control de pozo se pueden determinar rápidamente puesto que los conductos de perforación devanables siempre están conectados a la bomba a través de la articulación giratoria del enrollador. El bombeo se puede iniciar sin colocar un cuerpo de tubería de perforación a través de un preventivo de explosión y enchufando un vástago cuadrado de transmisión o válvula sobre una conexión abierta de la tubería de perforación. Si se usa junta enrasada o conductos de perforación devanables de tubería externa no recalcada, se pueden activar los preventivos de explosión incluso si una junta se sitúa en los pisones. Con la presente invención no se requiere una cabria u otro sistema de soporte para elevar tubería junteada y escalonarla. La tubería se puede desenganchar y desconectarse del enrollador en cualquier conexión, permitiendo que la línea acoplada se pueda girar y subir o bajar añadiendo o retirando juntas solas. De esta manera, el sistema puede ir de continuo (devanado) a junteado en cualquier momento. La tubería se puede hacer girar mientras se perfora para orientar herramientas direccionales en el fondo de la perforación, puesto que la característica de devanable es usada generalmente solo para desplazamiento, aunque es posible la perforación con un motor situado en el fondo de la perforación. Durante la perforación, el sistema es una operación de tubería junteada. Toda la línea acoplada se puede hacer girar a velocidades comunes (RPMs), de modo que no es necesario basarse completamente en motores de fondo de perforación para suministrar rotación a la broca. Con la presente invención, se usa equipo de integración y separación menos frecuentemente que con los sistemas convencionales de tubería junteada, reduciendo mantenimiento, manejo de tubería, reemplazo y riesgos personales, y por lo tanto, costos. El personal no es fatigado de más si se requieren múltiples desplazamientos durante una sola jornada, particularmente a profundidades moderadas a extensas. Se requieren menos pasos con menos esfuerzo físico intenso para desplazamiento, lo que probablemente dará como resultado menos lesiones y enfermedades relacionadas con el trabajo. Se pueden requerir menos miembros de cuadrilla. Con este sistema se puede incorporar automatización o sistemas asistidos por computadora, incluyendo monitoreo de tiempo real, asistencia de viento de nivel, tensión de tubería, etc., para una eficiencia mejorada con reducciones de costo consecuentes. Este sistema mejorado se puede usar en operaciones de perforación o reoperación en pozos existentes. En resumen, las deficiencias de las operaciones convencionales de reparación hidráulica sin una cabria son: cada juntura debe ser desenganchada de cada juntura; no es posible circular continuamente mientras se desplaza; se requiere manejo de la tubería para acostar cada juntura conforme se saca de la perforación, lo que implica desgaste en el equipo de elevación y cierto riesgo para el personal; la velocidad de desplazamiento es baja en vista de lo anterior; y se requiere una estructura de tamaño de área y resistencia suficientes para sujetar y soportar el peso seco del conducto removido de la perforación. Las deficiencias de la perforación con tubería de rollo son: falta de rotación; modo de deslizamiento continuo; peso excesivo de tubulares y enrollador de tubería de rollo; duración tubular corta debido a los efectos de la fatiga de ciclo bajo; capacidades reducidas para operar tubulares junteados (ensambles del fondo de la perforación, y terminaciones); cuotas de día no competitivas; velocidades de penetración disminuidas contra unidad o equipo de reparación hidráulica, debido a peso más bajo en la broca e incapacidad para superar la fricción; eficiencias hidráulicas más bajas con respecto a tubería convencional debido a los tamaños reducidos de la tubería de rollo; menor capacidad de limpeza de perforación; y costo más alto del equipo de bombeo debido a eficiencias hidráulicas más bajas. Por lo tanto, es conveniente combinar las ventajas de la tubería de rollo: bombeo continuo mientras hay desplazamiento; perforación sub-balanceada; velocidad de desplazamiento mayor en comparación con unidad o equipo de reparación hidráulica; área de impresión más pequeña contra el equipo; menos personal requerido; y reducción del tiempo que requiere el personal para trabajar en una plataforma cerca del pozo con los de la unidad de reparación hidráulica; la capacidad de girar durante todas las facetas de trabajo incluyendo perforación sub-balanceada y mientras de desplaza la tubería; la capacidad para usar componentes segmentados más adecuados para las capacidades existentes de las grúas; operación de tubulares más grandes; operación de líneas acopladas de terminación; mayores cargas de gancho; la capacidad de transportar tubulares de diferente diámetro; un área de impresión más pequeña contra el equipo o unidad de tubería de rollo, puesto que parte del equipo está sobre el pozo; mayores eficiencias hidráulicas; mayor capacidad de limpiar la perforación; capacidades de presión más altas para tubulares comparables; y vida útil más larga de tubulares contra la unidad de tubería de rollo. Los intentos previos por combinar parte de las operaciones de reparación hidráulica y tubería de rollo también tienen deficiencias. La tubería junteada tiene que ser manejada por la unidad de refrenado mientras que el inyector de tubería de rollo es desmontado o "movido por carretilla" fuera de la línea de centro del pozo. Las capacidades de fuerza de levantamiento o refrenado de la cabeza del inyector fueron menores que las de la unidad de refrenado en la mayoría de los casos, lo que a su vez limitó la profundidad a la cual se podría operar la tubería de rollo de diámetro grande. Con los esfuerzos y aparatos previos, la tubería de rollo se debe cortar para desmontar o mover con carretilla la cabeza de inyector donde no estorbe. Se requiere mucho tiempo para meter o sacar combinaciones de tubería junteada de extremo recalcado externamente (EUE) y tubería de rollo con el aparato previo, puesto que el inyector se debe desmontar o mover cada vez que un EUE vaya hacia dentro o afuera del pozo. Esto resulta en costos más altos que usando la tubería de rollo sola. En resumen, la presente invención logra los siguientes mejoramientos: se pueden manejar tubería junteada EUE, tubería junteada no recalcada y tubería continua, con una sola unidad que no requiere cortar la tubería de rollo para ir de un tipo de tubería a otro.

En caso de que la cabeza del inyector falle mecánicamente durante un trabajo, la tubería de rollo se puede meter o sacar usando el gato hidráulico. Similarmente, si el gato falla, las operaciones de tubería de rollo pueden continuar (pero no las operaciones de tubería de rollo). La cabeza de inyector de la presente invención no necesita ser desmontada ni movida con carretilla fuera de la línea de centro del pozo como una unidad. En su lugar, la cabeza se separa moviéndose cada mitad hacia atrás solo la distancia requerida para que un EUE y collar en la tubería junteada despeje las cadenas. El inyector puede ser movido hidráulicamente hacia atrás a su posición por el operador de la consola de control. Esto reduce tiempo, riesgo al personal, y costo general de trabajo al cliente. Se pueden integrar controles de modo que un solo operador puede operar todas las funciones del sistema sin cambiar de una pieza de equipo a otra. En otras palabras, las operaciones de reparación hidráulica se pueden reemplazar con operaciones de tubería de rollo moviéndose simplemente hacia una serie diferente de palancas de control. Se puede usar un solo paquete de energía (bomba hidráulica y motor) para las dos operaciones en lugar de uno separado para cada función, puesto que cuando un sistema está en uso, el otro no lo estará bajo circunstancias normales. Sin embargo, ambos se pueden usar simultáneamente en otras situaciones (ayuda de gato del inyector de tubería de rollo para tirar de una carga pesada, por ejemplo). Equipo de control de pozo, preventivos de explosión (BOP) y válvulas para ambas series de equipo se pueden ser duplicados unidos usando el mismo sistema acumulador, de modo que uno o ambos puedan funcionar en el caso de un incidente de control del pozo. El gato de la presente invención está equipado con un mecanismo de impulso rotativo que puede voltear toda la línea acoplada de conductos siempre que la tubería de rollo no esté conectada al enrollador. Esto provee el medio para reducir el tiempo de recorrido para secciones junteadas, permitiendo que el conducto sea "girado fuera de la perforación" (es decir, la tubería superior se puede mantener estacionaria y el segmento del fondo en el pozo se puede hacer girar en dirección de las manecillas del reloj para desenganchar roscas derechas y romper la conexión entre segmentos de conductos). Los miembros junteados pueden ser refrenados dentro y fuera de la perforación bajo presión. Esto evita que se mate el pozo para tirar de los tubulares junteados, tales como los ensambles del fondo de la perforación, un requerimiento actual de la perforación convencional de tubería de rollo. Así, el pozo se puede mantener en una situación sub-balanceada durante toda la operación de perforación. Con el gato se puede operar equipo de terminación, incluyendo tubería de producción junteada, empacadores, niples de perfil, junturas de voladura, herramientas de conexión / desconexión, tamices de empacado de grava, niples de tierra, etc., después de las operaciones de la tubería de rollo tales como perforación, reterminaciones o reparaciones, sin matar el pozo.

La presente invención también puede incluir un sistema de "escalonamiento". Si así fuera, se pueden hacer retroceder junturas múltiples, lo que reduce el número de separaciones de juntura requeridos en reparación hidráulica convencional, la tubería no es acostada, más bien se hace retroceder verticalmente en tableros de dedos en múltiples secciones de juntura, reduciendo el desgaste del equipo y el riesgo personal, y el tiempo de recorrido se reduce junto con los costos generales de operación. El peso de la tubería seca puede ser sostenido por la tierra, la plataforma o el cabezal del pozo, dependiendo de que base se usa para sostener la tubería. Esto permite su uso sobre estructuras mínimas que carecen de capacidad de soporte "normal" tales como: plataformas de satélite fuera de apuntalamiento (monocanal); plataformas viejas, físicamente dañadas o corroídas; y estructuras de protección de pozo en apuntalamiento (es decir, sin plataforma). Con este componente de sistema de escalonamiento añadido, no se requiere una estructura suplementaria tal como barca, bote elevador, plataforma descentrada u otra estructura para retener los segmentos de tubería horizontal, ya que la tubería está sostenida casi verticalmente en la cercanía del barreno del pozo. Esto puede reducir los costos generales del trabajo y existen menos probabilidades de daño tubular debido al manejo que reduce costos de reemplazo de equipo y riesgo económico para el cliente (es decir, se exponen a daño menos roscas durante las operaciones de separación, elevación y tendido).

Con los componentes añadidos que comprenden un sistema de tubería de perforación devanable, la tubería de perforación junteada se puede suministrar en unidades pequeñas con pesos muy lejanos del peso combinado de un enrollador de tubería de rollo cargado. Solo se necesita un enrollador grande para el sistema en lugar de varios cuando se usa tubería de perforación de diámetro grande para perforar pozos profundos. Solo se requiere usar este enrollador para desplazar la tubería de perforación, no para envío. El enrollador está en piezas múltiples que son ensambladas en el sitio, en lugar de una sola unidad grande. Alternativamente, el enrollador sería una sola unidad plegable que se expande en el sitio. Cualquiera de estos elimina complicaciones de envío asociadas con un enrollador de diámetro grande y estructura de soporte. La tubería se desengancha, se endereza y se envía de regreso en unidades dimensionadas de cesta después de su último uso en el pozo. Similarmente, el enrollador se desmantela o se vuelve a plegar para envío después del trabajo.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una elevación de la tubería de rollo y el aparato de reparación hidráulica combinados y un sistema posterior de escalonamiento de tubería encima de un cabezal de pozo; La figura 2 es un dibujo en perspectiva de un aparato de refrenado convencional de la técnica anterior y bastidores horizontales de tubería; La figura 3 es una elevación alargada del aparato combinado de perforación y refrenado que muestra el ensamble de polea de arco de guía; La figura 4 es una elevación lateral, a 90° la de la figura 3, del aparato combinado de tubería de rollo y aparato de perforación de refrenado que ilustra el ensamble de escalonamiento de tubería y ensamble de andamiaje y escalera de acceso; La figura 5 es una elevación lateral de la tubería de rollo combinada y el aparato de refrenado, perforación y reparación en combinación con el enrollador para tubería de perforación devanable; La figura 6 es una elevación lateral de la combinación de tubería de rollo y aparato de perforación y refrenado encima de un cabezal de pozo, ilustrando el arco guía colocado sobre la línea de centro del cabezal de pozo; La figura 7 es una elevación lateral de la tubería de rollo de combinación y el aparato de refrenado que ilustra el ensamble de arco guía retraído de la línea de centro del cabezal de pozo con tubería junteada conectada a la tubería vertical instalada; La figura 8 ilustra una modalidad de un ensamble de tenazas a motor para usar en combinación con la presente invención; La figura 9 ilustra una elevación lateral de una sub-base para uso opcional para permitir la distribución de peso para la unidad y el bastidor de tubería; La figura 10 es una vista lateral de la misma base de la figura 9 a 90° la de la figura 9; La figura 11 es una vista en planta de la sub-base, estructura de las figuras 9 y 10; La figura 12 es una vista en planta de la tubería de perforación dentro del sistema de tubería escalonada y el ensamble de escalera de acceso que asienta sobre la sub-base de las figuras 9, 10 y 1.

BREVE DESCRIPCION PE LA INVENCION El enfoque de la presente invención es proveer un método y aparato nuevos y mejorados para perforación, terminación, reparaciones de pozo y control de pozo, combinando una unidad elevadora de gato hidráulico y una unidad de tubería de rollo; el método y aparato permiten operar tubería junteada y tubería de rollo en combinación, y extensión o escalonamiento y junturas múltiples de tubería cerca de la unidad. El método y aparato incluyen tubería de perforación devanable que incluye un conectar, enrollador de secciones múltiples con núcleo, conexión al enrollador para circulación de fluido, mecanismo de mando de enrollador y una capacidad de arrastre de tubería. La presente invención comprende los siguientes componentes: un sistema hidráulico de elevación de tubería (se contemplan modalidades de 2 y 4 patas), una cesta de trabajo encima del gato, una tabla giratoria dentro de la cabeza de desplazamiento, una articulación giratoria para permitir la circulación de fluido durante la rotación de tubería, tenazas de manejo de tubería a bordo de la cesta de trabajo, tableros (de dedos) de escalonamiento de tubería unidos al armazón o cesta de trabajo y bases de contención de tubería para escalonar tubería (poniendo de pie junturas sencillas o dobles), un barreno de gato hidráulico de reparación o refrenado, suficientemente grande para operar tubería de ademe, ensamble de fondo de perforación y tubulares de pozo (se sugiere hasta por lo menos un barreno nominal de 35 cm), una cabeza de inyector de múltiples funciones, un ensamble de arco guía (o cuello de ganso), tubo de circulación para circulación de fluido, conexiones de alta presión en cada extremo del tubo de circulación para permitir bombeo, un poste guía o pluma para manejar y transportar ademe, tubería, ensambles de perforación y herramientas de terminación, una pluralidad de poleas en la parte superior del poste guía para manejar la tubería y otros servicios requeridos para operaciones generales de campo petrolero, un sistema de montacargas para elevar tubería junteada y para bajarla en el armazón de bastidor o levantarla del armazón de bastidor, una sub-base para permitir la distribución de peso de la unidad y la tubería de manera segura y eficiente sobre la cubierta de la plataforma, o centralizada sobre el cabezal de pozo, por lo menos una consola para un operador, y un área de trabajo para controlar y operar la invención, cabeza de desplazamiento con cuñas de desplazamiento y cuñas estacionarías para movimiento de tubería en el pozo, cilindros hidráulicos para inserción y extracción de la cabeza de inyector radialmente con respecto a la línea de centro del barreno del pozo y la unidad, una ventana de trabajo para permitir el acceso a las cuñas estacionarias y para inserción y extracción de herramientas en la línea acoplada de trabajo y tubería de perforación devanable, incluyendo un conector, enrollador de secciones múltiples con núcleo, conexión al enrollador para circulación de fluido, mecanismo de impulso de enrollador y una capacidad de arrastre de tubería. La invención incluye oruga y carretillas u otras guías adecuadas para mover el cuello de ganso y/o la cabeza de inyector. La cabeza de inyector de funciones múltiples es capaz de dividirse en dos mitades para facilitar el corrimiento de BHAs grandes dentro y fuera del barreno del pozo. La cabeza del inyector se moverá por medio de un sistema guía tal como rieles de cola de milano, o cualquier otro medio de guía, radialmente en alejamiento de la línea de centro del barreno del pozo. Pistones hidráulicos trasladan las dos mitades una hacia otra y las sostienen en posición. En cuanto a la manera de operación y uso de la presente invención, la misma se hace evidente de lo anterior en consideración de la siguiente exposición y descripción de los detalles de la presente invención.

DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS El refrenado es un término genérico conocido en la técnica que cubre los procedimientos involucrados en el corrimiento de artículos tubulares (tubería o conductos de rollo) hacia dentro y hacia fuera de un barreno de pozo mientras hay una presión de superficie o la posibilidad de la misma. El término refrenado se refiere tanto a despojado como a refrenado. El despojado es el movimiento de artículos tubulares cuando el peso de los conductos excede la presión ejercida sobre los tubulares. En otras palabras, los conductos deben ser restringidos de caer hacia el barreno del pozo. El refrenado es el movimiento de tubulares cuando la presión ejercida sobre los mismos es mayor que la de su peso boyado. Esto significa que los tubulares deben ser restringidos de salir del barreno del pozo. Se desarrollaron y refinaron unidades hidráulicas de "refrenado" de gato o reparación principalmente en el control de pozos en desbordamiento. Las unidades de refrenado son ahora herramientas de uso más general en la industria especializada de control de petróleo y proveen muchas ventajas en protección, producción de formaciones y reducción de costos de reparación y perforación. Las unidades autocontenidas son montadas en remolque o montadas sobre trineo para transporte rápido y montaje rápido sobre cabezales de pozo sobre tierra o costa fuera. Los componentes modulares conformados a limitaciones de espacio en un sitio particular son transportados fácilmente. Una unidad de refrenado de reparación y ensamble preventivo de explosión (BOP) pueden estar rebordeados directamente hacia la parte superior de un cabezal de pozo, y todo el peso generalmente es soportado a través de la línea de centro del cabezal del pozo, de modo que las unidades compactas son ideales para trabajar desde plataformas satélite que no llevan carga, así como otras plataformas llenas tales como plataformas costa fuera y pisos de perforadora. La figura 2 ilustra los siguientes grupos y componentes funcionales de una unidad hidráulica de reparación o refrenado: paquete de energía y bombas hidráulicas 1 , tanque de combustible 2, caja de herramientas y cesta de trabajo 3; paneles de control 4, tenazas a motor 5; montacargas de contrapeso 6, elevadores 7 de conductos, poste guía 8, y bastidores 9 de conductos; ensamble de gato hidráulico 11 , cuñas de desplazamiento 12 y estacionarias 13, raspador 14, y tabla rotativa 15 integrada; y articulación giratoria circulante 16, tubo flexible cuadrado 17, y tubo de circulación 18. El suministro de energía hidráulica es del motor de diesel montado sobre trineo con bombas hidráulicas montadas en la caja de engranaje de la flecha principal. Para funciones de energía auxiliares, se puede montar una bomba separada en el árbol de levas del motor. Una cesta de trabajo 3 está colocada en la parte superior del ensamble 1 1 de gato hidráulico en donde está montada una consola de control 4 para la unidad. Trabajando desde esta consola de control 4, el operador puede dirigir la velocidad y dirección de la cabeza de desplazamiento y ensamble de cuña, la operación de las cuñas y el torque y dirección de la tabla giratoria 15. El montacargas 6 de conductos de contrapeso y el sistema elevador 7 de tubería, manejan simultáneamente una juntura del conducto mientras tiende o levanta otro. De esta manera, una cuadrilla puede trabajar fácilmente y eficientemente reduciendo el daño a la tubería. Cuatro cilindros hidráulicos 20 de la unidad de refrenado están dispuestos alrededor de los ejes verticales y la guía de tubería de la unidad. Las cuñas 12 de desplazamiento y una tabla giratoria hidráulica 15 están contenidas en la cabeza de desplazamiento que está unida a la parte superior de los rodillos 21 de cilindro hidráulico. Cuñas estacionarias 13 están unidas a la base de la unidad. Los operadores dentro de la cesta de trabajo 3 controlan el ensamble 1 de gato hidráulico, tazones 12 y 13 de cuña, tabla giratoria 15, válvulas de purga y de compensación, controles de preventivo de explosión y controles de contrapeso. En algunos casos, las operaciones controladas desde la cesta de trabajo también pueden funcionar para manejar tenazas a motor 5 y tubulares de diámetro grande. Cuando se maneja la tubería, se debe tener cuidado para impedir el daño. Cuando la tubería se levanta o acuesta frecuentemente ocurre daño cuando las conexiones entran en contacto con puertas "V", pasillos, rieles manuales, válvulas, elevadores, etc. Se pueden usar guías 22 de enchufe cuando se preparan tubulares roscados premium para impedir cualquier bamboleo y así prevenir daño de macho y hembra en los tubulares roscados. Con referencia a los antecedentes antes indicados de los aparatos de refrenado convencionales de la técnica anterior ilustrados en la figura 2, la siguiente será una descripción detallada del aparato y métodos nuevos y mejorados de la presente invención. Haciendo referencia primero a la figura 1 , se describirán varios componentes y subensambles de la presente invención. Cuando se encuentre una estructura equivalente al aparato de refrenado previamente descrito, se usarán números de referencia similares para describir componentes similares. La figura 1 ilustra un ensamble de gato hidráulico o sistema de elevación de tubería en una modalidad de cuatro patas, esto es, con cuatro cilindros 20 de gato hidráulico. Modalidades alternativas contempladas usarían una configuración de dos patas. La figura 1 no ilustra la cesta de trabajo encima del gato. La cesta de trabajo 3, encima del gato, se ¡lustra mejor en las figuras 3 y 4. Las figuras 1 , 3 y 4 ilustran la tabla giratoria 15 con la cabeza de desplazamiento 28 y tenazas de manejo de tubería montadas arriba de los tazones 12 de cuña de desplazamiento. La modalidad ilustrada en las figuras 1 , 3 y 4 muestran unas tenazas 5 alineadas axialmente con una placa de base como se ¡lustra en más detalle en la figura 8, para aplicar un torque suficiente para el tamaño de tubería usada. Opcionalmente, la presente invención se podría usar con tenazas 5 a motor colgantes y un brazo de tenaza giratoria tal como el que se ilustra en la unidad de refrenado de la figura 2. Como se muestra en la figura 1 , la presente invención incluye una articulación giratoria 6 para permitir la rotación de la tubería mientras hay circulación. Las tenazas a motor 5 como se ilustran en las figuras 3, 4 y 8, están montadas en un armazón arriba de los tazones de cuña de la cuña de desplazamiento y el rotativo hidráulico, de tal manera que aunque los tazones 12 de cuña están libres para girar a través de la tabla giratoria 15, la unidad de tenazas a motor es estacionaria. Las figuras 1 , 3, 4, 6 y 7 también ¡lustran una cabeza 29 de inyector de funciones múltiples. La cabeza de inyector es capaz de dividirse en dos mitades 30 y 31 , de modo de mover horizontalmente y radialmente las mitades en alejamiento de la línea de centro del barreno del pozo. En la figura 1 se muestran orientaciones alternativas, separadas 90°, en comparación con las figuras 3 y 4. La configuración dependerá de los espacios necesarios para retracción o apertura y del tamaño y configuración de los otros componentes de la unidad, ya que obviamente hay menos espacio para mover una mitad de inyector 31 hacia el poste guía 8 (figura 1) en comparación con el movimiento de la mitad 31 sin obstrucción (figura 4). La cabeza de inyector está montada arriba de las cuñas estacionarias 13 y dentro de la ventana definida por las patas 20 del gato del ensamble 1 1 de gato hidráulico. Como con el ensamble de arco guía o cuello de ganso 33 que se describirá en mayor detalle más adelante, las dos mitades 30 y 31 de la cabeza de inyector de funciones múltiples 29 se puede mover a través de un sistema guiado 34 en alejamiento de la línea de centro del barreno del pozo. Los pistones hidráulicos 35 trasladan a voluntad las dos mitades en acercamiento o alejamiento una de otra y las retienen en posición. Como con la cabeza del inyector de funciones múltiples arriba descrito, el ensamble 33 de arco guía está provisto con un sistema guía 36 y medios adecuados para trasladar la carretilla y el ensamble de arco de guía radialmente desde una posición sobre la línea de centro del barreno del pozo como se ¡lustra en la figura 6, hasta una posición fuera del camino como se ilustra en la figura 7, de tal manera que la tubería se puede hacer girar dentro del barreno del pozo. Como se describirá más abajo, puesto que los tubulares a devanar en la presente invención pueden ser de un diámetro externo más grande que el típico en diámetros externos de tubería de rollo, puede o no ser necesario tener un ensamble de arco de guía convencional, siempre que se pueda mantener la alineación y una curvatura gradual desde el enrollador hasta la cabeza de inyector. Como se ilustra en las figuras 1 y 7, la presente invención también comprende un tubo de circulación 18 para circulación de fluido con conexiones de alta presión en cada extremo del tubo de circulación para permitir bombeo. Como se ilustra en las figuras 1 , 3, 4 y 7, el aparato de la presente invención incorpora un poste guía o pluma 8 para manejar ensambles de perforación de tubería ademe de transporte y herramientas de terminación. Un sistema de montacargas que comprende un montacargas doble 37, y una pluralidad de poleas 38 en la parte superior del poste guía 8, opera con el montacargas 6 de contrapeso (un subcomponente de 37), como se describe para refrenado convencional. Véanse las figuras 2 y 3. Como se indicó previamente, las figuras 1 , 6 y 7 ilustran una ventana 32 armada por cuatro soportes horizontales 39. La ventana permite la inserción y extracción de herramientas en la línea acoplada de trabajo y acceso a las cuñas estacionarias 13. Las figuras 1 y 4 ¡lustran un sistema de "escalonamiento" vertical de tubería que comprende tableros 40 de dedos unidos a un armazón 41 y/o la cesta de trabajo 3, los tableros de dedos son viguetas paralelas con espacios para los tubulares. Los tableros de dedos permiten que múltiples uniones de tubería junteada sean escalonadas a fin de acelerar el tiempo de desplazamiento cuando se usa tubería junteada como se describió previamente. El sistema de escalonamiento 10 para escalonar verticalmente conductos y uniones múltiples también incluye bases 42 de contención de tubería. La figura 5 ilustra un componente adicional de la presente invención, un sistema 43 de tubería de perforación devanable, que comprende un conectar 44, un enrollador 45 de secciones múltiples y conexión 46 al enrollador para circulación de fluido. El conectar 44 es para conectar tubería de perforación devanada con junturas de tubería sobre la línea de centro del pozo y dentro del aparato combinado de refrenado e inyección. La invención también contempla un mecanismo de impulso de enrollador y un procedimiento de arrastre de tubería para permitir devanar la tubería de perforación. La cesta de trabajo 3 contemplada para la modalidad preferida es de 2.43 por 2.43 metros, con tableros de dedos acoplables de 0.91 por 2.43 metros montados en cada extremo. La cesta de trabajo estaría configurada para permitir que la pluma y la placa de deslizamiento de pluma, el paquete de montacargas de contrapeso doble, la puerta "V" y una consola removible modular 4 de control de operador. Una modalidad alternativa de la presente invención contempla el uso de un sistema de control remoto de contrapeso para permitir libertad de movimiento del personal mientras acciona los montacargas de contrapeso. Las figuras 9 a 12 ilustran subensambles adicionales de la presente invención, principalmente el subensamble que puede ser requerido para sostener los ensambles escalonamiento vertical de tubería. En algunos casos, el peso de la tubería seca puede ser soportado por el suelo, la plataforma 47 o el cabezal de pozo, dependiendo de que base se use para poner de pie la tubería. En otras aplicaciones, puede ser necesario una estructura suplementaria. Como se ilustra en las dos elevaciones laterales 9 y 10, y en la vista en planta 11 , se usa un ensamble 49 de armadura tridimensional para proveer el soporte para las bases 42 de contención de tubería, sobre las cuales se puede sostener la tubería 48 escalonada verticalmente. Como se ¡lustra en la figura 10, el ensamble 49 de subestructura es asimétrico para proveer un soporte para las escaleras de acceso o pasillos 50 sobre un lado de la unidad. En aquellas aplicaciones que lo requieran, las escaleras de acceso se montan en un ensamble 51 de andamio. El subensamble también se puede configurar para escalonar tubería solo en un lado o en tres lados.

Las bases de contención de tubería para escalonar tubos están unidas a la base de soporte inferior del gato de refrenado o en el área inmediata. Una opción es una base de contención tal como la que se ilustra en las figuras 9 a 12, que transfiere el peso al cabezal del pozo. La modalidad primaria contempla la construcción de una base de contención que transfiere el peso al cabezal del pozo, aunque otra opción sería transferir el peso a una plataforma u otra estructura además del cabezal de pozo. La presente invención también contempla el uso de una combinación de estas dos. El armazón o sistema de andamio conecta las bases de contención a los tableros de dedo. El sistema total se diseña para resistir la carga de los tubulares y toma en cuenta las fuerzas del viento. Con respecto a la descripción anterior, es de considerar que aunque se describen modalidades dimensionales de material específico que permiten que las modalidades sean ilustrativas, y las relaciones de dimensión óptima para las partes de la invención incluyen variaciones de tamaño, material, forma, configuración, función y manera de operación, ensamble y uso, que se consideran fácilmente evidentes para el experto en la materia a la luz de esta descripción, y todas las relaciones equivalentes a las ilustradas en los dibujos y incluidas en las especificaciones, se consideran abarcadas por la presente invención. Por lo tanto, lo anterior se considera ilustrativo de los principios de la invención y puesto que muchas modificaciones serán consideradas fácilmente por el experto en la materia, no se pretende limitar la invención a la construcción y operación exacta mostrada o descrita, y todas las modificaciones y equivalentes adecuadas se pueden reordenar, cayendo dentro del alcance de la invención. Lo que se reclama como nuevo y se desea proteger con derechos de patente es lo que sigue.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1. - Un aparato nuevo y mejorado para perforación, que permite operar tubería junteada y tubería de rollo en combinación, que comprende una unidad de reparación hidráulica y una unidad de inyección de tubería de rollo integradas, en donde dicha unidad de reparación y unidad de tubería de rollo integradas comprenden una cabeza de inyector de funciones múltiples armada dentro de una ventana definida por componentes de dicha unidad de reparación hidráulica, y en donde dicha cabeza de inyector de funciones múltiples comprende dos mitades radialmente móviles con respecto a la línea de centro del barreno del pozo, y en donde dicha cabeza de inyector de funciones múltiples comprende además pistones hidráulicos accionables para trasladar dichas mitades radialmente con respecto a la línea de centro del barreno de pozo. 2. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha unidad de reparación hidráulica comprende un ensamble de gato hidráulico que comprende un armazón y por lo menos dos cilindros hidráulicos orientados verticalmente, cuñas estacionarias y cuñas de desplazamiento montadas en una cabeza de desplazamiento, y comprende además una tabla giratoria dentro de la cabeza de desplazamiento. 3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha unidad de tubería de rollo comprende un ensamble de arco de guía montado en un sistema de guía, arriba de dicha unidad de reparación hidráulica, en donde dicho ensamble es móvil desde una primera posición sobre la línea de centro del barreno de pozo, hasta una segunda posición en alejamiento de la línea de centro del barreno de pozo. 4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicha unidad de tubería de rollo comprende un ensamble de arco de guía montado en un sistema de guía, arriba de dicha unidad de reparación hidráulica, en donde dicho ensamble es móvil desde una primera posición sobre la línea de centro del barreno de pozo hasta una segunda posición en alejamiento de la línea de centro del barreno de pozo. 5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un tubo de circulación para circulación de fluido, una articulación giratoria para permitir la circulación de fluido durante la rotación de la tubería, y un sistema de montacargas y un poste guía para manejar y transportar tubulares. 6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende un tubo de circulación para circulación de fluido, una articulación giratoria para permitir la circulación de fluido durante la rotación de la tubería, y un sistema de montacargas y un poste guía para manejar y transportar tubulares. 7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende una cesta de trabajo encima de dicho ensamble de gato. 8.- El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende tenazas a motor de manejo de tubería a bordo de la cesta de trabajo. 9.- El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende por lo menos una consola de operador a bordo de la cesta de trabajo. 10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende un armazón y viguetas de escalonamiento de tubería, y bases de contención de tubería unidas a dicho armazón, con la finalidad de sostener verticalmente junturas múltiples de tubería en unidades. 11. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un armazón, viguetas de escalonamiento de tubería unidas a dicha cesta de trabajo, y bases de contención de tubería unidos a dicho armazón, con la finalidad de sostener verticalmente junturas múltiples de tubería en unidades. 12. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende una sub-base para dirigir la distribución de peso y soportar la unidad. 13. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende una sub-base para dirigir la distribución de peso y soportar la unidad. 14. - El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende una sub-base para dirigir la distribución de peso y soportar la unidad. 15. - El aparato de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende una sub-base para dirigir la distribución de peso y soportar la unidad. 16. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende un aparato para devanar tubería de perforación, dicho aparato comprendiendo un conector devanable para unión con ensambles del fondo de la perforación, otra tubería de perforación y herramientas de terminación, un enrollador de secciones múltiples con un núcleo, una conexión con dicho enrollador para circulación de fluido, un mecanismo de impulso de enrollador, y capacidad de arrastre y refrenado de tubería de perforación. 17.- El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un aparato para devanar tubería de perforación, dicho aparato comprendiendo un conector devanable para unión con ensambles del fondo de la perforación, otra tubería de perforación y herramientas de terminación, un enrollador de secciones múltiples con un núcleo, una conexión con dicho enrollador para circulación de fluido, un mecanismo de impulso de enrollador, y capacidad de arrastre y refrenado de tubería de perforación. 18.- El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque comprende un aparato para devanar tubería de perforación, dicho aparato comprendiendo un conector devanable para unión con ensambles del fondo de la perforación, otra tubería de perforación y herramientas de terminación, un enrollador de secciones múltiples con un núcleo, una conexión con dicho enrollador para circulación de fluido, un mecanismo de impulso de enrollador, y capacidad de arrastre y refrenado de tubería de perforación. 19.- Un método para perforación que combina una unidad de gato hidráulico y una unidad de tubería de rollo integradas, permitiendo la operación de tubería junteada y tubería de rollo en combinación, comprendiendo los pasos secuenciaies en orden variable y en combinación de: introducir una sola juntura de tubería de perforación en el barreno del pozo con la unidad de gato hidráulico; unir en secuencia junturas individuales de tubería de perforación con tubería de perforación dentro del barreno de pozo para formar una línea acoplada, e introducir dicha línea acoplada en el barreno de pozo con la unidad de gato hidráulico; hacer girar dicha línea acoplada de perforación; unir el extremo más superior de dicha línea acoplada de perforación con una conexión devanable unida a un aparato de devanado de arrastre y recepción de tubería de rollo; desplazar hacia fuera del barreno de pozo con la línea acoplada de perforación arrastrando dicha línea acoplada con dicho aparato de arrastre de tubería y devanando dicha tubería de perforación en dicho aparato de devanado; desplazar de regreso al barreno de pozo con la línea acoplada de perforación inyectando dicha línea acoplada con dicha unidad de tubería de rollo, y desenrollando dicha línea acoplada de perforación desde dicho enrollador; subir dicha línea acoplada del barreno de pozo con la unidad de gato hidráulico y desconectar en secuencia junturas individuales de tubería de perforación de la tubería de perforación dentro del barreno de pozo, para desarmar una línea acoplada de perforación en junturas individuales. HOJA ANEXA RESUMEN DE LA INVENCION Método y aparato para perforación, terminación, reparaciones de pozo y control de pozo, combinando una unidad elevadora y una unidad de tubería de rollo integradas, el método y aparato permiten operar tubería junteada y tubería de rollo en combinación, y sostener junturas múltiples de tubería cerca de la unidad; la invención combina un sistema hidráulico de elevación de tubería, sistemas de manejo de tubería y aparato de contención de escalonamiento de tubería, 42; un gato de reparación hidráulico, 11 , está combinado con una cabeza de inyector de funciones múltiples y un tubo de circulación para circulación de fluido; la invención también puede incluir una tabla giratoria, 15, para hacer girar la tubería y/o articulación giratoria, 16, para permitir la circulación de fluido durante la rotación de la tubería; también se incluye un poste guía, 8, un sistema de montacargas para tubería junteada, y una cabeza de desplazamiento con cuñas de desplazamiento, 12, y cuñas estacionarías, 13, para permitir movimiento de la tubería en el pozo; los sistemas hidráulicos permiten inserción y extracción de herramientas en una línea acoplada de trabajo; el aparato incluye tubería de perforación devanable, 43, incluyendo un conectar, enrollador de secciones múltiples con núcleo, conexión con el enrollador para circulación de fluido, mecanismo de impulso de enrollador y capacidad de arrastre de tubería. P03/198F