MÉTODO Y APARATO PAPA BARRENADO CON UN EJE FLEXIBLE MIENTRAS SE UTILIZA APOYO HIDRÁULICO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere al campo de la inves igación de l s forma iones terrestres que rodean un pazo de sondeo usando un eje flexible para realizar perforaciones a tro es de una pared de po_o de sondeo y en la formación terrestre. Más par icul rmente, esta invención se refiere a la api icación de fuerra sobre» la broca por medios otros que a través del eje de perforación fie: ible para incrementar 3a vida del e e. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de un eje flexible en operaciones de perforación se ha realizado durante años. Se han propuesto numerosos sistemas de perforación en donde la broca es impulsada por un eje flexible. Uno de tales sistemas que puede implementarse en la producción de petróleo y gas se describe en la Patente Estadounidense No. 4,658,916 (Bond). Esta patente emplea un e e de perforación flexible que es operable primariamente a partir del pazo de sondeo vertical cuando se perfora en la formación en una dirección a lo largo de una trayectoria generalmente horizontal sobre una distancia significa iva de per-foración lateral alejándose del pozo de sondeo para ampliar de esta forma el área en contacto con la formación.
General ente, la razón del uso de un eje flexible es para superar limitaciones de espacio en el equipo de perforación. Un eje de perforación flexible permitirá la perforación de un orificio más profundo que el espacio de cabera disponible arriba del orificio a perforar. Por ejemplo, en ia industria minera del carbón, se perforan orificios de perno de techo en el techo de las vetas de carbón hasta una profundidad que puede alcanzar tres veces la altura de la veta de carbón misma. En el caso de los pozos de petróleo y de gas es frecuentemente necesario perforar orificios perpendiculares a la pared del pozo de sondeo que son más profundos que el diámetro interno del pozo de sondeo. Esta necesidad se aplica también a los pozos protegidos. En estas situaciones, para perforar tales orificios se requiere de un sistema en el cual un eje de perforación flexible es alimentado alrededor de una curva en el orificio conforme avanza la perforación. Es importante observar que el espacio disponible en estos pozos protegidos es mucho menor que en aplicaciones previas de eje de perforación flexible. En vez de los 91.35 cm. de altura en las minas de carbón, los diámetros internos de los pozos protegidos tienden a ser de 12.7 cm. o menos. Por consiguiente, el mecanismo de perforación y el e e flexible deben ser mucho menores. Para aplicaciones en pozos protegidos, un eje flexible con herrajes en ambos extremos se opera en una tubería de curva fija. Los herrajes se emplean para permitir una conexión fácil del eje sobre otro ensamble, como por ejemplo el eje motor y la broca de perforación. Para facilitar la perforación, la broca no solamente debe estar impulsada de tal. manera que gire alrededor de su eje central <medido en "revoluciones por minuto" o bien "RPM"), sino que debe también estar empujada contra el material, a perforar. Esta presión se conoce como "peso sobre la broca" o bien "WOB" . En un sistema de perforaci n que emplea un eje de perforación flexible, ambas fuerzas se aplican típicamente sobre la broca a través del e e flexible. Un análisis de un eje flexible en operación proporcionaría un equilibrio de fuerzas combinadas de rotación, momentos y fuerzas axiales, cada uno produciendo una deforma ión del eje. Durante la perforación de la tubería de acero se ha encontrado que los ejes experimentan fuerzas compresivas axiales importantes. Estas fuerzas tienden a inducir un movimiento de hélice y acortan la longitud efectiva de los ejes. Así mismo, debido a la elevada presión, se acorta la vida del eje. Es deseable tener una vida de eje larga no solamente para la conf iab i l idad del sistema sino también para incrementar el número disponible de perforaciones realizadas antes que uno deba recuperar el mecanismo del pozo y reemplazar los ejes desgastados. Por consiguiente es importante minimizar o bien eliminar los elementos de esfuerzo dentro del eje. Otro problema que ha sido reconocido con tales sistemas es el desafilado de la broca. Después de la perforación de la tuberia de acero, el eje flexible debe seguir aplicando un par de torsión y empuje, aún cuando en valores menores, mientras la broca corta vanas pulgadas de cemento. Después, en muchos casos, es deseable seguir perforando en la roca, que es típicamente esquisto, piedra caliza, o bien arenisca. Un componente común de muchas de astas formaciones es el cuarzo, una sustancia cristalina mucho más dura que el borde de corte de brocas típicas (excepto en el caso del diamante, que no puede emplearse puesto que no puede perforar a través del acero). Estas partículas de cuarzo desafilan la broca de manera tan importante que se requiere de un par motor mayor y un WOB mayor para poder proseguir con la perforación. Aún cuando estos valores incrementados no plantean ningún problema en el cemento o en la roca (puesto que el par motor inicial y el empuje inicial eran muy bajos), plantean dificultades cuando se desea perforar el acero en perforaciones subsecuentes. Co o antes indicado, el empuje elevado requerido para perforar exitosamente a través del acero acorta en gran medida la vida del eje. Una vez que la broca se encuentra desafilada, el empuje requerido es aún mayor. Se ha encontrado que después de la perforación de solamente un par de pulgadas en la arenisca, la broca es demasiado desafilada para iniciar otra perforación cuando se encuentra impulsada por un e e flexible. Si uno intenta generar la presión requerida, se destruye frecuentemente el eje fl xible. Este problema puede mitigarse si la presión requerida de la broca se suministra al eje flexible justo antes de su penetración en el orificio, en ve: de suministrarla a la cola del e e fle ible como e el caso hab i tua lmente . Se han desarrol do y planteado numerosos sistemas de e p? adores pa es de torsión en la literatura (G. .Derby y J.E.Bevan, "Longer than Seam Height Development Program", Departamento Norteamericano del Interior, Oficina de Minas, 1978, Departamento Norteamericano de Biblioteca Interna). Estos sistemas descritos, sin embargo, son complicados y presentan frecuentemente problemas de falta de canf labí 1 idad . Además, se ha encontrado que para esta aplicación particular de la perforación (a través de tubería metálica, cemento y después formación rocosa), un sistema que suministra presión a la broca solamente mientras esté cortando la tubería es suficiente para incrementar en gran medida la vida del e e. Aún con una broca desafilada, se ha encontrado que el par de torsión incrementado y el empuje incrementado mientras se perfora cemento y roca no reduce en gran medida la vida del ej .
Por consiguiente, permanece la necesidad de un sistema en el cual fuerzas importantes pueden aplicarse a una broca durante operaciones de perforación sin dañar el e e fle ible. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de esta invención incrementar la vida del eje flexible de perforación. Es otro objeto de la presente invención reducir el esfuerzo sobre el eje durante la perfora ión. Es otro objeto de la presente invención usar un dispositivo para aplicar presión sobre la broca otro que mediante la aplicación de la presión en la cola del eje flexible. La presente invención amplia la vida de un eje flexible empleado para perforar una formación terrestre mediante la aplicación de la presión (WOB) para perforar a la broca en el punto en donde la broca entra en contacto con la pared de pozo de sondeo o la tubería. La presión se suministra sobre la broca por medio de un sistema de pistón hidráulico. La broca y el eje flexible conectado están en contacto con un soporte mantenido en una ménsula o bien otro dispositivo de cuadro. La ménsula se encuentra en contacto con un pistón. Durante el proceso de perforación, el pistón se desplaza hacia la pared del pozo de sondeo generando así la presión que se translada a través de la ménsula hacia el. soporte y la broca. La fuerza del pi tón se aplica a la broca cuando la broca perfora el acero. Esa técnica aplica a la broca cuando la broca perfora el acero. Esa técnica aplica la fuerza di ectamente sobre la broca, a diferencia de los métodos anteriores que aplican la fuerza sobre la broca por intermedio del e e flexible. Se debe observar que el par motor se sigue aplicando por medio del eje flexible. Esta invención es espe ialmente diseñado para incrementar la vida del eje mediante la reducción del esfuerzo pico. Este pico ocurre en la perforación de la tubería de acero. Esto se realiza propor ionando en el sistema de pistón una carrera de pistón de tal manera que la fuerza del pistón se aplic-a sobre la broca solamente mientras esté perforando la tubería de acero. Después de haber perforado la tubería de acero, el pistón (y las ménsulas y de soporte) se retraen y se aplica la presión a la broca por medio del eje flexible durante el resto de la operación de perforación. El sistema de la presente invención es sencillo, robusto, y puede adaptarse en el paquete de herramientas de pequeño diámetro capaz de pasar en el diámetro interno de la tubería. Constituye una gran mejoría en comparación con la perforación por medio de e e flexible en donde tanto la presión como el par motor se aplican siempre a partir de la cola del eje flexible. Supera también las dificultades prácticas de los sistemas de e pu adares/par motor. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un dibujo esquemático cié un aparato de prueba de formación empleado en un entorno de pozo de sondeo prote ido. La figura 2 es un diagrama esquemático de corte longitudinal de un pistón único de un aparato de conformidad con la presente invención que puede emplearse para practicar el método de la invención. La figura 3 es una vista detallada de una modalidad de pistón único de la presente invención. La figura 4 es una vista detallada de los componentes de soporte de la presente invención. La figura 5 es un diagrama cié flujo de la secuencia de la presente invención. La figura 6 es una vista de la modalidad de pistón doble de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA La figura 1 muestra la presente invención en el contexto de un probador de formación que perfora un pozo de sondeo protegido, toma una muestra de formación y sella de nuevo la tubería de pozo de sondeo. Este probador de perforación protegida se describe en una solicitud de Patente, con número 20.2534, presentada de manera concurrente con la presente invención y relacionada con la Patente Norteamericana No. 5,195,588. El enfoque de la presente invención es la perforación de la tubería de p>oza de sondeo.
La presente invención se describe dentro del contexto de la perforación a través de la tubería de un pozo de sondeo. En la figura 2, una broca, 1 se conecta a un eje impulsor flexible 2. La broca tiene una longitud algo mayor que el espesor de la tuberia a perforar y un diámetro un poco mayor que el diámetro del eje impulsor flexible 2. Un soporte de empuje 3 cabe dentro de un marco de soporte 4. Este soporte de empuje 3 puede aplicar una fuerza sobre la broca empujando en el hombro de la broca la formado en la unión entre la broca y el eje impulsor flexible. El soporte de empuje permite que un pistón aplique una fuerza sobre una broca de rotación sin pérdidas excesivas por fricción. El marco de soporte puede elevarse o bajarse a lo largo de un e e paralelo al eje del eje de perforación por medio de un pistón 5 que se desplaza mediante la aplicación de presión hidráulica a través del bastidor de pistón 6. La longitud de la cámara de pistón 6a debe ser un poco mayor que el espesor del bastidor de tal manera que la fuerza pueda transmitirse hacia la broca durante todo el proceso de perforación a través de todo el bastidor. El eje impulsor flexible se desplaza a lo largo de una guía que tiene la geometría 7. La guia puede ser un par de placas con una ranura formada cuando las placas están juntas. Esta geometría guía dirige el eje flexible a partir de un eje perpendicular hacia el orificio perforado hasta un eje paralelo al orificio perforado. La guia 7 junto con otras cara terís icas de la presente invención se encuentran en un bastidor interno 8. ta activación de la broca por medio de un eje flexible permite la perforación de un orificio a una profundidad mayor que el diámetro del aparato de perforación. En la figura 1 se muestra un sistema de translación de activación necesario que puede aplicar el par motor como la presión sobre el eje motor flexible. Con referen ia a la figura 3, la cara 5a del pistón se encuentra dentro del bastidor de pistón 6 mientras que el brazo del pistón 5b se encuentra sujetado sobre el cuadro de soporte 4 por medio del perno 9. El cuadro de soporte 4 se encuentra sujetado de manera deslizable sobre el bastidor de pistón de tal manera que el ( A rca se desplace con el movimiento del pistón. Los soportes 3 caben dentro del marco de soporte 4. Los soportes están también en contacto con la broca 1. Durante el proceso de perforación, un fluido hidráulico llena la cámara de pistón 6a. Conforme se llena la cámara, el fluido oprime el pistón hacia la broca y la pared de pozo de sondeo. Conforme el pistón se desplaza, se ejerce una fuerza sobre el marco de soporte que se desplaza en la dirección de movimiento de pistón. La fuerza ejercida por el pistón cuando se desplaza hacia adelante se translada a través del marco de soporte a los soportes 3. Los soportes están en contacto con la broca 1 y ejercen la misma fuerza sobre la broca cuando perfora la tubería. Conforme termina la perforación a través de la tubería, se suspende la fuerza del pistón y el pistón es retraído en la herramienta. Para terminar la operación de perforación, el eje flexible proporciona ahora tanto el par motor como la presión requerida . En la figura 4 se ilustra una vista detallada de los soportes 3. El soporte 3 tiene una cara interna 10, una cara externa 11 y una bola 12. La cara interna 10 se encuentra en contacto con la broca. La broca tiene un diámetro mayor que el diámetro del eje flexible 2. La cara interna 10 entra en contacto con la broca en el espacio que resulta de la diferencia de diámetros entre la brsca y el e e flexible. La cara externa 11 se encuentra en contacts con el marco de soporte 4. La fuerza del pistón 5 es transladada a partir del marco 4 a través de la cara externa 11 y la bola 12 hacia la cara interna 10 y la broca 1. Una secuencia estándar de perforación es perforar primero a través de la tubería de acero, después perforar una protección de cemento y finalmente perforar la formación rocosa. Esta frecuencia se ilustra en la figura 5 y empieza por la rotación de la broca 40 a una velocidad de rotación de corte normal, por medio del eje motor flexible a partir del sistema de activación de translación. Después, la broca en rotación entra en contacto con la tubería 41 mediante el desplazamiento simultáneo del sistema de activación de translación hacia arriba como se muestra en la figura 2 y el pistón hacia afuera hacia la derecha como se muestra en la figura 2. Después de entrar en contacto con la tubería, el empuje necesario para empezar el corte propiamente dicho se aplica a la parte posterior de la broca a partir del pistón 42. Mediante la aplicación de la presión de esta forma, no es necesario aplicar la presión sobre la broca por medio del eje de perforación flexible. Sin embargo es necesario coordinar el movimiento del sistema de activación de translación de tal manera que se desplace a la misma velocidad que el pistón. De esta forma, el e e motor flexible se mantiene en un estado neutro, ni en tensión ni en compresión, conforme avanza la perforación a través de la tuberia. Después en la secuencia, la protección de cemento y la formación rocosa se perforan 43. Para estos pasos tanto la rotación como la presión pueden ser suministradas por el sistema de activación de translación. La aplicación del empuje a través del sistema de activación en este punto se debe prácticamente a la resistencia menor de estos materiales y por consiguiente las cargas de torsión y compresión combinadas menores que imponen sobre el eje motor flexible. Otra modalidad de la presente invención presentada en la figura 6 emplea pistones dobles para suministrar presión sobre la broca durante el proceso de perforación. Esta modalidad de la presente invención se ha encontrado que es más útil en las limitaciones geométricas presentes, que la modalidad antes descrita. Los brazos de pistón 15 y 16 se posicianan en lados opuestos de la broca 1. Los brazos de pistón y la cara de pistón 5 se desplazan dentro de un bastidor de pistón 21. Dentro del bastidor se encuentran las cámaras 18 y 18a. Como en la modalidad anterior, la broca se encuentra conectada al eje flexible 2. Los soportes que tienen componentes de cara interna 10, cara externa 11 y bola 12 transmiten la presión a partir de los pistones por medio de una ménsula de soporte 17 hacia la broca. Como antes descrito, la cara interna 10 del soporte se encuentra en contacto con la broca. Se observa que el diámetro de la broca en el punto de contacto es menor que la otra parte de la broca. Esta reducción de diámetro proporciona una superficie de contacto para la cara interna 10. La cara externa 11 se encuentra en contacto directo con una ménsula de soporte 17. Estas ménsulas 17 se encuentran también en contacto con brazo de pistón 15 y 16. Además, estas ménsulas se encuentran en contacto deslizable con un bastidor de soporte 19. El movimiento del pistón se controla por medio del suministro de energía hidráulica para extender o retraer los pistones. Durante el procedimiento de perforación, el fluido hidráulico penetra (22) en las cámaras 18 y se extienden los cilindros hidráulicos. El fluido oprime los pistones 5 ha ia la broca. Conforme se aplica la presión al pistón, el pistón se desplaza hacia la broca aplicando fuerzas sobre las ménsulas de soporte 17 hacia la broca. Este movimiento por parte de las ménsulas de soporte aplica presión sobre la broca durante el proceso de perforación. Al término de la aplicación del empuje sobre la broca, el pistón se retrae por medio del. suministro de fluido a través del. cilindro 23 en las cámaras de cilindro 18a. Esta técnica aleja al pistón de la broca y empuja el fluido hidráulico en las cámaras de cilindro 18 a través de la extensión de cilindro 22. Los sellos de pistón 24 contienen anillos 0 que evitan que el fluido pase entre las cámaras 18 y 18a. La presente invención puede adaptarse para aplicar presión a una broca en profundidades extendidas de una formación terrestre variando la longitud de la carrera del pistón o de la cámara de pistón según lo deseado. El método y el aparato de la presente invención proporcionan una ventaja significativa en comparación con la técnica anterior. Se ha descrito la invención en relación con las modalidades preferidas. Sin embargo, la invención no se limita a estas modalidades. Cambios, variaciones y modificaciones al diseño básico pueden efectuarse sin salirse del concepto de la invención. Además, esitos cambios, variaciones, modificaciones serían evidentes a un experto en la materia que tiene el beneficio de las enseñanzas anteriores contenidas en esta solicitud. Todos estos cambios, variaciones y modificaciones se encuentran dentro del alcance de la presente invención que se encuentra limitada solamente por las siguientes reivindicaciones.