WO2014040202A2 - Sistema de flujo de fluido presurizado que tiene múltiples cámaras de trabajo para un martillo de fondo y martillos de fondo de circulación normal y reversa con dicho sistema - Google Patents

Sistema de flujo de fluido presurizado que tiene múltiples cámaras de trabajo para un martillo de fondo y martillos de fondo de circulación normal y reversa con dicho sistema Download PDF

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WO2014040202A2
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control tube
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Jaime Andrés Aros
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Drillco Tools S.A.
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/005—Testing the nature of borehole walls or the formation by using drilling mud or cutting data

Definitions

  • DTH down-the-hole
  • DTH hammers have only one impulse chamber and one lifting chamber. In such cases, the piston has only one impulse area and one lifting area.
  • the boost and boost areas a few DTH hammers make use of one or more chambers to move the piston, two of whose examples are presented below.
  • the normal circulation hammer design described in this patent has a centrally perforated piston with a shape to provide an additional impulse chamber and an additional lifting chamber between the piston and the inner wall of the hammer outer shell. These two additional chambers are created by recesses in the outer diameter of the piston and separated by a dividing piece.
  • a control bar is provided that extends from the rear head or hammer head axially downward through the central hole, the control bar having a feeding passage extending longitudinally and a discharge passage extending longitudinally. Openings in the control bar and the piston connect these passages respectively with the lifting and impulse chambers when the openings in the control bar are aligned with the openings in the piston during the alternating movement of the latter.
  • the main impulse chamber is continuously connected to the source of pressurized fluid and from there the pressurized fluid is led to the longitudinal feed passage of the control bar to alternately supply the additional lifting and impulse chambers with pressurized fluid, controlled by the position relative of the piston with the control bar.
  • the discharge of pressurized fluid from the main lifting chamber is controlled by the relative position between the piston and either a foot valve or an extended control bar, while the discharge of the additional lifting and impulse chambers is controlled by the relative position of the piston with the control bar.
  • a disadvantage of this design is that the pressure in the main impulse chamber is on average equivalent to the feed pressure of the working fluid, which means that the work exerted by the pressurized fluid on this area of the piston is zero, so that the power of the piston is negatively affected.
  • Another disadvantage is the cross-sectional area occupied by the control bar, resulting in reduced front and rear thrust surfaces.
  • This patent describes a normal circulation drill hammer design where the piston comprises a front piston head, a rear piston head provided with a main impulse area and a waist between the piston heads.
  • An intermediate wall is disposed around the piston waist so that two chambers are formed on each side of the intermediate wall between the piston waist and front and rear jackets arranged in the hammer housing.
  • a pin is arranged through the intermediate wall in order to secure the jackets in fixed angular positions relative to the intermediate wall.
  • Respective channels are arranged between the front and rear jackets and the housing.
  • the first of these channels is connected through radial holes in the back cover with a space behind the piston that is continuously connected to the source of pressurized fluid.
  • the second of these channels is connected to a space at the front end of the piston where the front head of the piston is located and a main lifting area is defined.
  • the chamber formed between the front piston head and the intermediate wall is continuously connected to the channel disposed between the back cover and the housing via a first channel in the intermediate wall and holes in the back cover, whereby said chamber is continuously filled with pressurized fluid from the source of said fluid.
  • the chamber between the rear piston head and the intermediate wall is connected to the channel disposed between the front cover and the housing via a second channel in the intermediate wall and from there with the space at the front end of the piston.
  • the supply of pressurized fluid to the space where the main impulse area is located, inside the rear piston head, is controlled by a valve component arranged in a tube that is connected to the hammer bar arrangement, said tube having openings to the space. .
  • the discharge of said space is controlled by the overlapping of the internal surface of the piston with radial holes in said tube, said radial holes leading the pressurized fluid through the central channel in the piston to a bore hole of the drill.
  • a foot valve is used to control the discharge of the space located at the front end of the piston.
  • the supply of pressurized fluid to the space located at the front end of the piston is controlled by the relative position of the outer surface of the piston and the inner surface of the front cover.
  • the DTH drilling hammers of the prior art described above have the disadvantage that they do not make use of the full capacity of the additional lifting and impulse chambers provided because at least one of these chambers is continuously connected to the source of pressurized fluid so that the Work done by the cameras is null.
  • the pressurized fluid flow system of the invention could have application in both normal DTH drilling hammers and DTH reverse circulation hammers.
  • a pressurized fluid flow system for a bottom hammer, characterized by the presence of a plurality of chambers that work on the piston, namely one or more auxiliary impulse chambers and one or more auxiliary lifting chambers apart from two main chambers located at opposite ends of the piston.
  • auxiliary chambers are each formed around respective machined belts around the piston and are externally delimited by respective jackets.
  • the sleeves are arranged in series longitudinally and are coaxially disposed between the outer shell of the hammer and the piston, the sleeves being separated from each other by seals and supported on the outer shell.
  • the pressurized fluid flow system of the invention is characterized by also having two or more internal chambers, including at least one internal chamber more frontal to all and an internal chamber more rear to all defined by recesses in the internal surfaces of the piston, all the internal chambers being in fluid communication with the source of pressurized fluid and permanently filled with it, to supply the multiple impulse chambers and lifting chambers with said fluid.
  • the supply of pressurized fluid into said chambers is cooperatively controlled by the piston and a control tube, wherein the control tube is arranged coaxially within the central hole of the piston, adjacent to the piston and fixed at its rear end to the butt
  • a set of inlet openings is provided at the rear end of the control tube to allow pressurized fluid from said source to pass into the control tube and to flow from there into the internal chambers through a set of feed openings pierced in the control tube.
  • Sealing means are provided at the front end of the control tube to prevent any pressurized fluid from flowing through said end of the control tube and instead only allow the pressurized fluid to flow out through said feed openings of the control tube
  • the piston has a set of feed openings for driving the pressurized fluid from the internal chambers to the lifting and impulse and auxiliary chambers, the main lifting and impulse chambers being in turn fed with pressurized fluid through respective feed passages defined between the internal surfaces of the piston and external surfaces recessed from the control tube at each end thereof.
  • the pressurized fluid flow system of the invention is also characterized by having one or more discharge chambers formed between the outer shell and the sleeves, the discharge chambers being in fluid communication with the bottom of the well drilled by the hammer to discharge the pressurized fluid from the multiple impulse and lifting chambers.
  • a set of discharge openings is provided in the sleeves, to connect the impulse and elevator chambers with the discharge chambers.
  • the discharge of pressurized fluid from the impulse and lifting chambers is cooperatively controlled by the piston and sleeves, specifically by the external sliding surfaces of the piston and the inner surfaces of the sleeves.
  • a reverse circulation bottom hammer in a second aspect of the invention, characterized in that it comprises the improved pressurized fluid flow system described herein and one or more terminal discharge openings perforated through the outer shell, the openings being connected to the discharge chambers and aligned with respective longitudinal discharge channels formed on the outer surface of the outer shell, in which both the openings and the channels are covered by an external sealing jacket, so as to direct the pressurized fluid to the region peripheral of the front end of the drill.
  • the reverse circulation DTH hammer comprises, as such, a sampling tube coaxially disposed within the outer housing and extending from the cylinder head to the drill.
  • the control tube in this case is specifically disposed between the piston and the tube of sampling, with a space between the control tube and the sampling tube that defines an annular passage for the pressurized fluid.
  • a normal circulating DTH hammer which is characterized by comprising the improved pressurized fluid flow system described herein and a drill guide, with one or more openings connecting the discharge chambers with channels formed between the grooves of the drill, the drill having sweeping holes that connect these channels between the grooves of the drill with the bottom of the well.
  • Figure 1 represents a sectional view in the longitudinal direction of a reverse circulation DTH hammer according to the invention, the hammer comprising the improved pressurized fluid flow system of the invention, specifically showing the piston arrangement with respect to the sleeves and seals, drill and control tube when the plurality of lifting chambers are being supplied with pressurized fluid and the plurality of impulse chambers are discharging pressurized fluid to the bottom of the well.
  • Figure 2 represents a sectional view in the longitudinal direction of a reverse circulation DTH hammer according to the invention, the hammer comprising the improved pressurized fluid flow system of the invention, specifically showing the arrangement of the piston relative to the sleeves. and seals, drill and control tube when the plurality of impulse chambers are being supplied with pressurized fluid and the plurality of lifting chambers are discharging pressurized fluid to the bottom of the well.
  • Figure 3 represents a sectional view in the longitudinal direction of a reverse circulation DTH hammer according to the invention, the hammer comprising the improved pressurized fluid flow system of the invention, specifically showing the piston arrangement with respect to the sleeves and seals, drill and control tube when the hammer is in sweeping mode.
  • Figure 4 represents a sectional view in the longitudinal direction of a normal circulating DTH hammer according to the invention, the hammer comprising the improved pressurized fluid flow system of the invention, specifically showing the arrangement of the piston with respect to the sleeves and seals, drill and control tube when the plurality of lifting chambers are being supplied with pressurized fluid and the plurality of impulse chambers are discharging pressurized fluid to the bottom of the well.
  • FIGs 1, 2 and 3 the pressurized fluid flow system of the invention is shown, as it is applied to a reverse circulation DTH hammer, showing the solution designed according to the invention to bring the pressurized fluid to the plurality of chambers. lifting and impulse, and from said chambers to the discharge chambers and from there to the bottom of the well drilled by the hammer, in all states of these chambers, including the evacuation of pressurized fluid to the peripheral region of the front end of the drill for sweeping rock fragments. Using the arrows, the direction and direction of the pressurized fluid flow has been indicated.
  • Figure 4 which applies to a normal circulating DTH hammer according to the invention, only shows the state where the plurality of lifting chambers are being supplied with pressurized fluid and the plurality of impulse chambers are discharging pressurized fluid to the bottom. from the well.
  • a person versed in the field can effortlessly visualize the rest of the states through which the plurality of lifting and impulse chambers of a normal-circulating DTH hammer pass during the drilling operation, given that the pressurized fluid system It is the same as that shown in Figures 1 to 3 for a reverse circulation DTH hammer.
  • the pressurized fluid flow system according to a first preferred embodiment of the invention comprises the following main components:
  • a centrally perforated piston (60) which is arranged in a sliding and coaxial manner to exert an alternating movement inside the outer casing (1);
  • a drill (90) having a central hole (92) and is slidably mounted on a drill holder (110) on the front of the hammer, in which the drill (90) is aligned with the outer shell (1) by means of a drill guide (150) disposed within said outer shell (1);
  • a sampling tube (130) arranged coaxially inside the outer casing (1) and extending from the cylinder head (20) to the drill bit (90), the sampling tube being inserted at its front end into the central hole (92) of the drill bit (90).
  • the pressurized fluid flow system of the invention further comprises the following components:
  • main lifting chamber (240) and a main impulse chamber (230) located at opposite ends of the piston (60) to produce the reciprocating movement of the piston (60) due to pressure changes of the pressurized fluid contained therein;
  • a set of shirts (40a, 40b, 40c), in this case three shirts, which are arranged in series longitudinally and are coaxially arranged between the outer shell (1) and the piston (60), the shirts (40a, 40b, 40c ) being supported on the outer shell (1) and separated from each other by seals (290a, 290b);
  • auxiliary impulse chambers (241, 242) and auxiliary lifting chambers (231, 232) in this case two of each, respectively located on each side of said seals (290a, 290b) and respectively formed by rear belts ( 71a) and front (71b) machined around the piston (60), to also produce the reciprocating movement of the piston (60) in conjunction with the main lifting and impulse chambers (240, 230) due to pressure changes of the pressurized fluid content within them;
  • control tube (170) arranged coaxially between the piston (60) and the sampling tube (130), the control tube (170) being fixed at its rear end to the cylinder head (20) and disposed adjacent to the piston (60 ) with a space with the sampling tube (130) that defines an annular passage (176).
  • one or more discharge chambers (2) formed between the outer shell (1) and the jackets (40a, 40b, 40c) by a set of recesses on the inner surface of the outer shell (1), the recesses facing the shirts (40a, 40b, 40c), the discharge chambers (2) being in permanent fluid communication with the bottom of the well.
  • control tube (170) has portions with recessed external surfaces (172). Also, the control tube (170) has pressurized fluid inlet openings (177) perforated at its rear end that connect the annular passage (176) with the source of pressurized fluid. In addition, the control tube (170) has a set of feed openings (175) perforated in front of said inlet openings (177) that allow pressurized fluid to flow from the source of pressurized fluid into the inner chambers (70a , 70b, 70c) through the annular passage (176). Moreover, the control tube (170) has sealing means at its front end.
  • control tube (170) extends into the hole (92) of the drill bit (90) and the sealing means are specifically defined by a protrude into the internal hole (92) of the drill bit (90).
  • control tube (170) may not extend into the central hole (92) of the drill (90), in which case the sealing means may comprise a terminal flange of the control tube (170) same.
  • the piston (60) comprises a set of feed openings of lifting chambers (72a, 72c), and a set of feed openings of impulse chambers (72b, 72d) pierced through it to respectively conduct pressurized fluid from the chambers internal (70a, 70b, 70c) to auxiliary lifting chambers (241, 242) and auxiliary impulse chambers (231, 232).
  • a rear feed passage (73a) and a front feed passage (73b) are respectively formed at each end of the piston (60), between the internal surfaces (65) of the piston (60) and recessed external surfaces (172) of the tube control (170), respectively to drive pressurized fluid from the innermost chamber to all (70c) to the main lifting chamber (240) and from the innermost rear chamber to all (70c) to the main pulse chamber (230 ).
  • the jackets (40a, 40b, 40c) have a set of discharge openings (41) pierced through them to discharge pressurized fluid from the lift chambers (240, 241, 242) and impulse chambers (230, 231, 232) to the discharge chambers (2).
  • the precise limits of the different impulse and lifting chambers are the following:
  • the main impulse chamber (230) of the hammer is defined by the cylinder head (20), the back jacket (40a), the control tube (170) and the main impulse surface (62a) of the piston (60).
  • the first auxiliary impulse chamber (231) is defined by the rear seal (290a), the middle sleeve (40b), the rear waist (71a) of the piston and the first auxiliary impulse surface (62b) of the piston (60) .
  • the second auxiliary pulse chamber (232) is defined by the front seal (290b), the front jacket (40c), the front waist (71 b) of the piston and the second auxiliary pulse surface (62c) of the piston (60) .
  • the main lifting chamber (240) of the hammer is defined by the drill bit (90), the drill guide (150), the bottom sleeve (40c), the control tube (170) and the main lifting surface (63c) of the piston (60).
  • the first auxiliary lifting chamber (241) is defined by the front seal
  • the second auxiliary lifting chamber (242) is defined by the rear seal (290a), the rear jacket (40a), the rear waist (71a) of the piston and the second auxiliary lifting surface (63a) of the piston (60).
  • the volumes of the impulse chambers (230, 231, 232) and the lift chamber chambers (240, 241, 242) are variable depending on the position of the piston.
  • the reverse circulation DTH hammer according to the invention has a set of terminal discharge openings (3) drilled through the outer casing (1), preferably adjacent to the portion rear of the discharge chambers (2) and connected to longitudinal discharge channels (4) formed on the outer surface of the outer casing (1).
  • the terminal discharge openings (3) and the longitudinal discharge channels (4) are covered by an external sealing jacket (190), the openings (3) and channels (4) having the function of driving the flow of pressurized fluid from the discharge chambers (2) to the outside of the outer shell (1), along the sides of the outer shell (1), to the peripheral region of the front end of the drill (90).
  • the main lifting chamber (240) is fluidly communicated with the most front internal chamber of all (70c) through a front feed passage (73b) formed between the front portion of the piston (60) and the control tube (170), and the auxiliary lifting chambers (241, 242) are fluidly communicated with the internal chambers (70a, 70b, 70c) through the set of feeding openings of auxiliary lifting chambers (72c, 72a).
  • the pressurized fluid can flow from the inner chambers (70a, 70b, 70c) to the lifting chambers (240, 241, 242) and begin the backward movement of the piston (60).
  • This pressurized fluid flow will stop when the piston (60) has moved in the front end to rear end direction of its travel to the point where the front feed edges (66) of the piston (60) reach the front feed edges (173) of the control tube (170).
  • the piston (60) continues its movement further in the front end to rear end direction of its travel, a point will be reached where the front discharge edges (68) of the piston (60) coincide with the front limit of the assembly of discharge openings (41) of the shirts (40a, 40b, 40c).
  • the lifting chambers (240, 241, 242) of the hammer will be in fluid communication with the discharge chambers (2) (see Figure 2).
  • the pressurized fluid contained within the lifting chambers (240, 241, 242) will be discharged into the discharge chambers (2) and from these chambers (2) it is able to flow freely out of the outer casing ( 1), through the terminal discharge openings (3) thereof, from where it is directed to the peripheral region of the front end of the drill bit (90) through longitudinal discharge channels (4) of the outer housing ( 1), and along its outer surface.
  • These openings (3) and channels (4) are covered by an external sealing jacket (190).
  • the impulse chambers (230, 231, 232) are in direct fluid communication with the discharge chambers (2 ) through the set of discharge openings (41) of the sleeves (40a, 40b, 40c). In this way, the pressurized fluid contained within the impulse chambers (230, 231, 232) is able to flow freely to the discharge chambers (2) and from the discharge chambers (2) outside the outer casing (1 ) through the terminal discharge openings (3) thereof.
  • the pressurized fluid After exiting the outer shell (1) the pressurized fluid is directed to the peripheral region of the front end of the drill bit (90) through longitudinal discharge channels (4) of the outer shell (1), and along the outer surface of it. These openings (3) and channels (4) are covered by an external sealing jacket (190).
  • the main impulse chamber is in fluid communication with the innermost rear chamber of all (70a) through the rear feed passage (73a) formed between the rear portion of the piston (60) and the control tube (170 ) (see Figure 2), while the auxiliary pulse chambers (231, 232) are put into fluid communication with the internal chambers (70a, 70b, 70c) through the set of auxiliary impulse chamber feed openings (72b , 72d).
  • the impulse chambers (230, 231, 232) will be filled with pressurized fluid from the internal chambers (70a, 70b, 70c).
  • the pressurized fluid is able to flow freely from the discharge chambers (2) out of the outer casing ( 1) through the terminal discharge openings (3) thereof, from where it is directed to the peripheral region of the front end of the drill bit (90) through the longitudinal discharge channels (4) of the outer
  • the pressurized fluid flow system according to a second preferred embodiment of the invention relates in this case to a normal circulating hammer and is substantially equal, with respect to the different modes and states of the chambers.
  • elevators 240, 241, 242
  • impulse chambers 230, 231, 232
  • the control of the states of these chambers than that of the reverse circulation hammer of Figures 1 to 3, except for the geometry of the passages inside the control tube (170), which in this case is not delimited by the sampling tube (130) as in the reverse circulation hammer.
  • the normal circulation hammer of Figure 4 is therefore characterized by comprising a normal circulation drill (90) having striations (97) on the external surface thereof and channels (98) formed between the striations (97), in that the channels (98) are covered by the drill holder (110), the drill (90) also having sweeping holes (93) to connect these channels (98) to the bottom of the well.
  • the normal circulation hammer of the invention further comprises a drill guide (150) with one or more openings (151) connecting the discharge chambers (2) with the channels (98) formed between the grooves ( 97) of the drill bit (90).
  • the pressurized fluid is conducted to the bottom of the well along the following route: through the openings (151) in the drill guide (150), into the channels (98) between the grooves (97) of the drill (90) and finally through the sweeping holes (93) at the bottom of the well.
  • the drill (90) has a blind hole (91) and the control tube (170) extends into said blind hole (91), whereby the blind hole (91) it serves as a means of sealing pressurized fluid at the front end of the control tube (170).
  • the pressurized fluid sealing means at the front end of the control tube (170) may comprise a closed end of the control tube (170) itself.

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Abstract

Un sistema de flujo de fluido presurizado para un martillo de fondo tiene una pluralidad de cámaras que ejercen trabajo, a saber una o mas cámaras de impulso y elevadoras auxiliares aparte de dos cámaras principales localizadas en extremos opuestos del pistón, cada una de las cámaras auxiliares estando formadas alrededor de respectivas cinturas en el pistón y externamente delimitadas por respectivas camisas que están dispuestas en serie longitudinalmente. Dos o mas cámaras internas llenas de fluido presurizado son definidas por rebajes en las superficies internas del pistón para suministrar dicho fluido a las cámaras de trabajo, lo cual es controlado en forma cooperativa por el pistón y por un tubo de control coaxial dispuesto dentro del orificio central del pistón. Una o mas cámaras de descarga están formadas entre la carcasa exterior y las camisas para vaciar las cámaras de trabajo a través de aberturas de descarga en las camisas. Martillos de fondo de circulación normal y reversa se proveen que tienen dicho sistema.

Description

SISTEMA DE FLUJO DE FLUIDO PRESURIZADO QUE TIENE MÚLTIPLES CÁMARAS DE TRABAJO PARA UN MARTILLO DE FONDO Y MARTILLOS DE FONDO DE CIRCULACIÓN NORMAL Y REVERSA CON DICHO SISTEMA.
ESTADO DE LA TECNICA
Existen muchos diferentes martillos de fondo (down-the-hole, DTH, por sus siglas en inglés) disponibles para perforación y recuperación de muestras en la minería, obras civiles y en la construcción de pozos de agua, petróleo y gas y geotérmicos. Estos martillos son movidos por fluido presurizado que es alternativamente dirigido por diferentes medios, dependiendo del diseño del martillo de perforación y tipo de martillo (los martillos de perforación de circulación normal son para producción mientras que los martillos de circulación reversa son para recuperación de muestras), a una cámara elevadora y una cámara de impulso ubicadas en extremos opuestos del pistón del martillo. Mientras una cámara es llenada con fluido presurizado, la otra está siendo vaciada y la diferencia de presión entre la cámara elevadora y la cámara de impulso causa el movimiento alternante del pistón y el impacto del mismo sobre la broca con cada recorrido de trabajo del pistón.
La mayoría de los martillos DTH conocidos tienen sólo una cámara de impulso y una cámara elevadora. En tales casos, el pistón sólo tiene un área de impulso y un área elevadora. Sin embargo, para incrementar las áreas de empuje efectivas (esto es, las áreas de impulso y elevadora) unos cuantos martillos DTH hacen uso de uno o más cámaras para mover el pistón, dos de cuyos ejemplos se presentan a continuación.
Patente US5915483
El diseño de martillo de circulación normal descrito en esta patente tiene un pistón perforado centralmente con una forma para proveer una cámara de impulso adicional y una cámara elevadora adicional entre el pistón y la pared interna de la carcasa exterior del martillo. Estas dos cámaras adicionales están creadas por rebajes en el diámetro exterior del pistón y separadas por una pieza divisoria.
Para controlar el flujo de fluido presurizado entrante y saliente^ de las cámaras se provee una barra de control que se extiende desde el cabezal trasero o culata del martillo axialmente hacia abajo por el orificio central, la barra de control teniendo un pasaje de alimentación extendiéndose longitudinalmente y un pasaje de descarga extendiéndose longitudinalmente. Unas aberturas en la barra de control y el pistón conectan respectivamente estos pasajes con las cámaras elevadoras y de impulso cuando las aberturas en la barra de control están alineadas con las aberturas en el pistón durante el movimiento alternante de este último.
La cámara de impulso principal está continuamente conectada a la fuente de fluido presurizado y desde allí el fluido presurizado es conducido al pasaje de alimentación longitudinal de la barra de control para alternadamente suministrar las cámaras elevadora y de impulso adicionales con fluido presurizado, controlado por la posición relativa del pistón con la barra de control.
La descarga de fluido presurizado de la cámara elevadora principal es controlada por la posición relativa entre el pistón y ya sea un válvula de pie (foot valve) o una barra de control extendida, mientras que la descarga de las cámaras elevadora y de impulso adicionales es controlada por la posición relativa del pistón con la barra de control.
Una desventaja de este diseño es que la presión en la cámara de impulso principal es en promedio equivalente a la presión de alimentación del fluido de trabajo, lo cual significa que el trabajo ejercido por el fluido presurizado sobre esta zona del pistón es nulo, de modo que la potencia del pistón se ve negativamente afectada. Otra desventaja es el área de sección transversal ocupada por la barra de control, resultando en superficies de empuje frontal y trasera reducidas.
Patente US5992545
Esta patente describe un diseño de martillo de perforación de circulación normal donde el pistón comprende un cabezal frontal de pistón, un cabezal trasero de pistón provisto con un área de impulso principal y una cintura entre los cabezales del pistón. Se dispone de una pared intermedia alrededor de la cintura del pistón de modo que se forman dos cámaras en cada lado de la pared intermedia entre la cintura del pistón y encamisados frontal y trasero dispuestos en la carcasa del martillo. Se dispone un pasador a través de la pared intermedia con el fin de asegurar los encamisados en posiciones fijas angulares relativas a la pared intermedia.
Unos respectivos canales se disponen entre los encamisados frontal y trasero y la carcasa. El primero de estos canales está conectado a través de orificios radiales en el recubrimiento trasero con un espacio detrás del pistón que está continuamente conectado con la fuente de fluido presurizado. El segundo de estos canales está conectado a un espacio en el extremo frontal del pistón donde se ubica el cabezal frontal del pistón y se define un área elevadora principal. La cámara formada entre el cabezal frontal del pistón y la pared intermedia está continuamente conectada con el canal dispuesto entre el recubrimiento trasero y la carcasa vía un primer canal en la pared intermedia y orificios en el recubrimiento trasero, por lo que dicha cámara está continuamente llena con fluido presurizado de la fuente de dicho fluido. La cámara entre el cabezal trasero del pistón y la pared intermedia está conectada al canal dispuesto entre el recubrimiento frontal y la carcasa vía un segundo canal en la pared intermedia y desde ahí con el espacio en el extremo frontal del pistón.
La alimentación de fluido presurizado al espacio donde se ubica el área de impulso principal, dentro del cabezal trasero del pistón, es controlado por un componente válvula dispuesto en un tubo que está conectado al arreglo de barras del martillo, dicho tubo teniendo orificios abiertos al espacio. La descarga de dicho espacio es controlada por el traslape de la superficie interna del pistón con orificios radiales en dicho tubo, dichos orificios radiales conduciendo el fluido presurizado a través del canal central en el pistón a un orificio de barrido de la broca. Una válvula de pie se utiliza para controlar la descarga del espacio ubicado en el extremo frontal del pistón.
La alimentación de fluido presurizado al espacio ubicado en el extremo frontal del pistón es controlado por la posición relativa de la superficie externa del pistón y la superficie interna del recubrimiento frontal.
Dado que en este diseño la cámara formada entre el cabezal frontal del pistón y la pared intermedia está continuamente conectada a la fuente de fluido presurizado, el trabajo ejercido por esta zona del pistón es nulo.
OBJETIVOS DE LA INVENCION
Los martillos de perforación DTH del arte previo descritos precedentemente tienen el inconveniente que no hacen uso de toda la capacidad de las cámaras elevadoras y de impulso adicionales provistas porque al menos una de estas cámaras está continuamente conectada a la fuente de fluido presurizado de modo que el trabajo ejercido por las cámaras es nulo.
Por lo tanto, debido al alto costo de operar equipo de perforación y las mayores profundidades de los pozos que se necesitan en algunas aplicaciones tales como exploración de petróleo y gas y de minerales, sería deseable tener un sistema de flujo de fluido presurizado para una martillo de perforación DTH que pudiera incorporar las siguientes mejoras sin afectar la vida útil del martillo: • un mayor consumo de fluido presurizado y como resultado una potencia más alta y una mayor velocidad de penetración,
• una eficiencia más alta en el proceso de conversión de energía para proporcionar una potencia aún más alta y una velocidad de penetración aún mayor, y
• una mayor capacidad de perforación a mayores profundidades.
Sería también deseable que, en términos de control del estado de las cámaras de elevación y de impulso, el sistema de flujo de fluido presurizado de la invención pudiera tener aplicación tanto en martillos de perforación DTH normales como martillos de perforación DTH de circulación reversa.
RESUMEN DE LA INVENCION
En un primer aspecto de la invención, se provee un sistema de flujo de fluido presurizado para un martillo de fondo, caracterizado por la presencia de una pluralidad de cámaras que ejercen trabajo en el pistón, a saber, una o más cámaras de impulso auxiliares y una o más cámaras elevadoras auxiliares aparte de dos cámaras principales ubicadas en extremos opuestos del pistón. Estas cámaras auxiliares están cada una formadas alrededor de respectivas cinturas mecanizadas alrededor del pistón y están externamente delimitadas por respectivas camisas. Las camisas están dispuestas en serie longitudinalmente y están coaxialmente dispuestas entre la carcasa exterior del martillo y el pistón, las camisas estando separadas una de la otra por sellos y soportadas en la carcasa exterior.
El sistema de flujo de fluido presurizado de la invención está caracterizado por tener además dos o más cámaras internas, incluyendo al menos una cámara interna más frontal a todas y una cámara interna más trasera a todas definidas por rebajes en las superficies internas del pistón, todas las cámaras internas estando en comunicación fluida con la fuente de fluido presurizado y permanentemente llenas con el mismo, para suministrar las múltiples cámaras de impulso y cámaras elevadoras con dicho fluido.
La alimentación de fluido presurizado hacia adentro de dichas cámaras es controlada en forma cooperativa por el pistón y un tubo de control, en donde el tubo de control está dispuesto coaxialmente dentro del orificio central del pistón, adyacente al pistón y fijado por su extremo trasero a la culata. Se provee un conjunto de aberturas de entrada en el extremo trasero del tubo de control para permitir al fluido presurizado proveniente de dicha fuente que pase al interior del tubo de control y que fluya desde ahí hacia adentro de las cámaras internas a través de un conjunto de aberturas de alimentación horadadas en el tubo de control. Se proveen unos medios de sellado en el extremo frontal del tubo de control para evitar que cualquier fluido presurizado fluya fuera a través de dicho extremo del tubo de control y en cambio sólo permita que el fluido presurizado fluya fuera a través de dichas aberturas de alimentación del tubo de control.
En la invención, el pistón tiene un conjunto de aberturas de alimentación para conducir el fluido presurizado desde las cámaras internas a las cámaras elevadoras y de impulso y auxiliares, las cámaras elevadora y de impulso principales siendo a su vez alimentadas con fluido presurizado a través de respectivos pasajes de alimentación definidos entre las superficies internas del pistón y superficies externas rebajadas del tubo de control en cada extremo de los mismos.
El sistema de flujo de fluido presurizado de la invención también se caracteriza por tener uno o más cámaras de descarga formadas entre la carcasa exterior y las camisas, las cámaras de descarga estando en comunicación fluida con el fondo del pozo perforado por el martillo para descargar el fluido presurizado de las múltiples cámaras de impulso y elevadoras. Para este propósito se provee un conjunto de aberturas de descarga en las camisas, para conectar las cámaras de impulso y elevadoras con las cámaras de descarga. De esta manera, la descarga de fluido presurizado desde las cámaras de impulso y elevadoras es controlada en forma cooperativa por el pistón y las camisas, específicamente por las superficies deslizantes extemas del pistón y las superficies internas de las camisas.
En un segundo aspecto de la invención, se provee un martillo de fondo de circulación reversa, caracterizado porque comprende el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado aquí descrito y una o más aberturas de descarga terminales perforadas a través de la carcasa exterior, las aberturas estando conectadas a las cámaras de descarga y alineadas con respectivos canales de descarga longitudinales formados en la superficie externa de la carcasa exterior, en que tanto las aberturas como los canales están cubiertos por una camisa selladora extema, de modo de dirigir el fluido presurizado a la región periférica del extremo frontal de la broca. El martillo DTH de circulación reversa comprende, como tal, un tubo de muestreo coaxialmente dispuesto dentro de la carcasa exterior y extendiéndose desde la culata hasta la broca. El tubo de control en este caso está específicamente dispuesto entre el pistón y el tubo de muestreo, con un espacio entremedio del tubo de control y el tubo de muestreo que define un pasaje anular para el fluido presurizado.
En un tercer aspecto de la invención, se provee un martillo DTH de circulación normal que se caracteriza por comprender el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado aquí descrito y una guía de broca, con una o más aberturas que conectan las cámaras de descarga con canales formados entre las estrías de la broca, la broca teniendo orificios de barrido que conectan estos canales entre las estrías de la broca con el fondo del pozo.
Para facilitar la comprensión de las ideas precedentes, la invención es descrita en adelante haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
En los dibujos:
La Figura 1 representa una vista en corte en el sentido longitudinal de un martillo DTH de circulación reversa de acuerdo a la invención, el martillo comprendiendo el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado de la invención, específicamente mostrando la disposición del pistón respecto a las camisas y sellos, broca y tubo de control cuando la pluralidad de cámaras elevadoras están siendo suministradas con fluido presurizado y la pluralidad de cámaras de impulso están descargando fluido presurizado al fondo del pozo.
La Figura 2 representa una vista en corte en el sentido longitudinal de un martillo DTH de circulación reversa de acuerdo a la invención, el martillo comprendiendo el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado de la invención, específicamente mostrando la disposición del pistón respecto a las camisas y sellos, broca y tubo de control cuando la pluralidad de cámaras de impulso están siendo suministradas con fluido presurizado y la pluralidad de cámaras elevadoras están descargando fluido presurizado al fondo del pozo.
La Figura 3 representa una vista en corte en el sentido longitudinal de un martillo DTH de circulación reversa de acuerdo a la invención, el martillo comprendiendo el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado de la invención, específicamente mostrando la disposición del pistón respecto a las camisas y sellos, broca y tubo de control cuando el martillo está en modo de barrido.
La Figura 4 representa una vista en corte en el sentido longitudinal de un martillo DTH de circulación normal de acuerdo a la invención, el martillo comprendiendo el sistema de flujo de fluido presurizado mejorado de la invención, específicamente mostrando la disposición del pistón respecto a las camisas y sellos, broca y tubo de control cuando la pluralidad de cámaras elevadoras están siendo suministradas con fluido presurizado y la pluralidad de cámaras de impulso están descargando fluido presurizado al fondo del pozo.
En las figuras 1 , 2 y 3 se ha representado el sistema de flujo de fluido presurizado de la invención, como es aplicado a un martillo DTH de circulación reversa, mostrando la solución diseñada según la invención para llevar el fluido presurizado a la pluralidad de cámaras elevadoras y de impulso, y desde dichas cámaras a las cámaras de descarga y desde allí al fondo del pozo perforado por el martillo, en todos los estados de estas cámaras, incluyendo la evacuación de fluido presurizado a la región periférica del extremo frontal de la broca para el barrido de los fragmentos de roca. Mediante el uso de flechas se ha señalado la dirección y sentido del flujo de fluido presurizado.
Por otra parte, la Figura 4, que aplica a un martillo DTH de circulación normal según la invención, sólo muestra el estado donde la pluralidad de cámaras elevadoras están siendo suministradas con fluido presurizado y la pluralidad de cámaras de impulso están descargando fluido presurizado al fondo del pozo. Sin embargo, una persona versada en la materia podrá visualizar sin esfuerzo el resto de los estados por los que la pluralidad de cámaras elevadoras y de impulso de un martillo DTH de circulación normal pasan durante la operación de perforación, dado que el sistema de fluido presurizado es el mismo que el mostrado en las Figuras 1 a 3 para un martillo DTH de circulación reversa.
DESCRIPCION DETALLADA DE UNA PRIMERA REALIZACION PREFERIDA DE LA INVENCION (Figuras 1 a 3)
Refiriéndose a las Figuras 1 a 3, el sistema de flujo de fluido presurizado de acuerdo a una primera realización preferida de la invención comprende los siguientes componentes principales:
una carcasa exterior cilindrica (1);
una culata (20) fijada al extremo trasero de dicha carcasa exterior (1) para conectar el martillo a la fuente de fluido presurizado;
un pistón (60) centralmente perforado que está dispuesto en forma deslizante y coaxial para ejercer un movimiento alternante dentro de la carcasa exterior (1);
una broca (90) que tiene un orificio central (92) y está montado en forma deslizante en un porta broca (110) en la parte frontal del martillo, en que la broca (90) está alineada con la carcasa exterior (1) por medio de una guía de broca (150) dispuesta dentro de dicha carcasa exterior (1); y
un tubo de muestreo (130) dispuesto coaxialmente dentro de la carcasa exterior (1) y extendiéndose desde la culata (20) hasta la broca (90), el tubo de muestreo estando insertado en su extremo frontal en el orificio central (92) de la broca (90).
Como se muestra en estas figuras, el sistema de flujo de fluido presurizado de la invención comprende además los siguientes componentes:
una cámara elevadora principal (240) y una cámara de impulso principal (230) localizadas en extremos opuestos del pistón (60) para producir el movimiento alternante del pistón (60) debido a los cambios de presión del fluido presurizado contenido ahí dentro;
un conjunto de camisas (40a, 40b, 40c), en este caso tres camisas, que están dispuestas en serie longitudinalmente y están coaxialmente dispuestas entre la carcasa exterior (1) y el pistón (60), las camisas (40a, 40b, 40c) estando soportadas en la carcasa exterior (1 ) y separadas una de la otra por sellos (290a, 290b);
un conjunto de cámaras de impulso auxiliares (241 , 242) y cámaras elevadoras auxiliares (231, 232), en este caso dos de cada una, respectivamente ubicadas a cada lado de dichos sellos (290a, 290b) y respectivamente formadas por cinturas trasera (71a) y frontal (71b) mecanizadas alrededor del pistón (60), para asimismo producir el movimiento alternante del pistón (60) en conjunto con las cámaras elevadora y de impulso principales (240, 230) debido a los cambios de presión del fluido presurizado contenido dentro de las mismas;
un tubo de control (170) dispuesto coaxialmente entre el pistón (60) y el tubo de muestreo (130), el tubo de control (170) estando fijado por su extremo trasero a la culata (20) y dispuesto adyacente al pistón (60) con un espacio con el tubo de muestreo (130) que define un pasaje anular (176).
un conjunto de cámaras internas (70a, 70b, 70c) definidas por rebajes en las superficies internas (65) del pistón (60), las cámaras internas (70a, 70b, 70c) estando en comunicación fluida permanente con la fuente de fluido presurizado y llenas con el mismo; y
una o más cámaras de descarga (2) formadas entre la carcasa exterior (1) y las camisas (40a, 40b, 40c) por un conjunto de rebajes en la superficie interna de la carcasa exterior (1), los rebajes enfrentando a las camisas (40a, 40b, 40c), las cámaras de descarga (2) estando en comunicación fluida permanente con el fondo del pozo.
Como puede observarse, el tubo de control (170) tiene porciones con superficies extemas rebajadas (172). Asimismo, el tubo de control (170) tiene aberturas de entrada de fluido presurizado (177) perforadas en su extremo trasero que conectan el pasaje anular (176) con la fuente de fluido presurizado. Además, el tubo de control (170) tiene un conjunto de aberturas de alimentación (175) perforadas delante de dichas aberturas de entrada (177) que permiten que el fluido presurizado fluya desde la fuente de fluido presurizado hacia adentro de las cámaras internas (70a, 70b, 70c) a través del pasaje anular (176). Más aún, el tubo de control (170) tiene medios de sellado en su extremo frontal.
En el caso de la realización preferida de la invención ilustrada en las Figuras 1 a 3, el tubo de control (170) se extiende hacia adentro del orificio (92) de la broca (90) y los medios de sellado están específicamente definidos por un resalte en el orificio interno (92) de la broca (90). Sin embargo, en otras realizaciones de la invención el tubo de control (170) puede no extenderse hacia adentro del orifico central (92) de la broca (90), en cuyo caso los medios de sellado pueden comprender una brida terminal del tubo de control (170) mismo.
El pistón (60) comprende un conjunto de aberturas de alimentación de cámaras elevadoras (72a, 72c), y un conjunto de aberturas de alimentación de cámaras de impulso (72b, 72d) horadadas a través del mismo para respectivamente conducir fluido presurizado desde las cámaras internas (70a, 70b, 70c) a las cámaras elevadoras auxiliares (241, 242) y a las cámaras de impulso auxiliares (231, 232).
Un pasaje de alimentación trasero (73a) y un pasaje de alimentación frontal (73b) están respectivamente formados a cada extremo del pistón (60), entre las superficies internas (65) del pistón (60) y superficies externas rebajadas (172) del tubo de control (170), para respectivamente conducir fluido presurizado desde la cámara interna más frontal a todas (70c) a la cámara elevadora principal (240) y desde la cámara interna más trasera a todas (70c) a la cámara de impulso principal (230).
Las camisas (40a, 40b, 40c) tienen un conjunto de aberturas de descarga (41) horadadas a través de ellas para descargar fluido presurizado desde las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) y cámaras de impulso (230, 231 , 232) a las cámaras de descarga (2). Los límites precisos de las diferentes cámaras de impulso y elevadoras son las siguientes:
La cámara de impulso principal (230) del martillo está definida por la culata (20), la camisa trasera (40a), el tubo de control (170) y la superficie de impulso principal (62a) del pistón (60).
La primera cámara de impulso auxiliar (231) está definida por el sello trasero (290a), la camisa del medio (40b), la cintura trasera (71a) del pistón y la primera superficie de impulso auxiliar (62b) del pistón (60).
La segunda cámara de impulso auxiliar (232) está definida por el sello frontal (290b), la camisa frontal (40c), la cintura frontal (71 b) del pistón y la segunda superficie de impulso auxiliar (62c) del pistón (60).
La cámara elevadora principal (240) del martillo está definida por la broca (90), la guía de broca (150), la camisa inferior (40c), el tubo de control (170) y la superficie elevadora principal (63c) del pistón (60).
La primera cámara elevadora auxiliar (241) está definida por el sello frontal
(290b), la camisa del medio (40b), la cintura frontal (71b) del pistón y la primera superficie elevadora auxiliar (63b) del pistón (60).
La segunda cámara elevadora auxiliar (242) está definida por el sello trasero (290a), la camisa trasera (40a), la cintura trasera (71a) del pistón y la segunda superficie elevadora auxiliar (63a) del pistón (60).
Los volúmenes de las cámaras de impulso (230, 231 , 232) y las cámaras de cámaras elevadoras (240, 241 , 242) son variables dependiendo de la posición del pistón.
El martillo DTH de circulación reversa de acuerdo a la invención, tal como se muestra en las Figuras 1 a 3, tiene un conjunto de aberturas de descarga terminales (3) perforadas a través de la carcasa exterior (1), preferentemente adyacentes a la porción trasera de las cámaras de descarga (2) y conectadas a canales de descarga longitudinales (4) formados en la superficie externa de la carcasa exterior (1). Las aberturas de descarga terminales (3) y los canales de descarga longitudinales (4) están cubiertos por una camisa selladora externa (190), las aberturas (3) y canales (4) teniendo la función de conducir el flujo de fluido presurizado desde las cámaras de descarga (2) hasta afuera de la carcasa exterior (1), a lo largo de los lados de la carcasa exterior (1), a la región periférica del extremo frontal de la broca (90).
Control del estado de las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) Cuando en el ciclo del martillo la cara de impacto (61) del pistón (60) está en contacto con la cara de impacto (95) de la broca (90) y la broca (90) se encuentra en el punto de más atrás de su recorrido, es decir, cuando el martillo se encuentra en posición de impacto (ver Figura 1), las cámaras elevadoras (240, 241, 242) se encuentran en comunicación fluida con las cámaras internas (70a, 70b, 70c). Específicamente, la cámara elevadora principal (240) se encuentra comunicada fluidamente con la cámara interna más frontal de todas (70c) a través de un pasaje de alimentación frontal (73b) formado entre la porción frontal del pistón (60) y el tubo de control (170), y las cámaras elevadoras auxiliares (241 , 242) se encuentran comunicadas fluidamente con las cámaras internas (70a, 70b, 70c) a través del conjunto de aberturas de alimentación de cámaras elevadoras auxiliares (72c, 72a). De esta manera, el fluido presurizado puede fluir desde las cámaras internas (70a, 70b, 70c) hacia las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) y empezar el movimiento hacia atrás del pistón (60).
Este flujo de fluido presurizado se detendrá cuando el pistón (60) se haya desplazado en la dirección extremo frontal a extremo trasero de su recorrido hasta el punto donde los bordes de alimentación frontales (66) del pistón (60) alcancen los bordes de alimentación frontales (173) del tubo de control (170). A medida que el pistón (60) continúa su movimiento más en la dirección extremo frontal a extremo trasero de su recorrido, se alcanzará un punto donde los bordes de descarga frontales (68) del pistón (60) coincidan con el límite frontal del conjunto de aberturas de descarga (41) de las camisas (40a, 40b, 40c). A medida que el movimiento del pistón continúa aún más, las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) del martillo se pondrán en comunicación fluida con las cámaras de descarga (2) (ver Figura 2). De esta manera, el fluido presurizado contenido dentro de las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) será descargado hacia adentro de las cámaras de descarga (2) y desde estas cámaras (2) es capaz de fluir libremente fuera de la carcasa exterior (1), a través de las aberturas de descarga terminales (3) de la misma, desde donde es dirigido a la región periférica del extremo frontal de la broca (90) a través de canales de descarga longitudinales (4) de la carcasa exterior (1), y a lo largo de la superficie externa de ésta. Estas aberturas (3) y canales (4) están cubiertos por una camisa selladora externa (190).
Control del estado de las cámaras de impulso (230, 231 , 232)
Cuando en el ciclo del martillo, la cara de impacto (61) del pistón (60) está en contacto con la cara de impacto (95) de la broca (90) y la broca (90) se encuentra en el punto de más atrás de su recorrido, es decir, cuando el martillo se encuentra en posición de impacto (ver Figura 1), las cámaras de impulso (230, 231, 232) se encuentran en comunicación fluida directa con las cámaras de descarga (2) a través del conjunto de aberturas de descarga (41) de las camisas (40a, 40b, 40c). De esta manera, el fluido presurizado contenido dentro de las cámaras de impulso (230, 231 , 232) es capaz de fluir libremente a las cámaras de descarga (2) y desde las cámaras de descarga (2) fuera de la carcasa exterior (1) a través de las aberturas de descarga terminales (3) de la misma. Después de salir de la carcasa exterior (1) el fluido presurizado es dirigido a la región periférica del extremo frontal de la broca (90) a través de canales de descarga longitudinales (4) de la carcasa exterior (1), y a lo largo de la superficie externa de ésta. Estas aberturas (3) y canales (4) están cubiertos por una camisa selladora externa (190).
Este flujo de fluido presurizado fuera de las cámaras de impulso (230, 231 , 232) se detendrá cuando el pistón (60) se haya desplazado en la dirección extremo frontal a extremo trasero de su recorrido hasta que los bordes de alimentación traseros (69) del pistón (60) alcancen el límite trasero del conjunto de aberturas de descarga (41) de las camisas (40). A medida que el pistón (60) continúa su movimiento más en la dirección extremo frontal a extremo trasero de su recorrido, se alcanzará un punto donde los bordes de descarga traseros (67) del pistón (60) coincidan con los bordes de alimentación traseros (174) del tubo de control (170). A medida que el movimiento del pistón continúa aún más, las cámaras de impulso (230, 231, 243) del martillo se ponen en comunicación fluida con las cámaras internas (70a, 70b, 70c) del pistón (60). Específicamente, la cámara de impulso principal se pone en comunicación fluida con la cámara interna más trasera de todas (70a) a través del pasaje de alimentación trasero (73a) formado entre la porción trasera del pistón (60) y el tubo de control (170) (ver Figura 2), mientras que las cámaras de impulso auxiliares (231 , 232) se ponen en comunicación fluida con las cámaras internas (70a, 70b, 70c) a través del conjunto de aberturas de alimentación de cámaras de impulso auxiliares (72b, 72d). De esta manera, las cámaras de impulso (230, 231, 232) se llenarán de fluido presurizado proveniente de las cámaras internas (70a, 70b, 70c).
Operación en Modo Barrido
En el modo barrido del martillo, esto es, cuando la broca (90) no está en contacto con la roca, el martillo deja de percutir, la cara de impacto (61) del pistón (60) descansa directamente en la cara de impacto (95) de la broca (90) y el fluido presurizado es conducido directamente a la región periférica del extremo frontal del broca (90) a través de la siguiente ruta: desde la fuente de fluido presurizado al conjunto de aberturas de entrada (177) del tubo de control (170), a través del pasaje (176) formado entre la superficie externa del tubo de muestreo (130) y superficie interna del tubo de control (170), hacia adentro de las cámaras de impulso (230, 231, 232), a través del conjunto de aberturas de descarga (41) de las camisas (40a, 40b, 40c), hacia adentro de las cámaras de descarga (2) y, finalmente, el fluido presurizado es capaz de fluir libremente desde las cámaras de descarga (2) hacia fuera de la carcasa exterior (1) a través de las aberturas de descarga terminales (3) de la misma, desde donde es dirigido a la región periférica del extremo frontal de la broca (90) a través de los canales de descarga longitudinales (4) de la carcasa exterior (1), y a lo largo de la superficie externa de ésta. Estas aberturas (3) y canales (4) están cubiertos por una camisa selladora externa (190).
DESCRIPCION DETALLADA DE UNA SEGUNDA REALIZACION PREFERIDA DE LA INVENCION (Figura 4)
Refiriéndose a la Figura 4, el sistema de flujo de fluido presurizado de acuerdo a una segunda realización preferida de la invención se relaciona en este caso con un martillo de circulación normal y es substancialmente igual, con respecto a los diferentes modos y estados de las cámaras elevadoras (240, 241, 242) y cámaras de impulso (230, 231 , 232) y el control de los estados de estas cámaras, que aquél del martillo de circulación reversa de las Figuras 1 a 3, salvo por la geometría de los pasajes dentro del tubo de control (170), el cual en este caso no está delimitado por el tubo de muestreo (130) como en el martillo de circulación reversa.
El martillo de circulación normal de la Figura 4 está por tanto caracterizado por comprender una broca de circulación normal (90) que tiene estrías (97) en la superficie externa de la misma y canales (98) formados entre las estrías (97), en que los canales (98) están cubiertos por el porta broca (110), teniendo además la broca (90) orificios de barrido (93) para conectar estos canales (98) con el fondo del pozo.
Como se ¡lustra, el martillo de circulación normal de la invención comprende además una guía de broca (150) con uno o más aberturas (151) que conectan las cámaras de descarga (2) con los canales (98) formados entre las estrías (97) de la broca (90). Desde las cámaras de descarga (2), el fluido presurizado es conducido al fondo del pozo a lo largo de la siguiente ruta: a través de las aberturas (151) en la guía de broca (150), hacia dentro de los canales (98) entre las estrías (97) de la broca (90) y finalmente a través de los orificios de barrido (93) al fondo del pozo.
En la realización mostrada en la Figura 4, la broca (90) tiene un orificio ciego (91) y el tubo de control (170) se extiende hacia adentro de dicho orificio ciego (91), por lo cual el orificio ciego (91) sirve de medio de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170). Sin embargo, en ausencia de dicho un orificio ciego (91), el medio de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) puede comprender un extremo cerrado del tubo de control (170) mismo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de flujo de fluido presurizado para un martillo de fondo de circulación reversa, en que el martillo comprende los siguientes componentes principales: una carcasa exterior cilindrica (1), una culata (20) fijada al extremo trasero de dicha carcasa exterior (1) para conectar el martillo a la fuente de fluido presurizado, un pistón (60) centralmente perforado dispuesto en forma deslizante y coaxial para ejercer un movimiento alternante dentro de la carcasa exterior (1), y una broca (90) montada en forma deslizante en un porta broca (110) en la parte frontal del martillo, en que el sistema de flujo de fluido presurizado comprende:
una cámara elevadora principal (240) y una cámara de impulso principal (230) ubicadas en extremos opuestos del pistón (60) para producir el movimiento alternante del pistón (60) debido a los cambios de presión del fluido presurizado contenido ahí dentro;
un conjunto de camisas (40a, 40b, 40c), dispuestas en serie longitudinalmente y dispuestas coaxialmente entre la carcasa exterior (1) y el pistón (60), en que las camisas (40a, 40b, 40c) están soportadas en la carcasa exterior (1) y separadas una del otra por sellos (290a, 290b);
un conjunto de cámaras de impulso auxiliares (241 , 242) y cámaras elevadoras auxiliares (231 , 232) para asimismo producir, en conjunto con las cámaras elevadora principal (240) y la cámara de impulso principal (230), el movimiento alternante del pistón (60) debido a los cambios de presión del fluido presurizado contenido en dentro de las mismas, en que cámaras de impulso auxiliares (241 , 242) y cámaras elevadoras auxiliares (231 , 232) están respectivamente ubicadas a cada lado de dichos sellos (290a, 290b) y están formadas por respectivas cinturas (71a, 71b) mecanizadas alrededor del pistón (60);
un tubo de control (170) dispuesto coaxialmente entre el pistón (60) y el tubo de muestreo (130), adyacente al pistón (60) y fijado por su extremo trasero a la culata (20);
un conjunto de cámaras internas (70a, 70b, 70c), incluyendo al menos una cámara interna más trasera que todas (70a) y una cámara interna más frontal que todas (70c), en que las cámaras internas (70a, 70b, 70c) están definidas por rebajes en las superficies internas (65) del pistón (60), y en que las cámaras internas (70a, 70b, 70c) están en comunicación fluida permanente con la fuente de fluido presurizado y llenas con el mismo cuando el martillo está en operación; y una o más cámaras de descarga (2) formadas entre la carcasa exterior (1) y las camisas (40a, 40b, 40c), en que las cámaras de descarga (2) están en comunicación fluida permanente con el fondo del pozo cuando el martillo está en operación;
en que el tubo de control ( 70) tiene: aberturas de entrada de fluido presurizado (177) perforadas en su extremo trasero que conectan con la fuente de fluido presurizado; un conjunto de aberturas de alimentación (175) perforadas delante de dichas aberturas de entrada (177) y abiertas a las cámaras internas (70a, 70b, 70c) para permitir que el fluido presurizado fluya desde la fuente de fluido presurizado hacia adentro de las cámaras internas (70a, 70b, 70c); y medios de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) para evitar que fluido presurizado fluya fuera del tubo de control sino a través de dichas aberturas de alimentación (175);
en que el pistón (60) comprende: un conjunto de aberturas de alimentación de cámaras elevadoras (72a, 72c), y un conjunto de aberturas de alimentación de cámaras de impulso (72b, 72d) horadadas a través del mismo para respectivamente conducir fluido presurizado desde las cámaras internas (70a, 70b, 70c) a las cámaras elevadoras auxiliares (241 , 242) y a las cámaras de impulso auxiliares (231 , 232); en que un pasaje de alimentación trasero (73a) y un pasaje de alimentación frontal (73b) están respectivamente definidos entre las superficies internas (65) del pistón (60) y superficies externas rebajadas (172) del tubo de control (170), a cada extremo de éstos, para respectivamente conducir fluido presurizado desde la cámara interna más frontal a todas (70c) a la cámara elevadora principal (240) y desde la cámara interna más trasera a todas (70c) a la cámara de impulso principal (230); y
en que las camisas (40a, 40b, 40c) tienen un conjunto de aberturas de descarga (41) para descargar fluido presurizado desde las cámaras elevadoras (240, 241 , 242) y cámaras de impulso (230, 231, 232) a las cámaras de descarga (2).
2. Un martillo de fondo de circulación reversa que comprende:
el sistema de flujo de fluido presurizado de la reivindicación 1 ;
un tubo de muestreo (130) dispuesto coaxialmente dentro de la carcasa exterior (1) y extendiéndose desde la culata (20) hasta la broca (90), el tubo de control (170) estando dispuesto coaxialmente entre el pistón (60) y el tubo de muestreo (130) con un espacio con el tubo de muestreo (130) que define un pasaje anular (176) para que el fluido presurizado fluya desde las aberturas de entrada (177) del tubo de control (170) hasta las cámaras internas (70a, 70b, 70c), a través del conjunto de aberturas de alimentación (175) del tubo de control (170); y
una o más aberturas de descarga terminales (3) perforadas a través de la carcasa exterior (1), las aberturas (3) alineadas con respectivos canales de descarga longitudinales (4) formados en la superficie externa de la carcasa exterior (1);
en que tanto las aberturas (3) como los canales de descarga longitudinales (4) están cubiertos por una camisa selladora externa (190) para conducir el flujo de fluido presurizado a lo largo de los lados de la carcasa exterior (1) a la región periférica del extremo frontal de la broca (90).
El martillo de fondo de circulación reversa de la reivindicación 2, en que la broca
(90) tiene un orificio central (92) y el extremo frontal del tubo de muestreo (130) y del tubo de control (170) están insertos en dicho orificio (92), y en que los medios de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) comprenden un resalte interno en dicho orificio (92) de la broca (92).
4. El martillo de fondo de circulación reversa de la reivindicación 2, en que los medios de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) comprenden una brida en el extremo frontal del tubo de control (170).
5. Un martillo de fondo de circulación normal, en que el martillo comprende:
el sistema de flujo de fluido presurizado de la reivindicación 1 ;
en que la broca (90) tiene estrías (97) en la superficie externa de la misma y canales (98) formados entre las estrías (97), en que los canales están cubiertos por el porta broca (110), y en que la broca (90) además tiene orificios de barrido (93) para conectar los canales (98) formados entre las estrías (97) con el fondo del pozo; y
una guía de broca (150) teniendo una o más aberturas (151) que conectan las cámaras de descarga (2) con canales (98) formad6. El martillo de fondo de circulación normal de la reivindicación 5, en que la broca (90) tiene un orificio ciego
(91) y el tubo de control (170) se extiende hacia adentro del orificio ciego (91), por lo cual el medio de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) comprende dicho orificio ciego (91).
7. El martillo de fondo de circulación normal de la reivindicación 5, en que el medio de sellado de fluido presurizado en el extremo frontal del tubo de control (170) comprende un extremo cerrado del tubo de control (170).
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KR1020157006211A KR20150053921A (ko) 2012-09-14 2013-09-13 다운 홀 드릴해머를 위한 다중 작업 체임버를 구비한 가압 유체 유동 시스템과 이를 구비한 정상 및 역 순환 다운 홀 드릴해머
EP13836553.1A EP2896777B1 (en) 2012-09-14 2013-09-13 Pressurised fluid flow system including multiple working chambers for a down-the-hole hammer drill and normal- and reverse-circulation down-the-hole hammer drills comprising said system
CN201380052392.XA CN104755690A (zh) 2012-09-14 2013-09-13 用于潜孔锤的具有多个工作室的加压流体流动系统及其正循环潜孔锤和反循环潜孔锤
CA2883650A CA2883650A1 (en) 2012-09-14 2013-09-13 Pressurized fluid flow system having multiple work chambers for a down the hole drill hammer and normal and reverse circulation down the hole hammers thereof
EA201590387A EA201590387A1 (ru) 2012-09-14 2013-09-13 Система управления потоком сжатой текучей среды с множеством рабочих камер для погружного ударника и соответствующие погружные ударники с прямой и обратной циркуляцией
BR112015005804A BR112015005804A2 (pt) 2012-09-14 2013-09-13 sistema de fluxo de fluido pressurizado possuindo múltiplas câmaras de trabalho para um martelo de perfuração dentro do poço e martelos para dentro de poço de circulação normal e reversa
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3553270B1 (en) * 2016-12-12 2021-06-09 Jaime Andres Aros Pressurised fluid flow system for a dth hammer and normal circulation hammer based on same
US10316586B1 (en) * 2016-12-14 2019-06-11 Jaime Andres AROS Pressurized fluid flow system for a DTH hammer and normal circulation hammer thereof
ES2888936T3 (es) * 2017-06-02 2022-01-10 Sandvik Intellectual Property Máquina de perforación en fondo y método para perforar roca
FI127744B (en) * 2017-08-21 2019-01-31 Pirkan Laatupalvelu Oy Fluid driven drilling rig
CN107724961A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 吉林大学 一种用于空气钻井的正反循环两用气水龙头
PE20201129A1 (es) * 2017-12-13 2020-10-26 Jaime Andres Aros Sistema de flujo de fluido presurizado con multiples camaras de trabajo para un martillo de fondo y un martillo de fondo de circulacion normal con dicho sistema
CN110593762B (zh) * 2019-10-18 2020-08-25 合力（天津）能源科技股份有限公司 往复式低压高频水力脉冲振动器
KR102271372B1 (ko) * 2020-03-31 2021-06-30 광성지엠(주) 제트 그라우팅이 가능한 천공 장치
KR102367844B1 (ko) * 2021-06-24 2022-02-25 광성지엠(주) 제트 그라우팅이 가능한 천공 장치
US11686157B1 (en) * 2022-02-17 2023-06-27 Jaime Andres AROS Pressure reversing valve for a fluid-actuated, percussive drilling tool
US11933143B1 (en) * 2022-11-22 2024-03-19 Jaime Andres AROS Pressurized fluid flow system for percussive mechanisms

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3583501A (en) * 1969-03-06 1971-06-08 Mission Mfg Co Rock bit with powered gauge cutter
US4819746A (en) * 1987-01-13 1989-04-11 Minroc Technical Promotions Ltd. Reverse circulation down-the-hole hammer drill and bit therefor
US5396965A (en) * 1989-01-23 1995-03-14 Novatek Down-hole mud actuated hammer
US4923018A (en) * 1989-03-02 1990-05-08 Sandvik Rock Tools, Inc. Percussion drill
US5131476A (en) * 1990-12-18 1992-07-21 Percussion Drilling, Inc. Down hole percussion drill apparatus
US5685380A (en) * 1995-01-06 1997-11-11 Minroc Technical Promotions Limited Reverse circulation down-the-hole drill
AUPO698197A0 (en) * 1997-05-26 1997-06-19 Sds Digger Tools Pty Ltd A percussive hammer drill
AUPO957097A0 (en) * 1997-10-01 1997-10-30 Rear, Ian Graeme Hammer
WO1999057412A1 (en) * 1998-05-05 1999-11-11 Gien Bernard L Down-hole hammer drill having reverse circulation and sample tube
US6464023B2 (en) * 1999-01-27 2002-10-15 William N. Patterson Hydraulic in-the-hole percussion rock drill
IES20020794A2 (en) * 2002-10-04 2003-02-19 Minroc Techn Promotions Ltd A down-the-hole hammer
US7040417B2 (en) * 2003-12-11 2006-05-09 Cct Technologies, L.L.C. Drilling systems
US7712552B2 (en) * 2004-03-24 2010-05-11 Suk Shin In Water hammer
US6986394B2 (en) * 2004-04-29 2006-01-17 Varco I/P, Inc. Reciprocable impact hammer
US6883618B1 (en) * 2004-06-15 2005-04-26 Numa Tool Company Variable timing for front chamber of pneumatic hammer
US7617889B2 (en) * 2005-11-03 2009-11-17 Rockmore International, Inc. Backhead and drill assembly with backhead
US7377338B2 (en) * 2005-11-04 2008-05-27 Grey Bassinger Downhole percussion tool
US7467675B2 (en) * 2006-06-06 2008-12-23 Atlas Copco Secoroc Llc Device for channeling solids and fluids within a reverse circulation drill
US8640794B2 (en) * 2008-01-28 2014-02-04 Drillco Tools S.A. Pressurized fluid flow system for a normal circulation hammer and hammer thereof
US7921941B2 (en) * 2008-01-28 2011-04-12 Drillco Tools S.A. Pressurized fluid flow system for a reverse circulation hammer
US8973681B2 (en) * 2012-03-06 2015-03-10 Drillco Tools S.A. Pressurized fluid flow system for a reverse circulation down-the-hole hammer and hammer thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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