ES2287066T3 - Tobera inyectra para sistemas de perforacion de inyeccion a alta presion y herramienta perforadora de inyeccion a alta presion. - Google Patents

Abstract

Tobera inyectora para los sistemas de perforación de inyección a alta presión; con un cuerpo de tobera (6) y con un canal de fluido (8), que para los lodos de cemento a inyectar se extiende por el cuerpo de tobera y en la dirección longitudinal del mismo; en este caso, la tobera inyectora (15) está realizada - a efectos de su cogida en un varillaje de perforación (1) - de tal manera que el canal de fluido (8) de la tobera se pueda extender, por lo menos aproximadamente, en ángulo recto al eje longitudinal del varillaje de perforación; tobera ésta que está caracterizada porque el canal de fluido (8) posee, por al menos una parte importante de su longitud (L), una sección transversal interior uniforme y de una forma no-redonda.

Description

Tobera inyectora para sistemas de perforación de inyección a alta presión y herramienta perforadora de inyección a alta presión.

La presente invención se refiere a una tobera inyectora para sistemas de perforación a alta presión, según lo indicado en el preámbulo de ta reivindicación de patente 1), como asimismo se refiere a una herramienta de perforación de este tipo, conforme a lo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 11).

Mediante los conocidos sistemas de perforación de inyección a alta presión resulta que, después de la perforación de un tramo con una profundidad de hasta 30 metros, unos lodos de cementos son inyectados - con una presión superior a 400 bares - hacia el interior de la tierra para así producir, por delante de la excavación realizada, una plataforma de hormigón que es estanca al agua. A este efecto, y a través de la tubería de fluido de una herramienta de perforación de inyección a alta presión, el fluido, es decir, los lodos de cemento, son bombeados hacia abajo para ser inyectados de forma circular, tanto alrededor como por encima de la herramienta de perforación a alta presión, que está girando, y esto por medio de por lo menos una tobera inyectora, que está en comunicación con la tubería de fluido, de tal modo que se pueda producir un bloque de hormigón de forma circular. La plataforma de hormigón, que ha de ser producida, queda formada por muchos bloques de hormigón, que están dispuestos juntos y que se solapan parcialmente entre si. Cuanto mayor sea el diámetro de los individuales bloques de hormigón, tanto menor es el número de las perforaciones a realizar para obtener el tamaño deseado de la plataforma de hormigón.

Las conocidas toberas inyectoras, que son empleadas para los sistemas de este tipo, comprenden un canal de fluido con una sección transversal interior redonda. Con el fin de obtener unos bloques de hormigón del mayor tamaño posible ya se había intentado, aunque sin éxito, formar - por prolongar las toberas o bien el canal de fluido, que se extiende a través de las mismas - un haz de los chorros de inyección para así conseguir unos diámetros mayores.

Se ha puesto de manifiesto, sin embargo, que en las convencionales toberas inyectoras se producen dentro del fluido - que ha de ser inyectado, y como consecuencia de un desvío de éste, prácticamente en ángulo recto, desde la tubería de fluido del varillaje de perforación hacia el interior del canal de fluido de la tobera - unas turbulencias a causa de las cuales el chorro de inyección es dispersado antes del tiempo al salirse de la tobera inyectora y pierde así efecto, de tal manera que se puedan obtener solamente unos reducidos diámetros de los bloques de hormigón.

Por consiguiente, en la Patente Alemana Núm. DE 199 22 820 A1 está propuesta una tobera de inyección a alta presión, en la que dentro del cuerpo de la misma está previsto un elemento de bloqueo en forma de una cruceta, directamente por delante de la salida del fluido de la tobera. La tobera posee un estrecho canal de alimentación que se ensancha - en dirección de flujo del fluido y dentro de un tramo de entrada - en la forma de embudo para constituir una cámara de tobera. En este caso, dentro de un tramo de salida - que está situado a continuación y que incrementa aún más el diámetro interior de la tobera - está dispuesto este elemento de bloqueo. Con esta configuración de la tobera, el fluido incide a gran velocidad en el elemento de bloqueo para así ser frenado y dividido. No tiene lugar, sin embargo, una satisfactoria formación de haz del fluido. Es más, el chorro del fluido pierde en energía y en velocidad de salida y, por consiguiente, pierde en longitud.

En la Patente Núm. A - 52 56 004 está descrita una tobera inyectora del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación de patente 1).

Por lo tanto, la presente invención tiene el objeto de proporcionar una tobera inyectora para los sistemas de perforación de inyección a alta presión y proporcionar una herramienta de perforación de inyección a alta presión, las que hagan posible producir unos bloques de hormigón con los máximos diámetros posibles.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de una tobera inyectora con las características de la reivindicación de patente 1), como asimismo se consigue este objeto mediante una herramienta de perforación de inyección a alta presión, con las características de ta reivindicación de patente 11).

Debido a la realización del canal de fluido dentro del cuerpo de la tobera y con una sección transversal interior de una forma invariablemente no-redonda por toda la longitud del canal de fluido, resulta que se produce ahora un chorro de inyección con una configuración de haz, pero esencialmente más larga, por lo cual pueden ser obtenidos unos bloques de hormigón de mayores diámetros.

La configuración de la sección transversal interior del canal de fluido de la tobera inyectora del nuevo diseño, la cual es, según la presente invención, de una forma no-redonda, esta sección transversal interior, pues, frena las turbulencias que se producen dentro de la tobera para así formar del chorro de inyección un haz por toda la longitud de la tobera y hasta la salida, de tal modo que de la tobera pueda salir un chorro seguro, uniforme y sin turbulencias, que se mantiene estable por todavía una gran longitud. Gracias a ello, pueden ser conseguidos unos diámetros de los bloques de hormigón, los cuales son claramente mayores, como asimismo se tienen que efectuar menos perforaciones para cubrir la misma superficie de una plataforma de hormigón. Por consiguiente, se reducen, de una manera considerable, tanto los tiempos como los costos de una tal construcción.

Son especialmente efectivas aquellas toberas inyectoras, cuya sección transversal interior tenga unos perfiles conductores que entran en el canal de fluido, habida cuenta de que éstos últimos frenan, de una manera especialmente conveniente, las turbulencias que se producen. Por consiguiente, las preferidas formas de construcción con las toberas inyectoras con unas aletas o con los perfiles conductores cuneiformes, que entran en el canal de fluido y los que producen - al estar los mismos dispuestos de forma colindante entre si - una sección transversal interior del canal de fluido, la cual tiene una configuración de estrella.

El efecto de frenado de las turbulencias y el efecto de la formación de haces son especialmente grandes si los perfiles conductores tienen la forma de unas nervaduras y se extienden preferentemente por la totalidad del largo de la tobera.

Teniendo en cuenta que las paredes del canal de fluido se encuentran sometidas, a causa de los lodos de cemento, a un elevado desgaste, es conveniente, sin embargo, realizar este canal de fluido dentro de una pieza suplementaria separada de tobera, que es insertada en el cuerpo de la tobera y la que se encuentra unida con la tobera a través de, por ejemplo, un atornillamiento, una soldadura o de un pegamento. La fabricación de esta pieza suplementaria de la tobera a partir de un metal duro hace que aumente la vida útil de la misma y puede reducir, de este modo, los posibles tiempos de preparación a efectos de un cambio.

Las demás ventajas de la presente invención y los detalles de la misma pueden ser apreciados en las reivindicaciones secundarias así como en la descripción, relacionada a continuación, para un ejemplo de realización de la invención, el cual está representado en los planos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra - parcialmente en una vista de sección - una herramienta de perforación por inyección a alta presión;

La Figura 2 indica una vista tridimensional de la pieza suplementaria de tobera para una tobera inyectora de la presente invención;

La Figura 3 muestra la vista de sección longitudinal de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 1, la cual está insertada en el cuerpo de la tobera;

La Figura 4 indica - en una representación bidimensional - la vista de sección longitudinal de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 1;

La Figura 5 muestra una vista - realizada en la dirección V - de la pieza suplementaria de tobera de la Figura 4; mientras que

Las Figuras 6a hasta 6f indican unas distintas formas de la sección transversal interior del canal de fluido.

La herramienta perforadora por inyección a alta presión, la que está indicada en la Figura 1, se compone de un varillaje de perforación 1, a través del cual se extiende una tubería de fluido 2. Por el lado frontal del varillaje de perforación 1 está dispuesta una corona de sondeo 3. Por delante de la corona de sondeo 3 se encuentran situadas - en dirección de flujo el fluido - las toberas inyectoras 5, cada una con un cuerpo de tobera 6 en el cual está insertada una pieza suplementaria de tobera 7.

Esta pieza suplementaria de tobera 7 está indicada con más detalles en las Figuras 4 y 5. A través de la pieza suplementaria de tobera 7 se extiende un canal de fluido 8 que posee - tal como esto puede ser apreciado en las Figuras 2 hasta 4 - una sección transversal interior, que es de una forma no-redonda y la que permanece invariada por toda la longitud L del canal de fluido 8.

La Figura 6 muestra varias configuraciones de forma no-redonda para la sección transversal interior; todas estas configuraciones frenan las turbulencias, que dentro del chorro del fluido se producen durante el desvío del mismo desde la tubería de fluido 2 hacia el interior del canal de fluido y las que, debido a ello, forman un haz de este chorro.

Unos efectos de formación de haz especialmente grandes se consiguen si el canal de fluido comprende - tal como en el caso de las formas de realización según las Figuras 6d hasta 6f - unos perfiles conductores 9, que entran en el mismo canal. En la forma de realización según la Figura 6d, los perfiles conductores 9 son de tipo cuneiforme, y los mismos están dispuestos de una manera estrechamente junta entre si, por lo cual se consigue una sección transversal interior en forma de estrella. Según lo indicado en la Figura 6e, los perfiles conductores 9 representan aquí unos picos 10 y los valles 9'. En la forma de realización según las Figuras 6f así como 2 hasta 5, estos perfiles conductores tienen la forma de aletas, y los mismos entran holgadamente en la parte interior del canal de fluido 8. Según esta forma de realización están especialmente pronunciados el efecto de frenado de las turbulencias y la formación del haz del chorro de fluido, la cual está relacionada con el efecto de frenado. En este caso, el número de los perfiles conductores no está limitado a tres. También con un solo perfil conductor ya puede ser conseguido un efecto muy positivo. No obstante, las formas de realización con tres o con cuatro perfiles conductores conducen a una formación especialmente buena del haz del chorro del fluido.

Tal como está representado en las Figuras 3 hasta 5, la tobera inyectora tiene, de forma preferente, un tramo de entrada 11, que está situado por delante del canal de fluido 8. Este tramo de entrada proporciona una transición suave del estrechamiento de la sección transversal desde la tubería de fluido 2 hacia el interior del canal de fluido 8. Este estrechamiento de la sección transversal del tramo de entrada 11 está realizado - de una manera energéticamente conveniente y visto desde la parte interior de la tobera - de forma convexa. Los perfiles conductores 9 también pueden comenzar - tal como esto está indicado en la Figura 5 con unas líneas de trazos - dentro del tramo de entrada 11, por lo cual ya en esta zona queda impedido que en el fluido se puedan presentar una indeseable torsión o las turbulencias.

Claims (11)

1. Tobera inyectora para los sistemas de perforación de inyección a alta presión; con un cuerpo de tobera (6) y con un canal de fluido (8), que para los lodos de cemento a inyectar se extiende por el cuerpo de tobera y en la dirección longitudinal del mismo; en este caso, la tobera inyectora (15) está realizada - a efectos de su cogida en un varillaje de perforación (1) - de tal manera que el canal de fluido (8) de la tobera se pueda extender, por lo menos aproximadamente, en ángulo recto al eje longitudinal del varillaje de perforación; tobera ésta que está caracterizada porque el canal de fluido (8) posee, por al menos una parte importante de su longitud (L), una sección transversal interior uniforme y de una forma no-redonda.

2. Tobera inyectora conforme a la reivindicación 1) y caracterizada por unos perfiles conductores (9), que entran en el canal de fluido y los que se extienden en la dirección longitudinal de la tobera (5).

3. Tobera inyectora conforme a la reivindicación 2) y caracterizada porque los perfiles conductores (9) se extienden, por lo menos esencialmente, por toda la longitud de la tobera.

4. Tobera inyectora conforme a las reivindicaciones 2) o 3) y caracterizada porque los perfiles conductores (9) tienen la forma de nervaduras.

5. Tobera inyectora conforme a una de las reivindicaciones 2) hasta 4) y caracterizada por una sección transversal interior en la forma de estrella.

6. Tobera inyectora conforme a una de las reivindicaciones 2) hasta 5) y caracterizada porque los perfiles conductores (9) constituyen dentro del canal de fluido unos picos (10) y los valles (9').

7. Tobera inyectora conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 6) y caracterizada porque por delante del canal de fluido (8) está dispuesto un tramo de entrada (11) con una sección transversal que se estrecha en la dirección de fluido (4).

8. Tobera inyectora conforme a la reivindicación 7) y caracterizada porque el estrechamiento de la sección transversal del tramo de entrada (11) está realizado de forma redondeada y convexa.

9. Tobera inyectora conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 8) y caracterizada porque el canal de fluido (8) está realizado dentro de una pieza suplementaria de tobera (7), que está insertada en el cuerpo (6) de la tobera.

10. Tobera inyectora conforme a la reivindicación 9) y caracterizada porque la pieza suplementaria de tobera (7) está hecha de un metal duro.

11. Herramienta perforadora de inyección a alta presión con un varillaje de perforación (1); con una corona de sondeo (3), que está dispuesta por el lado frontal del varillaje de perforación; con una tubería de fluido (2), que se extiende a través del varillaje de perforación (1); así como con por lo menos una tobera inyectora (5) que, en la dirección de flujo (4), está dispuesta por delante de la corona de sondeo (3) y la que está en comunicación con la tubería de fluido (2), y cuyo eje longitudinal se extiende en un determinado ángulo con respecto al eje longitudinal del varillaje de perforación (1); herramienta ésta que está caracterizada porque la tobera inyectora (5) está realizada conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 10).