ES2295556T3 - Procedimiento y disposistivo de perforacion direccional en fondo de pozo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de perforación direccional de un agujero (3), en particular al perforar agujeros en curva con fines de explotación minera, de minería por galerías o fines similares, para los cuales se utiliza un soporte de perforación (4) consistente en un tubo de perforación continuo flexible con un extremo proximal y un extremo distal, de forma que en el extremo distal del soporte de perforación está conectado a un montaje de fondo de pozo (5), que comprende una máquina de perforar (12) y una barrena (13) para constituir una columna de perforación, la cual es introducida en el agujero gradualmente conformado, caracterizado porque el montaje de fondo de pozo comprende una herramienta de percusión (8) que actúa sobre la barrena y porque la barrena (13) es indizada mientras que la perforación está en curso mediante la rotación gradual alrededor de su eje entre cada golpe de la barrena, llevándose a cabo la indización dentro del área existente entre el extremo distal del soporte de perforación(4), y la barrena llevándose a cabo la indización cuando la barrena se está alejando de la superficie rocosa o se encuentra en su posición retraída, la indización se lleva a cabo por medio de un motor rotatorio accionado por fluido para el cual el fluido de accionamiento es conducido por medio de un paso extendido a través del soporte de perforación.
Description
Procedimiento y dispositivo de perforación
direccional en fondo de pozo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de perforación direccional en fondo de pozo de acuerdo
con lo descrito en el preámbulo de la reivindicación 1. La
invención se refiere también a un dispositivo para llevar a cabo el
procedimiento.
Para la perforación direccional en rocas, la
minería por galerías o la perforación de pozos con barreno y la
perforación de pozos se utiliza un soporte de perforación en forma
de tubo helicoidal, lo que significa que en lugar de una serie de
tubos de perforación rígidos convencionales, se utiliza un tubo de
perforación continuo flexible con un extremo proximal y un extremo
distal. El soporte de perforación flexible es desenrollado de un
carrete e introducido progresivamente dentro del sondeo. Para
constituir una columna de perforación, un montaje de fondo de pozo
(BHA) continuo, el cual incluye una máquina de perforación, se
sujeta al extremo distal del soporte de perforación. Una unidad de
percusión en forma de martillo de accionamiento hidráulico o masa
de accionamiento en vaivén similar, está dispuesta sobre la máquina
de perforación para aplicar una barrena fijada a la máquina de
perforación axialmente contra la superficie rocosa opuesta. El
montaje de fondo de pozo (BHA) generalmente comprende también algún
tipo de dispositivo de posicionamiento, llamado medición mientras
se perfora (MWD). Un fluido de accionamiento concebido para los
motores incluidos en el BHA es conducido a través de un paso
extendido a través del soporte del perforador. Las virutas de roca
son transportadas lejos del área de trabajo y separadas del sondeo
con el fluido de accionamiento usado.
Con el fin de conmutar puntos de contacto de los
espárragos de la barrena y para hacer que funcionen sobre roca no
cortada, la máquina de perforación debe estar indizada o
gradualmente rotada alrededor de su eje entre cada golpe de la
barrena. Esto se consigue generalmente haciendo girar o torciendo el
soporte de perforación flexible con algún modo de disposición
rotatoria situada fuera del sondeo.
Para el control direccional de la barrena dentro
del sondeo, hay un motor dirigible dispuesto dentro del BHA que
transmite el movimiento a través de una junta universal u otra pieza
flexible apropiada, para que la barrena pueda adoptar diferentes
ángulos con respecto al soporte de perforación. Dicho BHA
normalmente está constituido por un motor de accionamiento
hidráulico en forma de un llamado motor para fangos que, como otros
motores del BHA es alimentado con un fluido de accionamiento a
través de un paso que se extiende a través del soporte de
perforación.
Al perforar agujeros profundos, pueden
producirse la llamada "oscilación de relajación" debida a la
rotación del soporte de perforación, el cual en su extremo distal
es continuo o uniforme resultando irregular en su extremo distal de
forma que el soporte de perforación actúa como un muelle de torsión
en lugar de indizar la máquina de perforación uniformemente entre
los choques producidos por la unidad de percusión. Esto significa
que la máquina de perforación permanecerá quieta durante varios
golpes y acumulará el par de torsión antes de escaparse de forma
incontrolada mientras lleva a cabo una rotación muy rápida. Este
efecto de "oscilación de relajación" reduce el índice de
penetración e incrementa el desgaste de la barrena.
El documento US 5,339,913 divulga una
herramienta de orientación en fondo de pozo para su uso en una
columna de perforación no rotatoria para orientar una barrena para
perforar un taladro de pozo en una dirección deseada.
Una diferencia considerable entre la perforación
lineal convencional con un soporte de perforación que comprende una
serie de tubos de perforación conectables y un tubo de perforación
flexible de columna en espiral es que el uso de un soporte de
perforación flexible permite únicamente la aplicación de una fuerza
relativamente pequeña sobre la barrena, reduciendo
considerablemente la eficacia de la técnica de perforación. En
particular con respecto a la perforación direccional de agujeros en
curva, esta limitación es tangible porque una gran parte de la
fuerza de aplicación se pierde en cada parte del tubo de perforación
que se dobla. Este problema se debe en parte a condicionamientos
geométricos pero también en parte a las grandes fuerzas estáticas de
fricción que surgen en cada parte desviada del soporte de
perforación. En esta parte, debe entenderse que los problemas
mencionados se incrementan cuando el radio de curvatura se
reduce.
En los últimos tiempos, una práctica cada vez
más habitual ha sido utilizar la perforación direccional, debido a
que representa mayores exigencias en la eficacia del equipo y
especialmente al perforar series de agujeros no lineales, esto es,
en curva o sinuosos. Un ejemplo de ello se presenta en aquellos
casos en los que es necesario evitar la perforación en roca sin
presencia de mineral pero controlar eficientemente la dirección de
perforación directamente hacia los cuerpos de la roca con presencia
de mineral.
Un objetivo de la presente invención es reducir
al mínimo la aparición de la "oscilación de relajación" durante
la perforación direccional, en particular al perforar agujeros en
curva con radios pequeños, debido a que las fuerzas de fricción que
surgen con ello entre el soporte de perforación flexible y la roca o
pared del agujero resultan muy grandes al rotar el soporte de
perforación para indizar la máquina de perforación.
Estos objetos de la invención pueden conseguirse
con el dispositivo de acuerdo con la presente invención teniendo en
cuenta los rasgos distintivos y las características especificadas en
las reivindicaciones.
Lo que sigue a continuación es una descripción
más detallada de la presente invención con referencias al único
dibujo adjunto en el cual se muestra una vista esquemática de una
forma de realización de la presente invención.
Con referencia a la fig. 1 en ella se muestra un
ejemplo del equipo que, de acuerdo con la presente invención, se
utiliza para la perforación direccional en la transición desde una
sección vertical 1 a una sección horizontal 2 de un sondeo 3 en
roca. En el extremo distal de un soporte de perforación flexible
tubular 4 del tipo llamado "columna helicoidal" está dispuesto
un montaje de fondo de pozo (BHA) genéricamente designado con la
referencia numeral 5. La referencia numeral 6 designa un cuerpo
cilíndrico sobre el cual está enrollado el soporte de perforación
flexible 4 y la referencia numeral 7 designa un medio para
introducir el soporte de perforación hacia abajo por el interior
del sondeo gradualmente constituido.
Con el fin de constituir lo que en adelante se
llama columna de perforación, el montaje de fondo de pozo 5
comprende, visto desde el extremo distal del soporte de perforación,
una herramienta de percusión 8, un dispositivo de posicionamiento 9
o una llamada "medición mientras se perfora" (MWD), un
dispositivo de control 10 consistente en un motor para inclinar o
fijar la posición del montaje, un dispositivo de indización 11 y una
máquina de perforación 12 con una barrena 13. El dispositivo de
indización 11 está diseñado para hacer rotar gradualmente la
máquina de perforación alrededor del eje principal de la barrena que
se extiende en la dirección de perforación y que, básicamente,
consiste en un diseño convencional apropiado igual a otras unidades
incluidas en el montaje, como por ejemplo la herramienta de
percusión 9, el equipo MWD y la máquina de perforación.
Desde un punto de vista puramente de diseño, el
dispositivo de indización 11 puede ser diseñado con una pluralidad
de formas y, en la forma de realización descrita en la presente
memoria, comprende un motor hidráulico rotatorio de tipo para
fangos y una disposición de válvula accionada por motor utilizada
para hacer girar la entera máquina de perforación a lo largo de un
ángulo determinado (índice) entre cada choque. En funcionamiento,
un fluido de accionamiento compuesto por una mezcla de agua o una
suspensión de arcilla de bentonita en agua fluye a través del
motor, el cual a su vez acciona la disposición de válvula. Como es
conocido, la disposición de válvula está diseñada y equilibrada de
tal forma que una variación del fluido de accionamiento que pasa a
través del motor provocará un cambio en el equilibrio del flujo que
atraviesa la disposición de válvula, la cual a su vez está de tal
forma conectada a un motor o accionador similar incluido en el
dispositivo de indización que la máquina de perforación 12 es
rotada en un determinado ángulo bajo la influencia del motor.
De modo similar, las demás unidades incluidas en
el montaje de fondo de pozo están equipadas con motores y
disposiciones de válvula diseñadas para controlar y regular en el
curso de las variaciones del flujo del fluido de accionamiento que
pasa a través del motor.
En funcionamiento, la herramienta de percusión 8
genera un movimiento en vaivén axial que es transmitido a la
máquina de perforación, de forma que la barrena 13 dispuesta en la
misma lleva a cabo una acción de perforación contra la superficie
rocosa opuesta. La barrena 13 es gradualmente introducida en el
agujero por medio de un dispositivo de alimentación 7 mientras es
aplicada con una determinada fuerza contra la superficie rocosa
opuesta. El dispositivo de alimentación 7 mantiene el extremo
proximal del soporte de perforación torsionalmente rígido contra
cualquier fuerza de torsión producida en el sondeo 3. Normalmente,
la barrena 13 es de esta forma impulsada hacia delante en dirección
lineal dentro del sondeo. De forma convencional, se lleva a cabo un
control direccional de la barrena 13 mediante la acción del
dispositivo de control 10 con el motor y la junta ajustable
conectados a él, por medio de lo cual la dirección puede controlarse
con el equipo de medición mientras se perfora (MWD).
Para hacer que los espárragos de la barrena 13
de accionamiento en vaivén continuamente actúen sobre la roca no
trabajada, la barrena debe ser indizada o rotada en las etapas
oportunas alrededor del eje de la barrena al compás de cada golpe.
Utilizando tecnología conocida, esto puede conseguirse con un medio
de rotación situado fuera del agujero.
De acuerdo con los principios de la presente
invención, la indización se consigue en estrecha combinación con la
máquina de perforación por medio de un dispositivo de indización 11
que es accionado por un fluido que pasa a través de un motor
incluido en el dispositivo de indización.
El dispositivo de indización 11 está
sincronizado con la herramienta de percusión de tal forma que la
indización y rotación de la máquina de perforación 12 tiene lugar
en conjunción con la barrena 13 al alejarse de la superficie
rocosa. Al tener lugar la indización en estrecha conjunción con la
barrena 13 y no mediante la rotación externa del soporte de
perforación continuo 4, pueden evitarse en buena medida problemas
tales como el de la "oscilación de relajación".
En nuestra propia solicitud de patente pendiente
con la actual con el número de serie 0104217-5 se
muestra y describe un nuevo tipo de perforadora de rocas de fondo
de pozo que accionada por fluido se incorpora por referencia en la
presente aplicación. En esta perforadora de rocas de fondo de pozo,
la barrena está montada rotatoriamente fija pero axialmente
limitada dentro de un manguito de la barrena, el cual a su vez es
soportado dentro de un montaje rotatorio situado en una carcasa
incluida dentro de la perforadora de rocas de fondo de pozo. Un
ariete incluido en la máquina perforadora está dispuesto para
impactar sobre el cuello de la barrena, una válvula está dispuesta
para controlar el movimiento en vaivén del ariete, en el que la
válvula aplica y libera alternativamente la presión existente
dentro de una cámara con una superficie de pistón que, cuando es
sometida a presión acciona el ariete hacia delante. Una
característica interesante de esta máquina perforadora, a
diferencia de los BHAs convencionales, en los cuales las unidades
respectivas están dispuestas en línea unas detrás de otras en la
dirección de perforación, es que parte del fluido de accionamiento
utilizado para accionar el ariete de percusión es derivado para
accionar un medio de rotación dispuesto sobre el manguito de la
barrena para indizar el manguito de la barrena y, con ello, la
barrena. Este medio de rotación está de tal forma sincronizado con
el ariete que la indización se lleva a cabo cuando la barrena está
en su posición terminal más atrasada o, más exactamente, cuando
retrocede separándose de la superficie rocosa.
El diseño contribuye a acortar relativamente la
longitud del BHA, lo cual ofrece la ventaja de que la fuerza que se
aplica por medio del soporte de perforación flexible está mucho más
próxima al área de trabajo de la barrena. Debe entenderse que
mediante la presente invención se facilita el control de la barrena
con radios de pequeña incurvación y que se pierde muy poca potencia
en el camino hasta la barrena, incluso cuando el soporte de
perforación deriva en un radio de curvatura muy pequeño.
Claims (5)
1. Procedimiento de perforación direccional de
un agujero (3), en particular al perforar agujeros en curva con
fines de explotación minera, de minería por galerías o fines
similares, para los cuales se utiliza un soporte de perforación (4)
consistente en un tubo de perforación continuo flexible con un
extremo proximal y un extremo distal, de forma que en el extremo
distal del soporte de perforación está conectado a un montaje de
fondo de pozo (5), que comprende una máquina de perforar (12) y una
barrena (13) para constituir una columna de perforación, la cual es
introducida en el agujero gradualmente conformado,
caracterizado porque el montaje de fondo de pozo comprende
una herramienta de percusión (8) que actúa sobre la barrena y porque
la barrena (13) es indizada mientras que la perforación está en
curso mediante la rotación gradual alrededor de su eje entre cada
golpe de la barrena, llevándose a cabo la indización dentro del área
existente entre el extremo distal del soporte de perforación (4), y
la barrena llevándose a cabo la indización cuando la barrena se está
alejando de la superficie rocosa o se encuentra en su posición
retraída, la indización se lleva a cabo por medio de un motor
rotatorio accionado por fluido para el cual el fluido de
accionamiento es conducido por medio de un paso extendido a través
del soporte de perforación.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, por medio del cual la barrena (13) gira alrededor
del eje de perforación en etapas definidas por el motor de
activación hidráulica.
3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedente, por medio del cual el montaje
de fondo de pozo (5) es del tipo que posibilita que parte del flujo
de accionamiento utilizado para activar la acción de la barrena
(13) sea alternativamente derivado para hacer rotar e indizar la
barrena.
4. Dispositivo para la perforación direccional
de un agujero (3), en particular al perforar agujeros en curva con
fines de explotación minera, explotación por galerías o fines
similares, que comprende un soporte de perforación (4), consistente
en un tubo de perforación continuo flexible con un extremo proximal
y un extremo distal y un montaje de fondo de pozo (5) que comprende
una máquina de perforar (12) y una barrena (13) posibilitando
también que la barrena sea rotada mientras que la perforación está
en curso, estando el montaje conectado al extremo de la parte
distal del soporte de perforación para constituir una columna de
perforación, y un medio para introducir la columna de perforación
en el sondeo gradualmente conformado, caracterizado porque
el montaje de fondo de pozo (5) comprende una herramienta de
percusión (8) que actúa sobre la barrena y un medio (11) de
accionamiento hidráulico para indizar y rotar la barrena (13)
alrededor de un eje que se extiende en la dirección de perforación
mientras la perforación está en curso, estando el medio de
indización sincronizado de tal forma con la herramienta de
percusión (8) que la indización tiene lugar cuando la barrena se
está alejando de la superficie rocosa o se encuentra en su posición
retraída, soportando un paso extendido a través del soporte de
perforación el medio de indización con el fluido de
accionamiento.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4, por medio del cual el montaje de fondo de pozo (5) comprende un
medio de control (10) que incluye una articulación ajustable por
medio de un motor para controlar la dirección de la barrena (13)
con respecto al soporte de perforación (4).
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