ES2861248T3 - Mecanismo de bloqueo conducido - Google Patents
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Abstract
Conjunto (110) de cabezal de portatestigos de sondeo que presenta un eje longitudinal y configurado para ser recibido de manera extraíble dentro de una sarta (104) de perforación, que comprende: un manguito (204) con una pluralidad de aberturas (306) de bloqueo que se extienden a través del mismo; un elemento (302) de conducción posicionado al menos parcialmente dentro del manguito, donde el elemento de conducción tiene una superficie que define una pluralidad de superficies (304) de conducción que se estrechan hacia el extremo de la sarta de perforación que incluye la broca de perforación, y una pluralidad de elementos (300) a modo de cuña, donde cada elemento a modo de cuña de la pluralidad de elementos a modo de cuña están posicionados en una parte de una respectiva superficie de conducción de entre la pluralidad de superficies de conducción, extendiéndose los elementos a modo de cuña dentro de la pluralidad de aberturas de bloqueo de alrededor y entre una posición liberada y una posición bloqueada; en donde cada elemento a modo de cuña de la pluralidad de elementos a modo de cuña se mueve entre la posición liberada y la posición bloqueada mediante desplazamiento radial, y en donde la traslación axial del elemento de conducción tiene como resultado un desplazamiento radial de la pluralidad de elementos a modo de cuña entre la posición liberada y la posición bloqueada; en donde el movimiento del elemento de conducción hacia el extremo de la sarta de perforación que incluye la broca de perforación mueve la pluralidad de elementos a modo de cuña radialmente hacia afuera desde la posición liberada a la posición bloqueada; en donde las superficies de conducción son planas para crear un área de gradiente cónico circunferencial en la que la distancia entre un diámetro interior de la sarta de perforación y el elemento de conducción varía circunferencialmente, por lo que la rotación de la sarta de perforación en relación al elemento de conducción causa que la pluralidad de elementos a modo de cuña se coloquen entre la pluralidad de las superficies de conducción y el diámetro interior de la sarta de perforación; y en donde, cuando la pluralidad de elementos a modo de cuña se posicionan en la posición bloqueada, el elemento de conducción se configura para bloquear axialmente y rotacionalmente el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en relación a la sarta de perforación.
Description
DESCRIPCIÓN
Mecanismo de bloqueo conducido
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
Las implementaciones de la presente invención hacen referencia en general a dispositivos y métodos de perforación que pueden utilizarse para perforar formaciones geológicas y/o realizadas por el hombre. En particular, las implementaciones de la presente invención hacen referencia a conjuntos de portatestigos de sondeo y a mecanismos para bloquear los conjuntos de portatestigos de sondeo a una sarta de perforación.
2. Tecnología relevante
La perforación para exploración puede incluir recuperar una muestra de un material deseado (testigo de sondeo) de una formación. Los sistemas de perforación “wireline” (guiada por cable) son un tipo común de sistemas de perforaciones para recuperar un testigo de sondeo. En los procesos de perforación wireline, una broca de perforación para testigos de sondeos se acopla al borde de ataque de un tubo exterior o varilla de perforación. A continuación se forma una sarta de perforación acoplando una serie de varillas de perforación que se ensamblan entre sí, sección a sección a medida que el tubo exterior se hace descender a mayor profundidad en el interior de la formación deseada. Entonces un conjunto de portatestigos de sondeo se hace descender o se bombea en el interior de la sarta de perforación. La broca de perforación para testigos de sondeos se hace girar, se presiona, y/o se hace vibrar en el interior de la formación, causando de este modo que una muestra del material deseado se introduzca en el conjunto de portatestigos de sondeo. Una vez que se obtiene el testigo de sondeo, el conjunto de portatestigos de sondeo se recupera de la sarta de perforación utilizando un cable de tipo wireline (cable de perforación). El testigo de sondeo puede entonces ser retirado del conjunto de portatestigos de sondeo.
Los conjuntos de portatestigos de sondeo incluyen habitualmente un portatestigos de sondeo para recibir el testigo de sondeo, y un conjunto de cabezal para acoplarse al wireline. Habitualmente, el conjunto de portatestigos de sondeo se hace descender en el interior de la sarta de perforación hasta que el portatestigos de sondeo alcanza una aprte del tubo exterior o varilla de perforación más distal. En este punto, se despliega un bloqueo en el conjunto del cabezal para restringir el movimiento del conjunto de portatestigos de sondeo con respecto a la varilla de perforación. Una vez bloqueado, el conjunto de portatestigos de sondeo se hace avanzar a continuación hacia el interior de la formación junto con la varilla de perforación, causando que el material llene el portatestigos de sondeo. Puede surgir un desafío potencial debido a la interacción entre el conjunto de portatestigos de sondeo y la sarta de perforación. Por ejemplo, cuando la sarta de perforación se encuentra girando, la inercia del conjunto de portatestigos de sondeo puede exceder la resistencia de fricción entre los componentes complementarios de tal manera que el conjunto de cabezal gire a una velocidad más baja que la varilla de rotación, o deje de rotar y permanezca estática. En tal situación, los componentes complementarios pueden verse sometidos a un contacto deslizante, lo cual puede tener como resultado un desgaste por abrasión.
El documento US 3 126 064 A (Miller) divulga una herramienta de testificación de tipo wireline que comprende un mecanismo de bloqueo en el que una parte cilíndrica de un eje conduce unas bolas hacia el interior de un hueco definido en una sarta de perforación.
El documento BE 901 883 A1 (Vish Minno-Geolojki Institute) divulga un montaje para un portatestigos de sondeo retráctil con un cuerpo cilíndrico con secciones de igual diámetro que presiona unos cilindros hacia el interior de una ranura definida en una sarta de perforación.
El documento US 3225 845 A (Koontz et al) divulga un conjunto de portatestigos de sondeo en el que una parte cilíndrica en punta de lanza presionan unas bolas hacia el interior de un hueco definido en la sarta de perforación. El documento SU 825 852 A1 (Voronova et al) divulga una herramienta de perforación que comprende otro mecanismo de bloqueo alternativo.
Existen una serie de desventajas en los sistemas wireline convencionales que se pueden abordar.
Breve sumario de la invención
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un conjunto de cabezal de un portatestigos de sondeo según se define en la reivindicación 1.
Se definen características preferidas y opcionales del conjunto de cabezal del portatestigos de sondeo en las reivindicaciones 2 a 9.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un sistema de perforación para recuperar un testigo de sondeo según se define en la reivindicación 10.
Se definen características preferidas y opcionales del sistema de perforación en las reivindicaciones 11 y 12.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método de perforación según se define en la reivindicación 13.
Se definen características preferidas y opcionales del método de perforación en las reivindicaciones 14 y 15.
Breve descripción de los dibujos
Para describir la manera en que pueden obtenerse las ventajas citadas anteriormente y otras ventajas y características de la invención, una descripción más particular de la invención descrita brevemente anteriormente, se representará en referencia a las realizaciones específicas de la misma que se ilustran en los dibujos adjuntos. Ha de señalarse que las figuras no se encuentran dibujadas a escala, y que los elementos de estructura o función similar se representan generalmente mediante números de referencia correspondientes por razones ilustrativas a lo largo de las figuras. Teniendo en cuenta que estos dibujos representan únicamente realizaciones habituales de la invención y no han de considerarse por lo tanto como limitativos de su alcance, la invención se describirá y explicará con especificidad y detalle adicionales mediante el uso de los dibujos anexos en los que:
La Figura 1 ilustra una vista esquemática de un sistema de perforación que incluye un conjunto de portatestigos de sondeo con un mecanismo de bloqueo conducido de acuerdo con una implementación de la presente invención; La Figura 2 ilustra una vista aumentada del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 1, que además ilustra un conjunto de cabezal y un portatestigos de sondeo;
La Figura 3 ilustra una vista en despiece del conjunto de cabezal de la Figura 2;
La Figura 4 ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 2, tomado a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 2;
La Figura 5 ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 2 similar a la Figura 4, aunque con el mecanismo en posición para bombear el conjunto de portatestigos de sondeo dentro de una sarta de perforación;
La Figure 6A ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 5 tomada a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5, en la que un mecanismo de frenado se acopla con una varilla de perforación que presenta un primer diámetro interior;
La Figura 6B ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 5 similar a la Figura 6A, aunque con el mecanismo de frenado acoplado a una varilla de perforación que presenta un diámetro mayor que el primer diámetro;
La Figura 7 ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo similar a la Figura 4, aunque con el mecanismo de bloqueo conducido bloqueado en la sarta de perforación;
La Figura 8 ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo de la Figura 7 tomada a lo largo de la línea 8-8 de la Figura 7; y
La Figura 9 ilustra una vista de corte transversal del conjunto de portatestigos de sondeo similar a la Figura 4, aunque con el mecanismo de bloqueo conducido en una posición en estado liberado que permite la retirada del conjunto de portatestigos de sondeo de la sarta de perforación.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Las implementaciones de la presente invención están dirigidas a herramientas de perforación, sistemas y métodos para bloquear de manera efectiva y eficiente un conjunto de portatestigos de sondeo en una sarta de perforación. Por ejemplo, se proporciona un conjunto de cabezal del portatestigos de sondeo que tiene un mecanismo de bloqueo que puede bloquear de forma fiable el conjunto de portatestigos de sondeo en una posición axial fija dentro
de la sarta de perforación. Adicionalmente, el mecanismo de bloqueo conducido puede reducir o eliminar el desgaste entre componentes complementarios del conjunto de portatestigos de sondeo y la sarta de perforación. En particular, el mecanismo de bloqueo accionado puede bloquear rotacionalmente el conjunto de portatestigos de sondeo en relación a la sarta de perforación, reduciendo o eliminando de este modo el contacto deslizante (y el desgaste asociado) entre componentes complementarios del conjunto de portatestigos de sondeo y la sarta de perforación.
Los conjuntos, sistemas y métodos de una o más implementaciones incluyen o hacen uso de un mecanismo de bloqueo conducido para asegurar un conjunto de portatestigos de sondeo en una posición deseada dentro de un elemento tubular, tal como una varilla de perforación de una sarta de perforación. El mecanismo de bloqueo dirigido incluye una pluralidad de elementos a modo de cuña, y un elemento de conducción que tiene una pluralidad de superficies de conducción. Las superficies de conducción conducen los elementos a modo de cuña para que interactúen con una superficie interior de una varilla de perforación para enclavar o bloquear el conjunto de portatestigos de sondeo en una posición deseada dentro de la sarta de perforación. A partir de ahí, la rotación de la varilla de perforación puede causar que los elementos a modo de cuña se coloquen entre las superficies de conducción y el diámetro interior de la varilla de perforación, bloqueando de este modo rotacionalmente el portatestigos de sondeo en relación a la sarta de perforación.
Además, una o más implementaciones proporcionan un mecanismo de bloqueo dirigido que puede mantener una condición desplegada o bloqueada a pesar de la vibración y la carga inercial de los componentes complementarios del conjunto de cabezal debido a las operaciones de perforación o a un movimiento anómalo de la sarta de perforación. También, una o más implementaciones pueden proporcionar un mecanismo de bloqueo que no se desacople o se repliegue accidentalmente, y por tanto evite que el conjunto de tubo interior del portatestigos de sondeo se eleve desde la posición de perforación en un orificio en un ángulo hacia abajo, o se caiga inesperadamente desde un orificio de perforación en un ángulo hacia arriba.
Adicionalmente, una o más implementaciones pueden incluir un mecanismo de frenado que puede evitar que el conjunto de portatestigos de sondeo se deslice accidentalmente hacia fuera de la sarta de perforación de una manera incontrolada y posiblemente peligrosa. En particular, el mecanismo de frenado puede incluir un elemento de posicionamiento y una pluralidad de elementos de freno. El elemento de posicionamiento puede presionar la pluralidad de elementos de freno contra la superficie interior de una sarta de perforación, permitiendo que el mecanismo de frenado detenga el movimiento axial del conjunto de portatestigos de sondeo dentro de o en relación a la sarta de perforación. En una o más implementaciones, el elemento de posicionamiento puede incluir un área de gradiente cónico, de tal manera que variando la posición axial del elemento de posicionamiento varíe la posición radial de los elementos de freno, permitiendo de ese modo que los elementos de freno mantengan un acoplamiento con el diámetro interior variable de una sarta de perforación.
Para mayor referencia, el mecanismo de bloqueo conducido se describirá con unos elementos a modo de cuña con una forma en general esférica o en forma de bola. Ha de apreciarse que los elementos a modo de cuña pueden tener cualquier forma y configuración que sea posible.
En otras palabras, la siguiente descripción aporta detalles específicos para proporcionar una comprensión exhaustiva de la invención. No obstante, el técnico experto entenderá que el aparato y los métodos de utilización del aparato asociados pueden implementarse y utilizarse sin emplear estos detalles específicos. En efecto, el aparato y los métodos asociados pueden ponerse en práctica modificando el aparato ilustrado y los métodos asociados, y pueden ser utilizados en conjunto con cualquier otro aparato y otras técnicas. Por ejemplo, aunque la descripción más adelante se focaliza en las operaciones de toma de muestras de testigos de sondeo, el aparato y los métodos asociados podrían aplicarse igualmente en otros procesos de perforación, tal como en la perforación convencional de pozos de sondeo, y pueden ser utilizados con cualquier cantidad o variedades de sistemas de perforación, tales como sistemas de perforación rotatoria, sistemas de perforación de percusión, etc.
Además, aunque las Figuras muestran seis elementos a modo de cuña en el mecanismo de bloqueo, puede utilizarse cualquier cantidad de elementos de bloqueo. En al menos un ejemplo, se utilizarán cinco elementos a modo de cuña en forma de bola en un mecanismo de bloqueo conducido. De forma similar, la configuración precisa de los componentes tal como se ilustran puede ser modificada o re-dispuesta según se desee por parte de un experto habitual en la técnica. Adicionalmente, aunque las implementaciones ilustradas tratan específicamente de un sistema wireline, puede utilizarse cualquier sistema de recuperación, tal como una sarta de perforación.
Tal como se muestra en la Figura 1, puede utilizarse un sistema 100 de perforación para recuperar un testigo de sondeo de una formación 102. El sistema 100 de perforación puede incluir una sarta 104 de perforación que puede incluir una broca 106 de perforación (por ejemplo, una broca de perforación de cara abierta u otro tipo de broca de perforación) y/o una o más varillas 108 de perforación. El sistema 100 de perforación puede además incluir un conjunto en el interior del pozo de sondeo, tal como un conjunto 110 de portatestigos de sondeo. El conjunto 110 de portatestigos de sondeo incluye un mecanismo de bloqueo conducido configurado para bloquear el conjunto de portatestigos de sondeo, al menos parcialmente, dentro de una varilla de perforación o tubo 112 exterior distal, tal como se explica a continuación en mayor detalle. Tal como se utiliza en el presente documento, los términos “abajo”
y “extremo distal” hacen referencia al extremo de la sarta 104 de perforación que incluye la broca 106 de perforación, ya sea que la sarta de perforación se encuentre orientada horizontalmente, en un ángulo hacia arriba, o en un ángulo hacia abajo en relación a la horizontal. Mientras que los términos “arriba” o “proximal” hacen referencia al extremo de la sarta 104 de perforación opuesto a la broca 106 de perforación.
El sistema 100 de perforación puede incluir un carro 114 de perforación que puede rotar y/o presionar la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación hacia el interior de la formación 102. El carro 114 de perforación puede incluir, por ejemplo, un cabezal 116 de perforación rotatorio, un conjunto 118 de deslizadera, un armazón 120 de deslizamiento y/o un conjunto 122 de conducción. El cabezal 116 de perforación puede acoplarse a la sarta 104 de perforación, y puede permitir que el cabezal 116 de perforación rotatorio haga rotar la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación. Si se desea, el cabezal 116 rotatorio puede configurarse para variar la velocidad y/o la dirección en la que hace rotar estos componentes. El conjunto 122 de conducción puede configurarse para desplazar el conjunto 118 de deslizadera en relación al armazón 120 de deslizamiento. A medida que el conjunto 118 de deslizadera se desplaza en relación al armazón 120 de deslizamiento, el conjunto 118 de deslizadera puede proporcionar una fuerza contra el cabezal 116 de perforación rotatoria, el cual puede presionar la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación más hacia el interior de la formación 102, mientras se están haciendo rotar.
Podrá apreciarse, sin embargo, que el carro 114 de perforación no requiere un cabezal de perforación rotatoria, un conjunto de deslizadera, un armazón de deslizamiento o un conjunto de conducción y que el carro 114 de perforación puede incluir otros componentes adecuados. También podrá apreciarse que el sistema 100 de perforación no requiere un carro de perforación y que el sistema 100 de perforación puede incluir otros componentes adecuados que puedan hacer rotar y/o presionar la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación hacia el interior de la formación 102. Por ejemplo, pueden utilizarse motores sónicos, de percusión, o para pozos profundos.
El conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede incluir un tubo interior o portatestigos 124 de sondeo, y un conjunto 126 de cabezal. El conjunto 126 de cabezal incluye un mecanismo 128 de bloqueo conducido. Tal como se explica en mayor detalle más adelante, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede bloquear el portatestigos 124 de sondeo dentro de la sarta 104 de perforación, y en particular al tubo 112 exterior. Además, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede bloquear rotacionalmente el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en la sarta 104 de perforación, evitando de este modo el desgaste debido a la rotación o el deslizamiento entre componentes complementarios del mecanismo 128 de bloqueo conducido y la sarta 104 de perforación.
Una vez que el portatestigos 124 de sondeo se bloquea al tubo 112 exterior a través del mecanismo 128 de bloqueo conducido, la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación pueden hacerse rotar y/o ser presionadas hacia el interior de la formación 102 para permitir recoger un testigo de sondeo dentro del portatestigos 124 de sondeo. Después de que se recoja el testigo de sondeo, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede desbloquearse del tubo 112 exterior y la sarta 104 de perforación. El conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede entonces recuperarse, por ejemplo utilizando un sistema de recuperación wireline, mientras la broca 106 de perforación, el tubo 112 exterior, una o más varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación permanecen dentro del pozo de sondeo.
El testigo de sondeo puede retirarse del portatestigos 124 de sondeo del conjunto 110 de portatestigos de sondeo recuperado. Después de que se retire el testigo de sondeo, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede enviarse de vuelta a su lugar y bloquearse al tubo 112 exterior. Con el conjunto 110 de portatestigos de sondeo bloqueado nuevamente al tubo 112 exterior, la broca 106 de perforación, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación pueden hacerse rotar y/o ser presionadas más hacia el interior de la formación 102 para permitir que otro testigo de sondeo sea recogido dentro del portatestigos 124 de sondeo. El conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede recuperarse y devolverse a su sitio repetidamente de esta manera para obtener diversos testigos de sondeo, mientras que la broca 106 de perforación, el tubo 112 exterior, una o más de las varillas 108 de perforación y/u otras partes de la sarta 104 de perforación permanecen en el interior del pozo de sondeo. Esto puede reducir de forma ventajosa el tiempo neceario para obtener testigos de sondeo ya que la sarta 104 de perforación no necesita ser extraída del pozo de sondeo para cada testigo de sondeo.
Durante algunos procesos de perforación, puede utilizarse presión hidráulica para bombear y/o hacer avanzar el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en el interior de la sarta 104 de perforación hacia el tubo 112 exterior. En particular, puede utilizarse presión hidráulica para bombear el conjunto 110 de portatestigos de sondeo dentro de la sarta 104 de perforación hacia el tubo 112 exterior cuando la sarta 104 de perforación esté orientada hacia arriba en relación a la horizontal (tal como se muestra en la Figura 1), esté orientada en general horizontalmente, o bien orientada con un ligero ángulo hacia abajo en relación a la horizontal. Para permitir que el conjunto 110 de
portatestigos de sondeo sea bombeado hacia el tubo 112 exterior, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede además incluir una junta 130 configurada para formar un sellado con una o más partes de la sarta 104 de perforación, tal como las paredes interiores de las varillas 108 de perforación. La junta 130 puede además estar configurada como una junta de bombeo de entrada, de tal manera que el fluido presurizado bombeado hacia el interior de la sarta 104 de perforación detrás de la junta 130 puede causar que la presión hidráulica detrás de la junta 130 bombee y/o haga avanzar el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en el interior y a lo largo de la sarta 104 de perforación, hasta que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo alcance una posición deseada (por ejemplo, una posición en la que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede conectarse al tubo 112 exterior tal como se ha tratado anteriormente).
En una o más implementaciones, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede además incluir un mecanismo 132 de frenado. El mecanismo 132 de frenado puede ayudar a prevenir una expulsión accidental del conjunto 110 de portatestigos de sondeo de la sarta 104 de perforación. De este modo, el mecanismo 132 de frenado puede permitir que se utilicen sistemas de recuperación wireline en operaciones de perforación de tipo up-hole (de superficie) sin el peligro de que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo se deslice hacia afuera de la sarta 104 de perforación de manera incontrolada y posiblemente peligrosa. Por consiguiente, el mecanismo 132 de frenado puede resistir la retirada o expulsión accidental del conjunto 110 de portatestigos de sondeo del pozo de sondeo desplegando los elementos de frenado en una disposición friccional entre una pared interior de la carcasa o sarta 104 de perforación (o pozo de sondeo).
La Figura 2 ilustra el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en mayor detalle. Tal como se ha mencionado previamente, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede incluir un conjunto 126 de cabezal y un portatestigos 124 de sondeo. El conjunto 126 de cabezal puede incluir un conjunto 200 de punta de lanza adaptado para acoplarse con un enchufe de pesca, que a su vez puede acoplarse a un wireline (cable de guiado). Además, el conjunto 126 de cabezal puede incluir un primer elemento 202 que puede alojar el mecanismo 132 de frenado y un manguito 204 que puede alojar el mecanismo 128 de bloqueo conducido.
Las Figuras 3 y 4 y el texto correspondiente, ilustran o describen una serie de componentes, detalles y características del conjunto 110 de portatestigos de sondeo que se muestra en las Figuras 1 y 2. En particular, la Figura 3 ilustra una vista en despiece del conjunto 126 de cabezal. Aunque la Figura 4 ilustra una vista lateral, de corte transversal del conjunto 110 de portatestigos de sondeo tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 2. La Figura 4 ilustra el mecanismo 128 de bloqueo conducido y el mecanismo 132 de frenado en un estado completamente desplegado. Tal como se muestra en las Figuras 3 y 4, el mecanismo 128 de bloqueo conducido incluye una pluralidad de elementos 300 a modo de cuña. En una o más implementaciones, los elementos 300 a modo de cuña pueden presentar una forma esférica o consistir en bolas de rodadura, tal como se muestra en la las Figuras 3 y 4. Los elementos 300 a modo de cuña pueden estar realizados de acero, o de otras aleaciones de hierro, titanio y aleaciones de titanio, compuestos que utilizan fibras aramida, nylon o plásticos impregnados con lubricación, combinaciones de los mismos, u otros materiales adecuados.
Los elementos 300 a modo de cuña se posicionan sobre o contra un elemento 302 de conducción. Más en particular, los elementos 300 a modo de cuña se posicionan sobre superficies 304 de conducción en general planas o con planicidad. Tal como se explica en mayor detalle a continuación, la configuración en general plana de las superficies 304 de conducción permite que los elementos 300 a modo de cuña se posicionen entre el elemento 302 de conducción y el diámetro interior de una sarta de perforación para bloquear rotacionalmente el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en la sarta de perforación.
Las Figuras 3 y 4 ilustran además que los elementos 300 a modo de cuña se extienden a través de aberturas 306 de bloqueo hasta el manguito 204 en general hueco. Las aberturas 306 de bloqueo pueden ayudar a sostener o mantener los elementos 300 a modo de cuña en contacto con las superficies 304 de conducción, lo que a su vez puede asegurar que el movimiento axial del elemento 302 de conducción en relación al manguito 204 tenga como resultado el desplazamiento radial de los elementos 300 a modo de cuña. Tal como se explica en mayor detalle más adelante, a medida que el elemento 302 de conducción se mueve axialmente hacia o más hacia el interior del manguito 204, las superficies 304 de conducción fuerzan a los elementos 300 a modo de cuña radialmente hacia el exterior del manguito 204 hasta situarse en una posición desplegada o bloqueada (Figura 7). A lo largo de líneas similares, a medida que el elemento 302 de conducción se mueve axialmente alejándose de, o saliendo del manguito 204, los elementos 300 a modo de cuña se repliegan parcialmente hacia el interior del manguito para adoptar una posición liberada (Figura 5).
El elemento 302 de conducción, y más en particular las superficies 304 de conducción planas, presenta un área de gradiente cónico, tal como se muestra en las Figuras 3 y 4. El área de gradiente cónico permite que el elemento 302 de conducción fuerce las bolas 300 a modo de cuña radialmente hacia el exterior a medida que el elemento 302 de conducción se mueve axialmente acercándose al, o en el interior del, manguito 204. Además, el área de gradiente cónico del elemento 302 de conducción permite que los elementos 300 a modo de cuña se replieguen radialmente al menos parcialmente hacia el interior del manguito 204 cuando el elemento 302 de conducción se mueve axialmente alejándose del manguito 204.
Las Figuras 3 y 4 ilustran adicionalmente que además del elemento 302 de conducción, el primer elemento 202 puede incluir un cuerpo 308 de bloqueo. El cuerpo 308 de bloqueo puede ser hueco en general y puede alojar el mecanismo 132 de frenado. Tal como se muestra en las Figuras 3 y 4, el mecanismo 132 de frenado puede incluir una pluralidad de elementos 310 de frenado. En una o más implementaciones, los elementos 310 de frenado pueden presentar una forma esférica o consistir en bolas de rodamiento, tal como se muestra en las Figuras 3 y 4. En otros ejemplos, los elementos 310 de frenado pueden ser planos, pueden tener una forma cilíndrica, o pueden tener forma de cuña, para aumentar el área de superficie de frenado de los elementos 310 de frenado contra una carcasa y/o una superficie cónica. En otras realizaciones, los elementos 310 de frenado pueden tener cualquier forma o diseño deseado para lograr cualquier característica de frenado deseada.
Los elementos 310 de frenado pueden realizarse de cualquier material adecuado para ser utilizado como un elemento de compresión de frenado por fricción. Por ejemplo, los elementos 310 de frenado pueden realizarse de acero, o de otras aleaciones de hierro, titanio y aleaciones de titanio, compuestos que utilizan fibras aramida, nylon o plásticos impregnados en lubricación, o combinaciones de los mismos. El material utilizado para cualquier elemento 310 de frenado puede ser el mismo o diferente que cualquier otro elemento 310 de frenado.
Los elementos 310 de frenado pueden situarse en un elemento 312 de posicionamiento. Más en particular, los elementos 310 de frenado pueden situarse en un elemento 312 de posicionamiento en general cónico o en gradiente cónico. Tal como se explica en mayor detalle más adelante, la forma en general cónica o ahusada del elemento 312 de posicionamiento puede permitir que los elementos 310 de frenado se acoplen o mantengan contacto con un diámetro interior de una varilla de perforación que varía a lo largo de su longitud. Por ejemplo, algunas varillas de perforación o carcasas tienen un primer diámetro interior más pequeño en sus extremos (cerca de los acoplamientos) y un diámetro interior mayor cerca de su centro. El diámetro interior de mayor tamaño puede permitir un aumento del flujo del fluido alrededor de un conjunto de portatestigos de sondeo, y de este modo, una maniobra de bajada y de subida más rápidas de un conjunto de portatestigos de sondeo. La configuración ahusada o cónica del elemento 312 de posicionamiento puede permitir que la traslación axial del elemento 312 de posicionamiento tenga como resultado el desplazamiento radial de los elementos 310 de frenado, lo que a su vez permite que los elementos 310 de frenado se muevan poniéndose en contacto o liberando el contacto con la superficie interior de una varilla de perforación asociada para evitar una expulsión accidental o no deseada, tal como se tratará en mayor detalle más adelante.
Las Figuras 3 y 4 ilustran además que los elementos 310 de frenado pueden extenderse a través de unas aberturas 314 de freno que se extienden a través de generalmente el primer elemento 308. Las aberturas 314 de freno pueden ayudar a sostener o mantener los elementos 310 de frenado en contacto con la superficie cónica del elemento 312 de posicionamiento, lo que a su vez puede asegurar que el movimiento axial del elemento 312 de posicionamiento en relación al cuerpo 308 de bloqueo tenga como resultado el desplazamiento radial de los elementos 310 de frenado. Tal como se explica en mayor detalle más adelante, a medida que el elemento 312 de posicionamiento se mueve axialmente saliendo o alejándose del cuerpo 308 de bloqueo, la superficie o superficies cónicas del elemento 312 de posicionamiento pueden forzar a los elementos 310 de frenado radialmente hacia fuera del cuerpo 308 de bloqueo para situarlos en una posición extendida. A lo largo de líneas similares, a medida que el elemento 312 de posicionamiento se mueve axialmente hacia o más al interior del cuerpo 308 de bloqueo, los elementos 310 de frenado pueden replegarse radialmente al menos parcialmente hacia el interior del cuerpo 308 de bloqueo para adoptar una posición replegada.
Podrá apreciarse que el manguito 204, el primer elemento 202, y el elemento 312 de posicionamiento pueden todos acoplarse entre sí. En particular, tal como se muestra en las Figuras 3 y 4, en al menos una implementación, un primer pasador 320 puede extenderse a través de un canal 322 de montaje en el elemento 312 de posicionamiento. El primer pasador 320 puede extenderse a continuación a través de unas ranuras 324 de montaje del primer elemento 202 (y más en particular el elemento 302 de conducción). Desde las ranuras 324 de montaje, el primer pasador puede extenderse hasta el interior de unos orificios 326 de montaje en el manguito 204. De este modo, el elemento 312 de posicionamiento y el manguito 204 pueden fijarse axialmente uno en relación al otro. Por otro lado, las ranuras 324 de montaje pueden permitir que el elemento 312 de posicionamiento y el manguito 204 se muevan axialmente en relación al primer elemento 202 o viceversa. El movimiento axial entre el primer elemento 202 y el manguito 204 pueden causar que las superficies 304 de conducción muevan los elementos 300 a modo de cuña radialmente hacia afuera y hacia dentro. Mientras que el movimiento axial entre el elemento 312 de posicionamiento y el primer elemento 202 puede causar que el elemento 312 de posicionamiento mueva los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera y hacia adentro.
Las Figuras 3 y 4 ilustran además que el conjunto 126 de cabezal puede incluir un elemento 330 de desviación. El elemento 330 de desviación puede desviar el elemento 312 de posicionamiento axialmente alejándolo del elemento 302 de conducción. La desviación del elemento 312 de posicionamiento alejándolo del elemento 302 de conducción puede tender a forzar el elemento 312 de posicionamiento contra los elementos 310 de frenado, desviando de este modo los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera. De igual manera, en una o más implementaciones, el elemento 330 de desviación puede desviar el elemento 302 de conducción contra los elementos 300 a modo de cuña, desviando de este modo dichos elementos 300 a modo de cuña radialmente hacia afuera. El elemento 330 de
desviación puede comprender un mecanismo mecánico (p.ej., un resorte), magnético, u otro tipo de mecanismo configurado para desviar el elemento 312 de posicionamiento axialmente alejándolo del elemento 302 de conducción. Por ejemplo, las Figuras 3 y 4 ilustran que el elemento 330 de desviación puede comprender un resorte helicoidal.
El conjunto 126 de cabezal puede además incluir un cabezal 340 de freno. El cabezal 340 de freno puede acoplarse al elemento 312 de posicionamiento. En una o más implementaciones, el cabezal 340 de freno puede comprender un tope configurado para evitar que los elementos 310 de freno abandonen la superficie cónica del elemento 312 de posicionamiento.
Aún más, las Figuras 3 y 4 ilustran que el conjunto 126 de cabezal puede incluir un elemento 342 de control de fluidos. El elemento 342 de control de fluidos puede incluir un pistón 344 y un eje 345. El eje 345 puede incluir un canal 346 definido en el mismo. Un pasador 348 de pistón puede extenderse dentro del canal 346 y acoplarse a unos orificios 350 para pasador dentro del primer elemento 202 (y en particular el elemento 302 de conducción). El canal 346 puede de este modo permitir que el pistón 344 se mueva axialmente en relación al elemento 302 de conducción. En particular, tal como se explica en mayor detalle más adelante, el pistón puede moverse axialmente en relación al primer elemento 202 entrando y saliendo de un estado de acoplamiento con una junta o un casquillo 352 formando una válvula. La interacción del elemento 342 de control de fluidos se tratará en más detalle de aquí en adelante.
Junto con el elemento 342 de control de fluidos y la junta 130, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede incluir diversas características adicionales para ayudar a la hora de bombear el conjunto 110 de portatestigos de sondeo por la sarta 104 de perforación. En particular, el manguito 204 puede incluir una o más tomas 370 para fluido que se extienden a través del manguito 204. Adicionalmente, el manguito 204 puede incluir una o más ranuras 372 axiales que se extienden al menos parcialmente a lo largo de la longitud del mismo. De forma similar, el primer elemento 202 puede incluir una o más tomas 376 para fluidos que se extienden a través del primer elemento 202. Además, el primer elemento 202 puede incluir una o más ranuras 378 axiales que se extienden al menos parcialmente a lo largo de la longitud del mismo.
Podrá apreciarse, a la luz de la divulgación del presente documento, que las tomas 372, 376 para fluidos pueden permitir que el fluido fluya desde el diámetro exterior del conjunto 126 de cabezal hacia el centro o el hueco interior del conjunto 126 de cabezal. Las ranuras 378 axiales por otro lado pueden permitir que el fluido fluya axialmente a lo largo del conjunto 126 de cabezal entre el diámetro exterior del conjunto 126 de cabezal y el diámetro interior de una sarta 104 de perforación. Además de las tomas de fluido y las ranuras axiales, el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede incluir un hueco 380 interior central que puede permitir que el fluido fluya internamente a través del conjunto 110 de portatestigos de sondeo, hasta pasar las juntas 130.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el conjunto 126 de cabezal puede incluir un conjunto 200 de punta de lanza. El conjunto 200 de punta de lanza puede acoplarse al primer elemento 202 a través de un pasador 360 de punta de lanza. El pasador 360 de punta de lanza puede extenderse dentro de un canal 362 de montaje en el conjunto 200 de punta de lanza, permitiendo de ese modo que el conjunto 200 de punta de lanza se mueva axialmente en relación al primer 202 elemento.
En referencia ahora a las Figuras 5-9 se describirá a continuación en mayor detalle la operación del conjunto 110 de portatestigos de sondeo, el mecanismo 128 de bloqueo conducido, y el mecanismo 132 de frenado. Tal como se ha mencionado anteriormente, en una o más implementaciones de la presente invención el conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede bombearse hacia el interior de una sarta 104 de perforación utilizando presión hidráulica. Por ejemplo, la Figura 5 ilustra el conjunto 110 de portatestigos de sondeo a medida que se realiza la maniobra de su introducción o bajada por una sarta 104 de perforación.
Específicamente, la Figura 5 ilustra que el pistón 344 está posicionado contra el casquillo 352, sellando de ste modo el hueco 380 interior central. Además, la junta 130 sella el conjunto 110 de portatestigos de sondeo a la sarta 104 de perforación. De este modo, en la configuración de bombeo de entrada que se muestra en la Figura 5, el fluido no puede atravesar el casquillo 352 y el pistón 344 a través del hueco 380 interior central o pasar entre la junta 130 en un espacio anular entre el conjunto 110 de portatestigos de sondeo y el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación. Como tal, a medida que el fluido es bombeado hacia el interior de la sarta 104 de perforación, la presión hidráulica actúa sobre el conjunto 110 de portatestigos de sondeo (pistón 344, etc.) y presiona el conjunto 110 de portatestigos de sondeo para que baje por la sarta 104 de perforación.
A medida que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo es bombeado por la sarta 104 de perforación, la fuerza del bombeo de entrada puede actuar sobre el pistón 344, causando que el extremo proximal del canal 346 del pistón se acople con el pasador 348 de pistón. Por tanto, la fuerza de bombeo de entrada puede ejercer una fuerza dirigida distalmente sobre el pistón 344 y el primer elemento 202 (a medida que el primer elemento 202 se asegura al pasador 348 de pistón). A medida que el primer elemento 202 es presionado distalmente por la fuerza del bombeo de entrada, este puede causar que los elementos 310 de frenado se desplacen distalmente a lo largo de la superficie
cónica del elemento 312 de posicionamiento. Esto ocurre al menos en parte debido a que el elemento 330 de desviación ejerce una fuerza proximal sobre el elemento 312 de posicionamiento. El movimiento axial de los elementos 310 de frenado (en la dirección distal) en relación a la superficie cónica del elemento 312 de posicionamiento puede forzar a los elementos de frenado axialmente hacia afuera hasta que dichos elementos 310 de frenado se desplazan en el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación tal como se muestra en la Figura 5. Por tanto, el elemento 330 de desviación puede ayudar a retener los elementos 310 de frenado en una posición extendida a medida que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo es bombeado por la sarta 104 de perforación.
Con los elementos 310 de frenado desplazándose en el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación, puede evitarse cualquier movimiento distal adicional de los elementos 310 de frenado, el pasador 348 de pistón y el pistón en relación al elemento 312 de posicionamiento y el manguito. De este modo, puede evitarse que el pistón 344 sea presionado a través del casquillo 352 por la fuerza de bombeo de entrada. Adicionalmente, puede evitarse que el elemento 302 de conducción se mueva axialmente en la dirección distal en relación al manguito 204, el cual puede retener una parte replegada radialmente. Mantener los elementos 300 a modo de cuña al menos parcialmente replegados dentro del manguito 204 puede reducir la fricción entre la sarta 104 de perforación y el mecanismo 128 de bloqueo, aumentando de este modo la velocidad con la que puede realizarse la maniobra de bajada del conjunto 110 de portatestigos de sondeo por la sarta 104 de perforación.
Se podrá apreciar, a la luz de la divulgación del presente documento, que el mecanismo 132 de frenado puede ayudar a evitar el movimiento proximal accidental del conjunto 110 de portatestigos de sondeo. Por ejemplo, si hubiera de actuar una fuerza proximal sobre el conjunto 110 de portatestigos de sondeo (tal como la gravedad sobrepasando la fuerza del bombeo de entrada debido a un problema hidráulico), el elemento 312 de posicionamiento puede ser impulsado proximalmente en relación a los elementos 310 de frenado, forzando de este modo a los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera contra la sarta 104 de perforación y frenando o deteniendo el movimiento próxima del conjunto 110 de portatestigos de sondeo. De este modo, el mecanismo 132 de frenado puede actuar como una característica de seguridad para evitar una caída accidental o no deseada del conjunto 110 de portatestigos de sondeo.
Adicionalmente, como se ha mencionado previamente, el mecanismo 132 de frenado puede permitir una variación en el diámetro interior de la sarta 104 de perforación, tal como la asociada con carcasas y varillas de perforación de descenso rápido. En particular, la Figura 6A ilustra una vista de corte transversal del conjunto 126 de cabezal tomada a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5 (es decir, a través de los elementos 310 de frenado). Tal como se muestra en la Figura 6A, el elemento 312 de posicionamiento puede forzar a los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera para ponerlos en contacto con el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación. En al menos una implementación, el elemento 312 de perforación puede presentar una sección transversal circular, tal como se muestra en la Figura 6A, esto puede permitir que los elementos 310 de frenado rueden a lo largo de la sarta 104 de perforación a medida que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo es bombeado por la sarta 104 de perforación.
Tal como se ha mencionado anteriormente, en una o más implementaciones, el elemento 312 de posicionamiento puede incluir un área de gradiente cónico de tal manera que la variación el diámetro del elemento 312 de posicionamiento varía a lo largo de su longitud. Esto en combinación con el elemento 330 de desviación puede asegurar que los elementos 310 de frenado mantengan el acoplamiento con el diámetro interior de la sarta 104 de perforación incluso si éste varía. Por ejemplo, la Figura 6B ilustra una vista de corte transversal similar a la de la Figura 6A aunque con el mecanismo de frenado posicionado en un punto de la sarta 104 de perforación que presenta un diámetro D2 interior mayor que el diámetro D1 interior de la sarta 104 de perforación que se muestra en la Figura 6A. Tal como se muestra, a pesar del cambio en el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación, el elemento 312 de posicionamiento puede asegurar que los elementos 310 de frenado mantengan el acoplamiento con el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación.
En referencia ahora a la Figura 7, una vez que el conjunto en el interior del pozo de sondeo o conjunto 110 de portatestigos de sondeo haya alcanzado su localización deseada dentro de la sarta 104 de perforación, el extremo distal del conjunto 110 de portatestigos de sondeo puede pasar a través de la última varilla de perforación y posicionarse sobre un anillo de posicionamiento que se asienta sobre la parte superior del tubo 112 exterior. En este punto, los elementos 310 de frenado pueden alinearse axialmente con una primera ranura 700 anular en la sarta 104 de perforación. En este punto, el elemento 330 de desviación puede desplegarse más completamente, presionando el elemento 312 de posicionamiento proximalmente, presionando de este modo los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera para situarlos en el interior de la primera ranura 700 anular.
Además, una vez que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo se haya posicionado sobre el anillo de posicionamiento del tubo 112 exterior, el primer elemento 202 puede moverse distalmente hacia (y en algunas implementaciones al menos parcialmente hacia el interior de) el manguito 204. Este movimiento causa que las superficies 304 de conducción conduzcan los elementos 300 a modo de cuña radialmente hacia el afuera (a través de las aberturas 306 de bloqueo) y hacia su acoplamiento con el diámetro 104 interior de la sarta 104 de perforación.
En particular, los elementos 300 a modo de cuña pueden ser conducidos a su acoplamiento con una segunda ranura 702 anular formada en la superficie 502 interior de la sarta 104 de perforación.
Con los elementos 300 a modo de cuña desplegados en la segunda ranura 702, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede bloquear el conjunto 110 de portatestigos de sondeo axialmente en la posición de perforación. En otras palabras, los elementos 300 a modo de cuña y la ranura 702 anular pueden evitar el movimiento axial del conjunto 110 de portatestigos de sondeo en relación al tubo 112 exterior. En particular, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede soportar las cargas de la perforación a medida que una muestra se introduce en el portatestigos 124 de sondeo. Adicionalmente, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede mantener una condición desplegada o bloqueada a pesar de la vibración y la carga inercial de los componentes complementarios del conjunto de cabezal, debido a las operaciones de perforación o un movimiento anómalo de la sarta de perforación.
Podrá apreciarse que cuando se encuentra en la posición de perforación, el elemento 330 de desviación puede forzar al elemento 302 de conducción distalmente, forzando de este modo a los elementos 300 a modo de cuña radialmente hacia afuera para ponerlos en su posición desplegada. De este modo, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede ayudar a asegurar que los elementos 300 a modo de cuña no se acoplen o replieguen accidentalmente de tal manera que el tubo interior del portatestigos de sondeo se eleve desde la posición de perforación en un pozo en un ángulo hacia abajo, evitando la perforación, o caiga inesperadamente desde un pozo de perforación en un ángulo hacia arriba. Al mismo tiempo, el elemento 330 de desviación puede forzar el elemento 312 de posicionamiento proximalmente, forzando de este modo los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera para situarlos en su posición extendida.
Además de lo anterior, la Figura 7 ilustra adicionalmente que cuando se encuentra en la posición de perforación, el pistón 344 puede llegar a pasar distalmente más allá del casquillo 352. Esto puede permitir que el fluido fluya en el hueco 380 interior central, pasando la junta 130. Por tanto, el elemento 342 de control de fluidos puede permitir que el fluido de perforación alcance la broca 106 de perforación para proporcionar lavado y refrigeración según se desee o se necesite durante un proceso de perforación. Podrá apreciarse a la luz de la divulgación en el presente documento, que puede crearse un pico de presión y a continuación liberarse a medida que el portatestigos de sondeo alcanza la posición de perforación y el pistón 344 pasa más allá del casquillo 352. Este pico de presión puede proporcionar una indicación a un operario de perforación de que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo ha alcanzado la posición de perforación, y está bloqueado en la sarta 104 de perforación.
Además de bloquear o asegurar axialmente el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en una posición de perforación, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede bloquear rotacionalmente el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en relación a la sarta 104 de perforación de tal manera que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo rote en tándem con la sarta 104 de perforación. Tal como se ha mencionado anteriormente, esto puede evitar el desgaste entre los componentes complementarios del conjunto 110 de portatestigos de sondeo y la sarta 104 de perforación (es decir, los elementos 300 a modo de cuña, los elementos 310 de frenado, el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación, el soporte de posicionamiento en el extremo distal del portatestigos de sondeo, el anillo de posicionamiento en el extremo proximal del tubo 112 exterior).
En particular, en referencia a la Figura 8 a medida que la sarta 104 de perforación rota (indicado por la flecha 800), el conjunto 110 de portatestigos de sondeo y el elemento 302 de conducción pueden tener una inercia (indicada por la flecha 804) que sin el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede tender a causar que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo no rote o rote a una velocidad más lenta que la sarta 104 de perforación. Tal como se muestra en la Figura 8, sin embargo, la rotación de la sarta 104 de perforación causa que los elementos 300 a modo de cuña se coloquen en medio de las superficies 304 de conducción del elemento 302 de conducción y el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación, a medida que la rotación de la sarta 104 de perforación intenta hacer girar los elementos 300 a modo de cuña en relación al elemento 302 de conducción (indicado por la flecha 802). La colocación o el estrangulamiento de los elementos 300 a modo de cuña se produce en medio de las superficies 604 de conducción y el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación y bloquean rotacionalmente el elemento 302 de conducción (y por tanto el conjunto 110 de portatestigos de sondeo) en relación a la sarta 104 de perforación. De este modo, el mecanismo 128 de bloqueo conducido puede asegurar que el conjunto 110 de portatestigos de sondeo rote junto con la sarta 104 de perforación.
Podrá apreciarse a la luz de la divulgación del presente documento que la configuración de las superficies 304 de conducción y el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación crean un área de gradiente cónico circunferencial tal como se muestra en la Figura 8. En otras palabras, la distancia entre el diámetro 502 interior de la sarta 104 de perforación y el elemento 302 de conducción puede variar circunferencialmente. Esta área de gradiente cónico circunferencial causa que los elementos 300 a modo de cuña se coloquen en medio de o queden estrangulados entre la sarta 104 de perforación y el elemento 302 de conducción, bloqueando de este modo rotacionalmente el conjunto 110 de portatestigos de sondeo en la sarta 104 de perforación.
Tal como se muestra en la Figura 8, el área de gradiente cónico circunferencial entre la sarta 104 de perforación y las superficies 104 de conducción se crea por la configuración plana de las superficies 304 de conducción.
Podrá apreciarse a la luz de la divulgación del presente documento, que el mecanismo 132 de frenado puede actuar para evitar las fuerzas proximales actuantes muevan el conjunto 110 de portatestigos de sondeo sacándolo de su posición de perforación, evitando de este modo una expulsión accidental o no deseada. Por ejemplo, durante la perforación pueden encontrarse áreas de presión u otras anomalías en la formación 102 que creen una fuerza dirigida proximalmente durante el proceso de perforación. Dicha fuerza podría forzar el pistón 344 y el elemento 302 de conducción proximalmente, lo que podría liberar potencialmente el mecanismo 128 de bloqueo conducido (es decir, causar que los elementos 300 a modo de cuña se replieguen radialmente saliendo de la ranura 702 anular). Esto a su vez podría permitir que la fuerza proximal dispare potencialmente el conjunto de portatestigos de sondeo proximalmente hacia arriba de la sarta 104 de perforación, o haga estallar el conjunto 110 de portatestigos de sondeo. El mecanismo de frenado puede evitar este suceso.
En particular, si una fuerza perturbadora o que actúe proximalmente, actúa para mover el primer elemento proximalmente en relación con el manguito 204, forzará el elemento 312 de posicionamiento proximalmente. Esto a su vez puede forzar a la superficie o superficies cónicas del elemento 312 de posicionamiento a conducir los elementos 310 de frenado radialmente hacia afuera a través de las aberturas 314 de freno y hacia un acoplamiento con la varilla de perforación asociada. El acoplamiento entre los elementos 310 de frenado y la sarta 104 de perforación puede actuar para contrarrestar la fuerza perturbadora o que actúa proximalmente, haciendo frenar o deteniendo de este modo el conjunto 126 de cabezal y evitando una expulsión accidental o no deseada. El mecanismo 132 de frenado puede ser desplegado por una fuerza que actúe proximalmente, mientras el mecanismo 128 de bloqueo conducido se despliega o se repliega, y/o durante el bombeo de entrada o el repliegue del conjunto 110 de portatestigos de sondeo
En algún punto puede resultar deseable recuperar el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, tal como cuando se ha capturado un testigo de sondeo. En referencia a la Figura 9, para recuperar el conjunto 110 de portatestigos de sondeo, puede utilizarse un wireline 145 para hacer descender un conjunto 900 de enchufe de pesca para acoplarlo con el conjunto 200 de punta de lanza. El wireline puede entonces utilizarse para tirar del enchufe de pesca 900 y del conjunto 200 de punta de lanza proximalmente. Esto a su vez puede actuar para extraer el primer elemento 202 proximalmente alejándolo del manguito 204. El movimiento proximal del primer elemento 202 puede causar que los elementos 310 de frenado se replieguen dentro del cuerpo 308 de bloqueo, a medida que se mueven a lo largo del elemento 312 de posicionamiento. Además, el movimiento proximal del primer elemento 202 puede causar que los elementos 300 a modo de cuña se replieguen radialmente a medida que se mueven a lo largo del elemento 302 de conducción. Una vez que se haya tirado del primer elemento 202 proximalmente lo suficiente para replegar el mecanismo 132 de frenado y el mecanismo 128 de bloqueo conducido, el extremo distal de las ranuras 324 de montaje pueden acoplarse con el pasador 320, tirando de este modo del manguito 204 proximalmente.
Claims (15)
1. Conjunto (110) de cabezal de portatestigos de sondeo que presenta un eje longitudinal y configurado para ser recibido de manera extraíble dentro de una sarta (104) de perforación, que comprende:
un manguito (204) con una pluralidad de aberturas (306) de bloqueo que se extienden a través del mismo;
un elemento (302) de conducción posicionado al menos parcialmente dentro del manguito, donde el elemento de conducción tiene una superficie que define una pluralidad de superficies (304) de conducción que se estrechan hacia el extremo de la sarta de perforación que incluye la broca de perforación, y
una pluralidad de elementos (300) a modo de cuña, donde cada elemento a modo de cuña de la pluralidad de elementos a modo de cuña están posicionados en una parte de una respectiva superficie de conducción de entre la pluralidad de superficies de conducción, extendiéndose los elementos a modo de cuña dentro de la pluralidad de aberturas de bloqueo de alrededor y entre una posición liberada y una posición bloqueada;
en donde cada elemento a modo de cuña de la pluralidad de elementos a modo de cuña se mueve entre la posición liberada y la posición bloqueada mediante desplazamiento radial, y en donde la traslación axial del elemento de conducción tiene como resultado un desplazamiento radial de la pluralidad de elementos a modo de cuña entre la posición liberada y la posición bloqueada;
en donde el movimiento del elemento de conducción hacia el extremo de la sarta de perforación que incluye la broca de perforación mueve la pluralidad de elementos a modo de cuña radialmente hacia afuera desde la posición liberada a la posición bloqueada;
en donde las superficies de conducción son planas para crear un área de gradiente cónico circunferencial en la que la distancia entre un diámetro interior de la sarta de perforación y el elemento de conducción varía circunferencialmente, por lo que la rotación de la sarta de perforación en relación al elemento de conducción causa que la pluralidad de elementos a modo de cuña se coloquen entre la pluralidad de las superficies de conducción y el diámetro interior de la sarta de perforación; y
en donde, cuando la pluralidad de elementos a modo de cuña se posicionan en la posición bloqueada, el elemento de conducción se configura para bloquear axialmente y rotacionalmente el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en relación a la sarta de perforación.
2. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según la reivindicación 1, en donde los elementos a modo de cuña de la pluralidad de elementos a modo de cuña son en general esféricos.
3. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende:
una válvula posicionada dentro del manguito; y
un pistón (344) de bolas configurado para acoplarse a la válvula y evitar que el fluido pasa a través del manguito pasando dicha válvula.
4. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un elemento (330) de desviación configurado para desviar el elemento de conducción contra la pluralidad de elementos a modo de cuña.
5. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según la reivindicación 4, en donde el elemento de desviación se encuentra posicionado dentro del elemento de conducción.
6. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un mecanismo (132) de frenado, donde el mecanismo de frenado comprende un elemento (312) de posicionamiento y una pluralidad de elementos (310) de frenado.
7. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según la reivindicación 6, en donde los elementos de frenado de la pluralidad de elementos de frenado son en general esféricos.
8. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según la reivindicación 7, en donde la traslación axial del elemento de posicionamiento tiene como resultado un desplazamiento radial de la pluralidad de elementos de frenado entre una posición replegada y una posición extendida.
9. Conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según la reivindicación 8, en donde el elemento de posicionamiento tiene una forma en general cónica, de tal manera que el elemento de posicionamiento está configurado para presionar la pluralidad de elementos de frenado para situarlos en una pluralidad de posiciones extendidas, permitiendo de este modo que los elementos de frenado mantengan el acoplamiento con un diámetro interior de la sarta de perforación que varía a lo largo de la longitud de la varilla de perforación.
10. Sistema (100) de perforación para recuperar un testigo de sondeo, que comprende:
una varilla (108) de perforación que comprende un primer hueco anular que se extiende hacia dentro de un diámetro interior de la varilla de perforación; y
un conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y configurado para ser introducido dentro de la varilla de perforación;
en donde el desplazamiento axial del elemento de conducción del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en relación a la pluralidad de elementos a modo de cuña del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo presiona la pluralidad de elementos a modo de cuña en el interior del primer hueco anular, de ese modo bloquendo axialmente el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en relación a la varilla de perforación, y en donde la rotación de la varilla de rotación causa que la pluralidad de elementos a modo de cuña bloquee el conjunto de portatestigos de sondeo en relación a la varilla de perforación.
11. Sistema de perforación según la reivindicación 10, en donde el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo comprende una pluralidad de elementos de frenado desviados hacia el diámetro interior de la varilla de perforación por la que la pluralidad de elementos de frenado se acoplan con el diámetro de la varilla de perforación a medida que el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo se desplaza dentro de la varilla de perforación, donde el sistema de perforación además comprende una segunda ranura anular que se extiende hacia el diámetro interior, estando configurada la segunda ranura anular para recibir la pluralidad de elementos de frenado.
12. Sistema de perforación según la reivindicación 11, en donde el movimiento de la pluralidad de elementos de frenado en la segunda ranura anular causa que el elemento de conducción fuerce a la pluralidad de elementos a modo de cuña a salir de una posición replegada radialmente hacia afuera para situarse en el interior de la primera ranura anular.
13. Método de perforación que comprende:
introducir un conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 dentro de una sarta de perforación;
mover el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo dentro de la sarta de perforación hasta una posición de perforación;
desplegar la pluralidad de elementos a modo de cuña del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en el interior de una ranura anular de la sarta de perforación;
desplegar una pluralidad de elementos de frenado del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo en el interior de una segunda ranura anular que se extiende en el diámetro interior de la sarta de perforación; y
hacer girar la sarta de perforación, causando de este modo que la pluralidad de elementos a modo de cuña se coloquen entre partes del diámetro interior de la sarta de perforación y las respectivas partes de la pluralidad de superficies de conducción, bloqueando de esta manera axialmente y rotacionalmente el conjunto de portatestigos de sondeo en relación a la sarta de perforación.
14. Método según la reivindicación 13, que además comprende:
hacer descender un enchufe de pesca en una punta de lanza del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo; y tirar del enchufe de pesca para replegar el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo;
en donde la acción de tirar repliega la pluralidad de superficies de conducción, permitiendo de ese modo que los elementos a modo de cuña se replieguen al menos parcialmente en el interior del conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo.
15. Método según la reivindicación 13, que además comprende hacer avanzar la sarta de perforación en el interior de una formación, causando de este modo que una muestra de sondeo se introduzca en el conjunto de cabezal de portatestigos de sondeo.
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