ES2967358T3 - Aparato de rotación de varilla - Google Patents

Abstract

Se proporciona un aparato para hacer girar un tubo o varilla. El tubo o varilla se sostiene desde un mástil de una plataforma y se inserta en un pozo. El aparato incluye un miembro de rotación para hacer girar el tubo o varilla. El miembro de rotación está montado en el pozo de manera que, en uso, el tubo o varilla se introduce dentro del miembro de rotación, desde arriba del miembro de rotación, y dentro del pozo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de rotación de varilla

Campo técnico

La presente descripción se relaciona con la terminación, reparación y mantenimiento de pozos tales como pozos de petróleo y gas y pozos de gas de vetas de carbón.

Antecedentes

En la construcción y operación de pozos se utilizan varios equipos especializados. Estos equipos especializados incluyen varios tipos de aparejos de perforación. Se utiliza un aparejo de perforación para perforar el pozo. Se utiliza un equipo de reparación o intervención para hacer girar las varillas dentro del pozo y completarlo. Se utiliza un equipo de lavado a presión para eliminar los residuos del pozo.

Durante los trabajos de mantenimiento y reparación, se puede utilizar un equipo de lavado a presión para lavar el pozo. Cuando el lavado no ha logrado restablecer la producción de un pozo y el pozo necesita intervención para volver a ponerlo en producción, la práctica es retirar el equipo de lavado a presión y configurar un equipo de reparación/intervención más grande. El equipo de reparación/intervención realiza trabajos y perforaciones con las varillas. Una vez que el equipo de reparación/intervención ha completado su trabajo, se retira y el equipo de lavado a presión regresa al pozo para limpiarlo.

El proceso de intercambio de aparejos de perforación consume un tiempo considerable. Actualmente, los equipos de intervención pueden tardar hasta 6 horas en ser configurados y hasta otras 4 o 5 horas en ser desmontados.

El documento GB399468 muestra un aparato para hacer girar un tubo o varilla. El aparato está montado de manera que quede soportado sobre una torre de perforación, donde la torre de perforación está sostenida por una base adecuada.

El documento US2001/136638 muestra un cierre hermético giratorio usado para sellar un tubo o varilla hecho girar mediante un accionamiento Kelly.

El documento US 2,617,500 describe un aparejo de perforación portátil montado en un vehículo. Una plataforma de soporte en forma de mesa está unida al aparejo móvil y la plataforma soporta una mesa giratoria. La plataforma giratoria hace girar una sarta de perforación bajada o subida por el aparejo de perforación. La mesa giratoria está soportada por la plataforma y no por el pozo.

Compendio

Aspectos de la invención se exponen en las reivindicaciones adjuntas.

La presente descripción proporciona en un primer aspecto un aparato para hacer girar un tubo o varilla, estando soportado el tubo o varilla desde un mástil de una plataforma y para su inserción en un pozo, incluyendo el aparato un elemento de rotación para girar el tubo o varilla, en donde el elemento de rotación está montado en el pozo de manera que, en uso, el tubo o varilla es alimentado al miembro de rotación, desde encima del miembro de rotación, y al interior del pozo, teniendo el aparato las características de la reivindicación 1.

El tubo o varilla se puede alimentar en el pozo para limpiarlo, perforar en el pozo para limpiarlo o perforar en el pozo para ampliarlo.

Según la invención, el elemento de rotación está asociado con el propio pozo en lugar de estar previsto en cualquier otra estructura independiente del pozo. Por "asociado con el pozo" se entiende que el elemento de rotación puede unirse a uno de los componentes del pozo en la superficie. El elemento de rotación puede montarse en un componente del pozo. El pozo comprende varios componentes en la superficie, incluido un dispositivo de prevención de reventones (BOP). Un dispositivo de prevención de reventones es una válvula grande, especializada o un dispositivo mecánico similar, generalmente instalado para al menos sellar, controlar y/o monitorizar pozos tales como los de petróleo y gas. Los dispositivos de prevención de reventones se desarrollaron para hacer frente a presiones extremas erráticas y flujos incontrolados (golpe de formación) que emanan de un yacimiento de pozo durante la perforación. Otro componente de un pozo es un prensaestopas. El prensaestopas se utiliza para sellar un eje giratorio o alternativo contra un fluido. Independientemente de la función de cualquier componente del pozo, en el primer aspecto de la presente descripción, el miembro de rotación está montado sobre el pozo o en el pozo mediante cualquier componente que pueda soportar su peso y orientarlo de manera que se pueda alimentar a su interior un tubo o varilla desde arriba y hacia el pozo. El montaje puede realizarse empernando el elemento de rotación al componente.

Según la invención, se puede acceder al elemento de rotación mediante una plataforma de acceso. La plataforma de acceso puede tener forma de U para ser ubicada sustancialmente alrededor del miembro de rotación cuando esté en uso. La plataforma de acceso se puede conectar a un aparejo de perforación. La plataforma de acceso se puede unir de forma móvil al aparejo de perforación. La plataforma de acceso se puede mover desde una posición inoperable a una posición operable. En la posición operable, la plataforma de acceso proporciona acceso al miembro de rotación. En la posición inoperable, la plataforma de acceso está guardada posiblemente para el transporte. El elemento de rotación también se puede unir a la plataforma de acceso para absorber cualquier fuerza de torsión. El elemento de rotación puede fijarse a la plataforma mediante una serie de pernos que pueden aplicarse a cilindros de torsión dispuestos en los carriles que forman la plataforma.

Así, según la descripción en un segundo aspecto se proporciona un método para insertar un tubo o varilla en un pozo según la reivindicación 8.

En una realización alternativa, la plataforma de acceso puede ser independiente de un aparejo de perforación y puede proporcionarse en forma de una plataforma independiente. Por lo tanto, en una realización, el elemento de rotación y la plataforma de acceso son estructuralmente independientes del aparejo de perforación. Por lo tanto, la presente descripción proporciona en un tercer aspecto un aparato para hacer girar un tubo o varilla, estando el tubo o varilla soportados desde un mástil de una plataforma y para su inserción en un pozo, comprendiendo el aparato:

un elemento de rotación para hacer girar el tubo o varilla, en donde el elemento de rotación está montado en el pozo;

una plataforma de acceso para proporcionar acceso al elemento de rotación sobre el pozo,

en donde el elemento de rotación es estructuralmente independiente del aparejo de perforación. Opcionalmente, la plataforma de acceso también es estructuralmente independiente del aparejo de perforación.

También se describe una disposición en donde el elemento de rotación es estructuralmente independiente del aparejo de perforación y está soportado por una plataforma de soporte sobre el pozo en lugar de por el propio pozo. De este modo, el soporte puede convertirse en un componente del pozo. Por lo tanto, la presente descripción proporciona en un cuarto aspecto un aparato para hacer girar un tubo o varilla, estando el tubo o varilla soportado desde un mástil de una plataforma y para su inserción en un pozo, comprendiendo el aparato:

un elemento de rotación para hacer girar el tubo o varilla;

un soporte para soportar el elemento de rotación sobre el pozo,

en donde el elemento de soporte y rotación son estructuralmente independientes del aparejo de perforación.

Cuando el soporte es estructuralmente independiente de la plataforma, la presente descripción también proporciona en un quinto aspecto un aparato para hacer girar un tubo o varilla, estando el tubo o varilla soportado desde un mástil de una plataforma y para su inserción en un pozo, comprendiendo el aparato:

un elemento de rotación para hacer girar el tubo o varilla colocado, en uso, encima de un pozo; y

un soporte colocado, en uso, en el terreno debajo de una corona del mástil para soportar el elemento de rotación desde abajo.

Toda la descripción se relaciona en la presente memoria con los aspectos primero, segundo, tercero, cuarto o quinto de la descripción, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

El elemento de rotación proporciona un engranaje grande accionado por motores hidráulicos. El elemento de rotación incluye un mandril que se aplica con el engranaje. El dispositivo de rotación puede sujetarse entre un par de columnas guía. Puede haber más de dos columnas guía. Las columnas guía pueden estar situadas en lados opuestos del elemento de rotación. Cada columna guía puede comprender una pista sustancialmente en forma de C a lo largo de la cual se desplaza el elemento de rotación. Cada columna guía puede incluir un elemento elevador para elevar el elemento de rotación. Cada elemento de elevación puede comprender un cilindro. En conjunto, los componentes del elemento de rotación también pueden denominarse como un módulo de perforación.

El elemento de rotación puede desplazarse hacia arriba y hacia abajo a lo largo de una carrera del elemento de rotación. El elemento de rotación puede avanzar, a lo largo de la carrera, hacia abajo con el tubo o varilla hacia el pozo antes de volver a la parte superior de la carrera. Cuando está en el punto más cercano al pozo, el elemento de rotación puede estar en la parte inferior de la carrera. La longitud de la carrera puede ser divisible por la longitud del tubo o varilla. La longitud de la carrera puede ser una cuarta parte de la longitud del tubo o varilla. La longitud de la carrera puede estar entre 900 mm y 1200 mm. La longitud de la carrera puede ser de 1200 mm. La longitud de la carrera puede ser de 1500 mm.

El soporte puede comprender una plataforma de acceso. La plataforma de acceso puede comprender un piso o cubierta. La plataforma puede tener una forma sustancialmente rectangular. La plataforma puede incluir un orificio a través del cual pasa la varilla entre el elemento de rotación y el pozo. La distancia desde el centro del orificio hasta el lado frontal de la plataforma puede ser de 1000 mm.

La distancia desde el centro del orificio hasta un lado de la plataforma puede ser de 1800 mm. La distancia desde el centro del orificio hasta el lado trasero de la plataforma puede ser de 1800 mm. La plataforma puede tener forma de U, con el pozo recibido (y el elemento de rotación montado en el mismo), en uso, entre los brazos de la 'U'.

La plataforma puede montarse en el aparejo de perforación. La plataforma se puede montar en el lado del aparejo de perforación. La plataforma se puede montar en la parte trasera del aparejo de perforación. La plataforma puede tener dimensiones adecuadas para permitir que encaje debajo del mástil de una torre de lavado a presión. La plataforma puede estar articulada para permitir el movimiento con respecto al aparejo de perforación. La plataforma puede montarse mediante una serie de bisagras accionadas hidráulicamente que permiten el movimiento automático. El movimiento puede ser entre una posición inoperable y una posición operable. El movimiento puede efectuarse mediante un brazo hidráulico. En la posición inoperable, la plataforma puede guardarse y el aparejo de perforación puede moverse estando la plataforma sustancialmente al ras del cuerpo del aparejo de perforación. La plataforma puede estar en voladizo. La plataforma se puede bajar hasta una posición operativa sustancialmente horizontal. La plataforma se puede bajar de forma manual o automática. En la posición operable, la plataforma puede estar soportada en un extremo por el aparejo de perforación y en el otro extremo por una o más patas o columnas que pueden colgar de la plataforma al suelo. Las patas pueden comprender un elemento extensible accionado para subir o bajar la plataforma. Las patas pueden comprender un elemento estructural para fijar la altura de la plataforma una vez elevada. El elemento extensible accionado puede comprender un cilindro hidráulico. El elemento estructural puede comprender un soporte roscado o una columna roscada.

La plataforma puede ser estructuralmente independiente del aparejo de perforación. En esta realización, la plataforma puede estar soportada sustancialmente horizontalmente en el suelo por una pluralidad de patas. La plataforma puede estar soportada sobre 4 patas. Las patas pueden estar posicionadas en ubicaciones alrededor del pozo. Las patas pueden comprender un elemento extensible accionado para elevar la plataforma. Las patas pueden comprender un elemento estructural para fijar la altura de la plataforma una vez elevada. El elemento extensible accionado puede comprender un cilindro hidráulico. El elemento estructural puede comprender un soporte roscado o una columna roscada.

Cuando el aparato es estructuralmente independiente del aparejo de perforación, el aparato puede comprender además medios de acoplamiento para acoplarse al aparejo para impedir la rotación del aparato cuando está en uso. Los medios de aplicación pueden comprender uno o más elementos extensibles para extenderse entre el aparato y el aparejo de perforación. Cada uno de los elementos extensibles puede comprender un ariete. Un extremo distal de cada ariete puede estar enchavetado para aplicarse a un elemento de chaveta correspondiente en el aparejo de perforación. El extremo distal de cada ariete puede configurarse para acoplarse a un soporte de una plataforma de trabajo elevada del aparejo de perforación.

Cuando el elemento de rotación está montado en el pozo, puede comprender medios para evitar la rotación del mismo in situ. Debe entenderse que no debe haber rotación a través del dispositivo de prevención de reventones (BOP), por lo que puede ser necesario un medio para evitar la rotación del elemento de rotación para cumplir con las Normas pertinentes. Un medio para impedir la rotación puede ser una serie de pernos que se extienden desde el elemento de rotación y están asegurados en la plataforma. La plataforma es pesada y no puede girar.

El elemento de rotación puede conectarse hidráulica y/o electrónicamente al aparejo. El elemento de rotación puede ser controlable desde controles montados en el aparejo de perforación. Los controles del aparejo de perforación pueden incluir un panel de visualización. El panel de visualización puede tener una primera configuración que muestra controles del aparejo de perforación cuando el elemento de rotación no está conectado hidráulica y eléctricamente al aparejo de perforación. El panel de visualización puede tener una segunda configuración que muestra controles del elemento de rotación y el equipo relacionado del aparejo de perforación, cuando el elemento de rotación está conectado hidráulica y eléctricamente al aparejo de perforación.

El elemento de rotación puede comprender un elemento de fricción para aplicarse a una superficie exterior del tubo o varilla. El elemento de fricción puede ser accionado para hacer girar el tubo o varilla. El elemento de rotación puede comprender un accionamiento de mandril.

Los tubos o varillas insertados en el pozo son retenidos dentro del pozo por el elemento de rotación y el peso total del aparato. La fuerza del peso del aparato es mayor que la fuerza ascendente aplicada sobre el tubo o varilla por la presión del fluido en el pozo. Para ello, el aparato puede pesar al menos 5 toneladas. De hecho, el aparato puede pesar al menos 6 toneladas.

El elemento de rotación puede proporcionar una función de velocidad variable para variar la tasa a la que desciende el tubo o varilla. La función de velocidad variable puede disminuir la tasa de alimentación del tubo o varilla cuando el peso del tubo o varilla, medido por el aparato o aparejo de perforación, es menor que un valor predeterminado. El elemento de rotación puede proporcionar una función de alimentación fina y una función de alimentación controlada por peso para bajar el tubo o varilla a una velocidad más rápida y más lenta, respectivamente. La tasa de alimentación del tubo o varilla puede ser controlada por el aparato. La tasa de alimentación del tubo o varilla puede controlarse mediante el elemento elevador de cada columna guía. La tasa de alimentación del tubo o varilla puede controlarse mediante un torno del aparejo de perforación. La tasa de alimentación del tubo o varilla puede controlarse mediante un torno del malacate del aparejo de perforación.

La función de alimentación fina puede alimentar el tubo o la varilla en el pozo a una primera velocidad. La función de alimentación controlada por peso puede alimentar el tubo o varilla dentro del pozo a una segunda velocidad inferior a la primera. La segunda velocidad puede ser una velocidad a la que el peso del tubo o varilla (o sarta de tubos o varillas) medido por el aparato o aparejo de perforación es un peso predeterminado. La velocidad controlada por peso puede ser una velocidad variable a la que se mantiene el peso predeterminado.

El aparato o aparejo de perforación puede medir una fuerza descendente del tubo o varilla. Cuando la fuerza descendente del tubo o varilla, medida por el aparato o aparejo de perforación, es inferior a un umbral predeterminado, el elemento de rotación puede elevarse para retirar al menos parcialmente el tubo o varilla del pozo, y la función de alimentación controlada por peso se puede utilizar luego para bajar el tubo o varilla a una velocidad más lenta. El aparejo de perforación o aparato puede configurarse para pasar automáticamente de la función de alimentación fina a la función de alimentación controlada por peso.

La función de alimentación fina puede alimentar el tubo o la varilla a una primera tasa de alimentación establecida. La función de alimentación controlada por peso puede alimentar el tubo o varilla a una segunda tasa de alimentación establecida inferior a la primera tasa de alimentación establecida. La función de alimentación controlada por peso puede alimentar el tubo o varilla a una tasa que mantenga una medida mínima para el peso del tubo o varilla, o de la sarta de tubos o varillas, según lo medido por el aparato. La función de alimentación controlada por peso puede alimentar el tubo o varilla a una tasa que mantenga una medida mínima para el peso del tubo o varilla, o de la sarta de tubos o varillas, según lo medido por el aparejo de perforación.

El uso de la tasa de alimentación fina y de la tasa de alimentación controlada por peso puede permitir que el aparato controle la tasa de alimentación del tubo o varilla en todo momento durante el descenso del tubo o varilla.

Los tubos o varillas pueden extraerse de una o más pasarelas montadas en la plataforma de soporte/acceso. Una pasarela puede estar situada en la parte trasera del aparato. Se puede colocar una pasarela en uno o ambos lados laterales del aparato; se entiende por "lado lateral" un lado que se extiende hacia y desde el aparejo de perforación, en uso. El tubo o varilla puede ser parte de una sarta de tubos o varillas.

El aparato puede comprender además medios de retención previstos en la plataforma de soporte/acceso, para retener la sarta de tubos o varillas mientras se une al mismo otro tubo o varilla. Los medios de retención pueden comprender una sujeción de pie.

La presente invención proporciona además un método para insertar un tubo o varilla en un pozo, que comprende:

a. posicionar un aparejo de perforación en las proximidades del pozo (20);

b. montar un elemento (21) de rotación en el pozo (20) de manera que quede soportado por el pozo (20);

c. bajar un tubo o varilla (12) hacia el pozo (20) usando el aparejo (16), y al mismo tiempo hacer girar el tubo o varilla usando el elemento (21) de rotación,

d. en donde el elemento (21) de rotación está previsto como el aparato (10) según las realizaciones anteriores.

En una realización, la etapa de posicionar el aparato sobre el pozo comprende la etapa de montar un elemento de rotación en el pozo. En una realización, la etapa de posicionamiento también incluye mover una plataforma de acceso opcionalmente unida a un aparejo de perforación hacia una posición operativa. El método también puede incluir unir el elemento de rotación a la plataforma para asegurarlo contra cualquier fuerza de torsión.

La presente descripción proporciona además un método para controlar el descenso de una sarta de tubos o varillas hacia un pozo a través de un elemento (21) de rotación, usando un cabrestante de un aparejo de perforación, que comprende:

a. bajar la sarta a una primera velocidad a través del elemento (21) de rotación;

b. medir un 'peso en el gancho' del cabrestante;

c. retraer al menos parcialmente la sarta cuando el "peso en el gancho" medido indica que la sarta de tubos o varillas está ejerciendo una presión sobre el pozo que excede una presión predeterminada; y

d. bajar la sarta a una segunda velocidad inferior a la primera velocidad a través del elemento (21) de rotación, para controlar el descenso de dicha sarta de tubos o varillas dentro de dicho pozo (20).

La presión predeterminada puede basarse en una medición del peso de la varilla o tubo en el aparejo de perforación. Una medición de peso puede ser indicativa de una fuerza descendente, presión descendente u otra medición de fuerza aplicada por el tubo o varilla al aparato. Una medición de peso puede ser indicativa de una fuerza descendente, presión descendente u otra medición de fuerza aplicada por el tubo o varilla al aparejo de perforación. El "peso en el gancho" puede ser el peso del tubo o varilla (o de la sarta de tubos o varillas) menos la fuerza ascendente aplicada por el pozo al tubo o varilla (o a la sarta de tubos o varillas). La presión predeterminada puede basarse en una medición del peso de la varilla o tubo en el aparato. El "peso en el gancho" puede ser un peso medido en el aparato o aparejo de perforación, según sea el caso, aunque hasta ahora esa medición puede entenderse exclusivamente como un peso promediado cuando es medido en el gancho del aparejo de perforación.

La etapa de medición se puede realizar mientras se realiza al menos la primera etapa de descenso.

El aparejo de perforación puede configurarse para realizar automáticamente al menos las etapas c y d.

La segunda velocidad puede variar para mantener una medición particular del 'peso en gancho'. La primera velocidad puede ser una velocidad fija. La segunda velocidad puede ser una velocidad fija que sea más lenta que la primera velocidad.

Algunas realizaciones del presente aparato pueden permitir que un aparejo de perforación, tal como un aparejo de lavado a presión, permanezca en posición en un pozo para realizar trabajos de intervención en el pozo utilizando el aparato. Por tanto, tales realizaciones pueden evitar la necesidad de utilizar aparejos de reparación/intervención donde tradicionalmente se puede haber utilizado dicho aparejo de perforación.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán realizaciones de un aparato para hacer girar una varilla, únicamente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra una realización de un aparejo de perforación y un aparato para hacer girar una varilla en donde el soporte es estructuralmente independiente del aparejo de perforación;

La Figura 2 es una vista lateral en perspectiva del aparato de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista lateral de un aparato alternativo para hacer girar una varilla, en donde un accionamiento para el elemento giratorio está montado en la parte superior del elemento giratorio; y

La Figura 4 es una vista parcial en primer plano del piso del aparato de la Figura 1, que muestra una sujeción de pie para retener una varilla en posición durante el movimiento del elemento giratorio.

Las Figuras 5 y 5A muestran una realización de un aparejo de perforación y un aparato para hacer girar una varilla en donde la plataforma de soporte/acceso está unida al aparejo de perforación.

La Figura 6 es una vista en perspectiva del aparato de la Figura 5. El aparejo de perforación no se muestra para mayor claridad.

Las Figuras 7 a 9 son vistas en perspectiva de una parte del aparato mostrado en la Figura 6.

La Figura 10 es una vista en perspectiva de un corte del elemento de rotación montado en una plataforma.

Descripción detallada

La figura 1 muestra un aparato 10 para hacer girar una varilla 12. La varilla 12 está soportada desde un mástil 14 de un aparejo 16 de perforación mediante una línea 18: en la mayoría de los casos, la varilla 12 estará soportada desde el malacate del aparejo 16 de perforación, y por lo tanto estará soportada desde el mástil 14. La varilla 12 se puede insertar en un pozo 20. La varilla 12 normalmente formará parte de una sarta de varillas 12, o de una "sarta de perforación".

Como se muestra en la Figura 2, el aparato 10 comprende un elemento 21 de rotación que incluye un accionamiento 22 de mandril (no mostrado en la Figura 2) para hacer girar la varilla 12 (mostrada en líneas discontinuas), y un soporte, en forma de una plataforma 24 de acceso elevada, para soportar el elemento 21 de rotación sobre el pozo 20. En las Figuras 6 a 9 se muestra una realización del aparato 100 en donde se puede ver en detalle el accionamiento 220 del mandril.

En la realización mostrada al menos en la Figura 1, la plataforma 24 y el elemento 21 de rotación son estructuralmente independientes del aparejo 16 de perforación. Por lo tanto, el aparejo 16 de perforación puede usarse para subir y bajar varillas 12 dentro y fuera del pozo 20, mientras que el aparato 10 se utiliza para la rotación de esas varillas 12. En otras palabras, el aparejo 16 de perforación no es responsable de hacer girar las varillas 12. Por estructuralmente independiente, se quiere decir que la plataforma y el accionamiento del mandril no están soportados por el aparejo de perforación, pero debe entenderse que cualquier conexión incidental o indirecta (tal como la proporcionada para resistir la rotación del aparato 10 con respecto al aparejo 16 de perforación) puede preverse sin apartarse del alcance de esta realización. Por ejemplo, puede haber barandillas o cadenas que se extiendan entre la plataforma y el accionamiento del mandril y el aparejo de perforación para cumplir con los estándares de seguridad requeridos en el sitio de perforación.

En la realización mostrada en las Figuras 1 a 3, la plataforma 24 está situada en el suelo 26 por debajo de la corona 28 del mástil 14 y soporta el accionamiento 22 del mandril desde abajo. Como tales, las varillas 12 pueden ser alimentadas en el accionamiento 22 del mandril, desde encima del accionamiento 22 del mandril, y hacia abajo hacia el pozo 20.

Como se puede ver en la Figura 5, en algunas realizaciones, la plataforma 240 de acceso está montada en el aparejo 160 de perforación. La plataforma está acoplada al aparejo de perforación mediante una conexión 230. La conexión 230 puede ser una bisagra 230. Esto se ve más claramente en la Figura 6. Las conexiones 230 están adaptadas para moverse alrededor de una varilla unida a la parte trasera del aparejo 160 de perforación (no mostrado). El aparejo 160 de perforación todavía se puede usar para subir y bajar varillas 120 dentro y fuera del pozo 200, mientras que el aparato 100 se usa para la rotación de esas varillas 120. Cada varilla 120 está soportada desde un mástil 140 de un aparejo 160 de perforación por una línea 180. La varilla 120 se puede insertar en un pozo 200. En esta realización, como en lo descrito anteriormente, el aparejo 160 de perforación no es responsable de hacer girar las varillas 120. El elemento 210 de rotación está soportado por el pozo 200. El pozo incluye un BOP 215 y prensaestopas 225. El elemento de rotación se puede empernar al prensaestopas 225. Para asegurar el elemento 210 de rotación (el módulo de perforación) contra cualquier fuerza de torsión, se puede empernar además a la plataforma 240 de soporte. Esto se puede ver en la Figura 10. En la Figura 10, se puede ver un perno cortado 380 con una parte de cabeza que se aplica con una base 385 del elemento 310 de rotación. El perno es capturado por el cilindro 390 de torsión que está integrado en la plataforma 340. Puede haber cualquier número de pernos 380 dispuestos alrededor de la periferia de la base 385. Otros medios para unir el elemento 310 de rotación a la plataforma están dentro del alcance de la invención.

Para soportar el elemento 21 de rotación en su posición, puede haber dos columnas de guía. Cada columna guía puede tener la forma de una pista 30 sustancialmente en forma de C. Se puede montar un cilindro de elevación en cada pista 30. En una realización alternativa, mostrada en las Figuras 6 a 9, el elemento 210 de rotación puede estar soportado por columnas 300 que son telescópicamente móviles a lo largo de los postes 310. Se puede montar un cilindro de elevación en asociación con cada poste y columna para efectuar el movimiento. Los cilindros de elevación levantan los lados opuestos del elemento 210 de rotación que soporta el accionamiento 220 del mandril al unísono hasta la parte superior de la carrera del accionamiento 220 del mandril. Mientras los cilindros también pueden bajar el accionamiento 220 del mandril hacia la parte inferior de la carrera del accionamiento 220 del mandril, en uso, el accionamiento 220 del mandril descenderá bajo el peso de las varillas 120. Por lo tanto, los cilindros se utilizan para controlar la tasa de descenso del accionamiento 220 del mandril y, por tanto, la tasa de descenso de las varillas 120. El accionamiento 220 del mandril puede ser accionado por motores 250 de accionamiento hidráulico. Estos motores 250 también impiden cualquier rotación no deseada del elemento 210 de rotación.

La descripción del proceso en relación con las Figuras 5 a 9 también se refiere a la realización de las Figuras 1 a 4 (y viceversa) a menos que el contexto deje claro lo contrario.

En la Figura 3, el elemento 21 de rotación está montado en las pistas 30 sobre correderas, cojinetes o cualquier otro mecanismo de montaje apropiado para permitir que el accionamiento 22 del mandril sea levantado y bajado.

En las Figuras 1 a 3, la plataforma 24 comprende un piso 32 y una pluralidad de patas 34. Las dimensiones del piso 32, y de la plataforma 24 en su conjunto, están diseñadas para encajar dentro de la distancia estándar requerida para ajustar el aparato 10 debajo del mástil 14 de un equipo de lavado a presión tal como el aparejo 16 de perforación. Por ejemplo, la distancia desde la línea central del accionamiento 22 del mandril (y por tanto la línea central del pozo 20) hasta el borde del aparato más cercano al aparejo 16 de perforación puede ser un máximo de 1000 mm, donde dicho aparejo 16 de perforación normalmente se instalaría alrededor de 1200 mm a 1400 mm del pozo.

El elemento 21 de rotación puede montarse dirigido al pozo 20. En esta realización, el piso 32 como se describe puede disponerse sustancialmente alrededor del elemento de rotación para el acceso. El piso 32 se puede subir y bajar sobre las patas 34 para ajustar la altura del piso 32 para posicionarlo encima de pozos 20 de varias alturas. Las patas 34 pueden ser extensibles de modo que el piso tenga una altura de hasta 3500 mm desde el suelo. Para otros pozos, la altura del pozo 20 cuando la plataforma 24 está colocada sobre el pozo 20 puede ser de 2500 mm, 3200 mm o 3700 mm, o cualquier otra altura. Cada pata 34 comprende un cilindro 36 de elevación del gato y un soporte roscado 38. El soporte roscado 38 se extiende desde un manguito 40 hasta un pie 42. El manguito 40 está fijado en una posición con respecto al piso 32. En la parte superior de cada cilindro 36 de elevación del gato hay un indicador 41 que indica si la pata 34 está en contacto con el suelo. El indicador 41 también puede indicar si el cilindro respectivo 36 está funcionando apropiadamente. Se usa un inclinómetro u otro sensor de nivel (no mostrado) para controlar automáticamente las patas 34 para nivelar el piso 32. Si, en cualquier etapa durante el uso del aparato 10, el piso 32 se sale del nivel según lo determinado por el sensor de nivel, entonces el aparato 10 dejará de funcionar para permitir que se vuelva a nivelar el piso. En uso, los cilindros 36 de elevación del gato se extienden de modo que el piso 32 tenga al menos la altura del pozo 20. Luego, el aparato 10 se eleva sobre el pozo 20, por ejemplo, mediante una grúa o una carretilla elevadora. Los cilindros 36 de elevación del gato se ajustan entonces hasta que el piso 32 esté sustancialmente nivelado (es decir, horizontal). Luego se posiciona una tuerca (no mostrada) en el soporte roscado 38 a tope con el manguito 40 para impedir que el piso 32 se hunda o pierda nivel, en caso de fallo hidráulico. Para proporcionar estabilidad, las patas 34 están posicionadas alrededor del pozo 20. Puede haber cualquier número de patas 34 según sea apropiado. Sin embargo, cuando se levanta el aparato 10 a su posición sobre un pozo 20, o cuando se retira el aparato 10 del pozo 20, cuatro patas 34 pueden proporcionar un mayor equilibrio que un número impar de patas.

Como se puede ver en la Figura 5, donde la plataforma 240 está soportada en la parte trasera del aparejo 160 de perforación, sólo se requiere un par de patas 340. Las patas pueden ser extensibles para permitir que la plataforma quede sustancialmente horizontal a medida que se extiende desde la parte trasera del aparejo de perforación. Como se puede ver en la Figura 5A, es posible que no haya patas alejadas del aparejo. La plataforma 240 puede estar en voladizo y moverse usando el brazo hidráulico 235 y luego la plataforma 240 puede ser bajada sobre el BOP 215. En esta realización, el elemento 210 de rotación se monta empernándolo al prensaestopas que está asociado con el BOP. En la Figura 7 se muestra una vista superior del elemento 210 de rotación en posición. Debe entenderse que la plataforma 240 se muestra solo con fines ilustrativos y, en uso, la plataforma en realidad puede tener forma de U para permitir el acceso al elemento 210 de rotación. También es probable que haya sustancialmente pernos en los orificios de la placa base del módulo de perforación que son la forma en que se fija a los componentes del pozo que no se pueden ver porque están ocultos a la vista.

La Figura 8 es una vista lateral en sección transversal del elemento 210 de rotación de la Figura 7. Los motores hidráulicos 250 funcionan para hacer girar el engranaje principal (no mostrado) que está dispuesto en el componente inmediatamente debajo de ellos (mostrado como un rectángulo en sección transversal). De este modo, los motores 250 hacen girar el mandril 220. Las figuras 8 y 9 son vistas superior e inferior en perspectiva para completar la visualización de los componentes.

En una versión simplificada, un método según las presentes enseñanzas, para insertar una varilla 12 o 120 en un pozo 20 o 200, puede incluir:

a. posicionar un aparejo 16 o 160 de perforación en las proximidades del pozo 20 o 200;

b. posicionar el aparato 10 o 100 sobre el pozo 20 o 200; y

c. bajar una varilla 12 o 120 hacia el pozo 20 o 200 usando el aparejo 16 o 160 de perforación, mientras se hace girar simultáneamente la varilla 12 o 120 usando el accionamiento 22 o 220 de mandril.

En una realización, la etapa de posicionar el aparato sobre el pozo comprende montar un elemento de rotación en el pozo.

Más detalladamente, en una operación típica que utiliza el aparato 10 de la presente descripción, se instala un equipo 16 de lavado a presión junto a un pozo 20. El equipo 16 de lavado a presión lava el pozo hasta que se determina que se requiere intervención. Luego, el mástil 14 del equipo 16 de lavado a presión se hace girar alejándolo del pozo 20 para proporcionar espacio para posicionar el aparato 10 sobre el pozo 20. En algunos casos, el mástil 14 puede ser capaz de permanecer en posición sobre el pozo 20 durante el posicionamiento del aparato.

El elemento de rotación puede entonces montarse en el pozo opcionalmente uniéndolo al prensaestopas. La fijación puede realizarse empernándolo al prensaestopas. En algunas realizaciones, el aparato se transporta in situ (por ejemplo, en camión) a las proximidades del pozo 20. Durante el transporte, la plataforma del aparato normalmente “no excederá de las dimensiones” - en otras palabras, las patas 34 de la plataforma se han extendido a una altura tal que el piso 32 será más alto que el pozo 20 cuando el aparato 10 esté posicionado sobre el pozo 20. En algunos casos, el piso 32 puede tener sustancialmente forma de U, de modo que el pozo 20 o la cabeza del pozo es recibido entre los brazos de la 'U'. Una vez que se ha montado el elemento de rotación, el piso 32 puede ser bajado alrededor del mismo. Prever un piso 32 en forma de U evita la necesidad de levantar el piso 32 sobre el pozo 20. Sin embargo, para operaciones de intervención que requieren cargas mayores en el cabrestante 46 del aparejo 16 de perforación, la forma de U puede comprometer la resistencia del aparato 10. Aunque se pueden utilizar aceros de gran calibre y otros materiales para reforzar el aparato 10 y permitir el uso de un piso 32 en forma de U en todos los casos, el aparato 10 debería poder transportarse por una carretera y dentro de los límites de la carretera. Por eso son deseables un menor peso y menores dimensiones.

Se puede usar una grúa o una carretilla elevadora para levantar el aparato 10 a su posición sobre el suelo, sobre el pozo 20. La distancia desde la parte delantera de la plataforma 24 hasta la línea central del accionamiento 22 del mandril es de 1000 mm, y la distancia desde los carriles de seguridad ubicados alrededor de los lados y la parte trasera del piso 32 hasta la línea central del accionamiento 22 del mandril es de 1800 mm (es decir, una longitud total de 2800 mm y una anchura total de 3600 mm). La dimensión más pequeña de 1000 mm en la parte delantera de la plataforma 24 garantiza que la plataforma 24 no llegue al punto más trasero del aparejo 16 de perforación. A menudo, un aparejo de perforación proporcionará una plataforma de trabajo elevada en la parte trasera. Entonces, el punto más trasero de un aparejo de perforación en ese caso será el punto más trasero de la plataforma de trabajo elevada.

Una vez posicionado sobre el pozo 20, el aparato 10 se conecta hidráulica y eléctricamente al aparejo 16 de perforación. Esto proporciona energía hidráulica y eléctrica al aparato 10 para facilitar, entre otras cosas, ajuste de las patas 34. Los controles del aparejo 16 de perforación se pueden usar para controlar las funciones del aparato 10.

Una vez que se ha establecido el control de la hidráulica y la electricidad, las alturas de las patas 34 se pueden ajustar hasta que el piso 32 esté nivelado. Una vez nivelado, si la plataforma es estructuralmente independiente del aparejo de perforación, se extienden dos arietes 40 desde el aparato 10 al aparejo 16 de perforación. Cada ariete 40 está configurado para aplicarse al aparejo 16 de perforación para fijar así el aparato 10 al aparejo 16 de perforación. Los arietes 40 pueden impedir la rotación del aparato 40 en el caso de que las varillas 12 queden atrapadas en el pozo y resistir la rotación del accionamiento 22 del mandril. Si el mástil 14 se ha girado lejos del pozo 20 para facilitar el posicionamiento del aparato 10 sobre el pozo 20, el mástil 14 ahora se puede girar de nuevo a su posición por encima del pozo 20.

Una vez nivelado, se fijan una o más pasarelas (no mostradas) a los lados del aparato 10 del que se pueden extraer las varillas 12. Dependiendo de la configuración del pozo 20 y sus alrededores, se puede posicionar una pasarela a ambos lados de los pisos 32 (por ejemplo, los lados del piso 32 que se extienden hacia y lejos del aparejo 16 de perforación), o alternativamente se puede colocar una pasarela en el parte trasera del piso 32.

También hay previstas escaleras 50 de acceso opcionalmente en el lado delantero y trasero de la plataforma 24. Las escaleras 50 pueden ser retráctiles para transportar la plataforma 24, o pueden estar fijas en su posición en todo momento. Si la plataforma está unida al aparejo de perforación, es mejor ubicar la escalera en la parte trasera, como se muestra en la Figura 5.

Una vez instalado el aparato 10, el gancho del aparejo 16 de perforación, que está unido al cabrestante o malacate 46 del aparejo 16 de perforación, se utiliza para recoger las varillas 12 de las pasarelas y posicionar las varillas 12 en el accionamiento 22 del mandril. Cuando Las varillas 12 se extienden a través del aparato 10 como se muestra en la Figura 1, las varillas 12 pueden mantenerse en posición mediante una sujeción 44 de pie (véase la Figura 4). Las sujeciones de pie, tales como la sujeción 44 de pie, serán conocidas por el experto y no es necesario describirlas en detalle en la presente memoria.

Para recibir una varilla 12, el accionamiento 22 del mandril normalmente estará en la parte superior de su carrera; en otras palabras, el accionamiento 22 del mandril estará en su posición más alta en las pistas 30. Se inserta una varilla 12 en el accionamiento 22 del mandril desde arriba, el accionamiento del mandril se sujeta sobre la varilla 12 y la varilla desciende, bajo el peso de la sarta de varillas, soportada desde arriba por el aparejo 16 de perforación y bajo la rotación impartida por el accionamiento 22 del mandril. Los cilindros de elevación en las pistas 30 del accionamiento 22 del mandril pueden controlar el descenso de la varilla 12 para que no caiga. La longitud total de la carrera del accionamiento 22 del mandril desde la parte superior de la carrera hasta la parte inferior - en otras palabras, la posición del accionamiento 22 del mandril más alejada del pozo 20 hasta la posición del accionamiento 22 del mandril más cercana al pozo 20 - puede tener cualquier longitud deseada, pero generalmente se seleccionará para que sea una cantidad por la cual sea divisible la longitud de la varilla 12. Por ejemplo, la carrera del accionamiento 22 del mandril es de 1500 mm, donde la longitud de las varillas 12 es de 9000 mm. Por tanto, cuatro carreras del accionamiento 22 del mandril equivalen a la longitud de una varilla 12.

Entre carreras sucesivas del accionamiento 22 del mandril, y mientras se unen más varillas 12 o se retira una varilla 12, la varilla 12 se mantiene en posición mediante la sujeción 44 de pie y cesa la alimentación de la varilla 12. Por tanto, las varillas 12 están en todo momento unidas a la plataforma. Esto proporciona un beneficio de seguridad sustancial. Si una varilla 12 comienza a ser rechazada por la presión del pozo, será, o bien retenida en su posición por la sujeción 44 de pie, o bien será mantenida en el accionamiento 22 del mandril. Cuando se sujeten en la sujeción 44 de pie, las varillas necesitarán levantar todo el peso del aparato 10 - que puede ser de 5 t, 6 t o más - antes de poder expulsarlo del pozo 20. Cuando se mantienen en el accionamiento 22 del mandril, las varillas 12 pueden accionar el accionamiento 22 del mandril hasta la parte superior de su carrera, pero una vez en esa posición, las varillas 12 necesitarán nuevamente levantar todo el peso del aparato 10 antes de poder expulsarlo del pozo 20.

Ventajosamente, el cabrestante 46 del aparejo 16 de perforación puede estar provisto de configuraciones de dos velocidades. La primera configuración, de alta velocidad, se utiliza durante la elevación y perforación general de las varillas 12. Bajo esta configuración, denominada "alimentación fina", se controla la tasa de descenso del tubo o varilla 12. Dado que las varillas 12 generalmente descienden bajo el peso de la sarta de varillas 12, generalmente hay una gran presión descendente aplicada por las varillas 12 al accionamiento 22 del mandril o al cabrestante 46. Cuando esa presión descendente se reduce a menos de una presión predeterminada, indica que se ha encontrado roca dura o alguna otra fuente de contrapresión. En esta circunstancia, el cabrestante 46 retrae automáticamente la varilla 12 de modo que el accionamiento 22 del mandril se desplaza al menos parcialmente hasta la parte superior de su carrera. El cabrestante 46 utiliza entonces una segunda configuración, de baja velocidad o "alimentación controlada por peso", en la que las varillas 12 se insertan a una velocidad más baja controlada en el pozo 20. El término "controlado por peso" pretende abarcar la uso de peso como activador para pasar a la tasa de alimentación más lenta, y también para abarcar el uso del peso (es decir, una medición de la presión descendente de la varilla o tubo) para controlar de forma variable una tasa de alimentación de la varilla 12.

La "presión predeterminada" se puede establecer y medir usando un sensor de "carga en el gancho" existente del aparejo 16 de perforación. Usando un equipo 16 de lavado a presión, la configuración de baja velocidad (es decir, tasa de alimentación controlada por peso) se puede controlar usando las bombas del cabrestante. Las bombas del cabrestante seguirán funcionando y proporcionarán suficiente flujo de aceite para contener el peso en el gancho del aparejo 16 de perforación. Luego se liberan los frenos del cabrestante, sin movimiento de carga debido a la presión aplicada por el aceite que fluye a través de las bombas del cabrestante, y las varillas 12 se pueden bajar a una tasa deseada.

Cuando el cabrestante 46 está configurado para cambiar automáticamente a la configuración de alimentación de baja velocidad o controlada por peso, se puede fijar entonces una presión predeterminada y de manera similar se puede fijar la tasa de alimentación controlada por peso. En particular, la presión predeterminada puede depender de los requisitos de perforación o limpieza de orificios del trabajo que se realiza. Cuando un operador controla la tasa de alimentación controlada por peso, el operador puede controlar el flujo de fluido a través de las bombas del cabrestante y de ese modo seleccionar la tasa de alimentación controlada por peso de las varillas 12. Alternativamente, el aparato 10 o el aparejo 16 de perforación pueden ajustar automáticamente la tasa de alimentación para mantener una medición de presión descendente particular y así controlar la tasa de alimentación (es decir, la tasa de alimentación está controlada por el "peso").

Se puede usar un proceso similar de retracción y alimentación fina cuando las varillas 12 comienzan a quedar atrapadas en el pozo 20, o cuando la densidad del fluido que regresa del pozo 20 aumenta hasta un grado que puede dañar las bombas. En el último caso, las varillas se alimentan a una tasa de alimentación fina (es decir, más lentamente) de modo que se bombea relativamente más fluido al pozo 20 a medida que avanza la varilla 12. En algunas circunstancias, cuando la densidad del fluido bombeado desde el pozo aumenta hasta un punto en donde las bombas pueden resultar dañadas, se puede utilizar la alimentación fina sin retirar primero las varillas 12; en otras palabras, la varilla no deja de avanzar sino que simplemente avanza a una tasa más lenta mientras las bombas continúan bombeando a su tasa anterior.

Para sartas de varillas 12 más ligeras, los cilindros de elevación montados en las pistas 30 pueden controlarse para proporcionar capacidades de alimentación fina.

Una vez completada la intervención, se retiran las pasarelas de la plataforma 34, se desconectan los sistemas hidráulico y eléctrico del aparejo 16 de perforación y se levanta el aparato 10 del pozo 20 y se sube a un camión para su retirada. En otra realización, la plataforma se mueve a la posición inoperable plegándola hacia el cuerpo del aparejo de perforación.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (10) para hacer girar un tubo o varilla (12), estando soportado el tubo o varilla (12) por un mástil (14) de un aparejo (16) de perforación y para su inserción en un pozo (20) o un componente del pozo (20), teniendo el aparato (10) un peso y dimensiones que le permiten ser transportado por una carretera y dentro de los límites de una carretera, incluyendo el aparato (10) un elemento (21) de rotación para hacer girar el tubo o varilla, en donde el elemento (21) de rotación está fijado a uno de los componentes del pozo (20) en la superficie, o está montado en el pozo o en el pozo por un componente del pozo,

el aparato comprende además una plataforma (24) de acceso para proporcionar acceso al elemento (21) de rotación, el elemento (21) de rotación se puede montar en el pozo (20) o en uno de los componentes del pozo (20) de manera que, en uso, el elemento (21) de rotación está soportado por el pozo (20), el tubo o varilla (12) se alimenta en uso al elemento (21) de rotación, desde encima del elemento (21) de rotación, y al pozo (20), y

estando, el tubo o varilla (12) insertado en el pozo (20), retenido dentro del pozo (20) por el elemento (21) de rotación y estando configurado el aparato de tal manera que el peso total del aparato (10) tiene una fuerza de peso que es mayor que una fuerza ascendente aplicada sobre el tubo o varilla (12) por la presión del fluido en el pozo.

2. El aparato según la reivindicación 1, en donde la plataforma (24) de acceso está unida a un aparejo (16) de perforación.

3. El aparato según la reivindicación 1 o 2, en donde, cuando está en uso, la plataforma (24) de acceso está soportada sustancialmente de forma horizontal por una pluralidad de patas (34).

4. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el elemento (21) de rotación proporciona una primera función de alimentación y una segunda función de alimentación para bajar el tubo o varilla (12) a una velocidad más rápida y más lenta, respectivamente.

5. El aparato según la reivindicación 4, en donde cuando una fuerza descendente del tubo o varilla (12), medida por el aparato (10) o aparejo (16) de perforación, es inferior a un umbral predeterminado, el elemento (21) de rotación se eleva para retirar al menos parcialmente el tubo o varilla (12) del pozo (20), y la segunda función de alimentación se utiliza para bajar el tubo o varilla (12) a una velocidad más lenta.

6. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el elemento (21) de rotación tiene una carrera sobre la cual, en uso, el elemento (21) de rotación avanza hacia abajo con el tubo o varilla (12) hacia el pozo (20) antes de volver a la parte superior de la carrera.

7. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el tubo o varilla (12) es parte de una sarta de tubos o varillas, comprendiendo además el aparato (10) medios (44) de retención para retener la sarta de tubos o varillas mientras se les une otro tubo o varilla (12).

8. Un método para insertar un tubo o varilla (12) en un pozo (20) o un componente del pozo (20), que comprende: a. posicionar un aparejo (16) de perforación en las proximidades del pozo (20);

b. montar un elemento (21) de rotación en el pozo (20) o en uno de los componentes del pozo (20) de manera que esté soportado por el pozo (20);

c. bajar un tubo o varilla (12) hacia el pozo (20) o sobre uno de los componentes del pozo (20) usando el aparejo (16) de perforación, y al mismo tiempo hacer girar el tubo o varilla usando el elemento (21) de rotación, en donde d. el elemento (21) de rotación en uso está soportado por el pozo (20), siendo alimentado el tubo o varilla (12) en uso al interior del elemento (21) de rotación, desde encima del elemento (21) de rotación, y al pozo (20), y e. estando, el tubo o varilla (12) insertado en el pozo (20), retenido dentro del pozo (20) por el elemento (21) de rotación y estando configurado el aparato de tal manera que el peso total del aparato (10) tiene una fuerza de peso que es mayor que una fuerza ascendente aplicada sobre el tubo o varilla (12) por la presión del fluido en el pozo.

9. El método según la reivindicación 8, que utiliza un cabrestante de un aparejo (16) de perforación, una sarta de tubos o varillas bajada al pozo (20) a través del elemento (21) de rotación, comprendiendo el método:

a. bajar la sarta a una primera velocidad a través del elemento (21) de rotación;

b. medir un 'peso en el gancho' del cabrestante;

c. retraer al menos parcialmente la sarta del elemento (21) de rotación cuando el 'peso en el gancho' medido indica que la sarta de tubos o varillas está ejerciendo una presión sobre el pozo (20) que excede una presión predeterminada; y

d. bajar la sarta a una segunda velocidad inferior a la primera velocidad a través del elemento (21) de rotación, para controlar el descenso de dicha sarta de tubos o varillas dentro de dicho pozo (20).

10. El método según la reivindicación 9, en donde la etapa de medición se realiza mientras al menos se está realizando la primera etapa a. de descenso.