ES3062834T3

ES3062834T3 - Vertical drilling system of the auger type provided with a trajectory correction device

Info

Publication number: ES3062834T3
Application number: ES18730798T
Authority: ES
Inventors: Gérard Cardona
Original assignee: Soletanche Freyssinet SA
Current assignee: Soletanche Freyssinet SA
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2026-04-14
Anticipated expiration: 2038-06-18
Also published as: KR102640695B1; FR3068380A1; EP3645823B1; US11085284B2; EP3645823A1; WO2019002002A1; FR3068380B1; JP7203773B2; JP2020525676A; KR20200026260A; US20200116006A1

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema de perforación vertical de tipo barrena provisto de un dispositivo de corrección de trayectoria

[0003] Sector de la técnica

[0004] La presente invención se refiere al campo de la fabricación de cimentaciones profundas en el suelo y, en particular, al campo del sostenimiento mediante columnas, como estacas. También se refiere a la fabricación de pilotes de cimentación en el nivel inferior, la fabricación de pantallas estancas realizadas con la ayuda de pilotes secantes y, más en general, a la fabricación de todo tipo de paredes mediante pilotes secantes o articulados, cualquiera que sea la función de dicha pared.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Por sostenimiento mediante columnas o pilotes se entienden todos los tipos de sostenimiento en los que se instalan pilotes en el suelo: pared parisina, pared berlinesa, pared de pilotes secantes, pared de pilotes articulados, etc. Los pilotes están constituidos generalmente de hormigón o lechada. También pueden obtenerse mediante una técnica de mezclado de tierra y un aglutinante, generalmente denominada "mezcla de suelos".

[0007] Los pilotes se pueden armar, por ejemplo, gracias al uso de una jaula de armadura, un tubo o un perfil metálico. Para hacer tales pilotes, se sabe que se utiliza un dispositivo de perforación llamado barrena continua. El dispositivo de perforación comprende un núcleo hueco que comprende una herramienta de perforación constituida por una cuchilla helicoidal. Con este tipo de dispositivo de perforación, la perforación del pozo se realiza en una sola pasada con la barrena hasta la profundidad requerida. Para realizar la columna, se inyecta la lechada o el hormigón desde el extremo inferior de la barrena a medida que la barrena se eleva.

[0008] Para las estructuras de sostenimiento, es importante garantizar la posición de los pilotes, sea cual sea su profundidad, con el fin de garantizar la geometría de los espacios creados bajo tierra.

[0009] Asimismo, para pilotes de cimentación cuyo nivel superior esté situado a cierta profundidad de la plataforma de trabajo, debe garantizarse la posición real del pilote a esta profundidad.

[0010] Ahora bien, durante una perforación realizada con la ayuda de una barrena continua, la trayectoria de perforación suele estar mal controlada, de forma que a veces se observan desviaciones importantes con respecto a la trayectoria teórica de perforación, generalmente vertical.

[0011] Por desviación, se entiende generalmente la distancia entre la posición real de la barrena con respecto a su posición teórica, a una profundidad determinada. Generalmente se define como la distancia entre la posición real y la posición teórica dividida por la profundidad y expresada en porcentaje, considerándose la distancia generalmente en un plano horizontal.

[0012] Algunas barrenas continuas tienen desviaciones que pueden alcanzar el 5 %, mientras que las tolerancias de desviación de las estructuras de sostenimiento son generalmente inferiores al 0,5 %.

[0013] Explicación de la invención

[0014] Un objetivo de la presente invención es proponer un sistema de perforación de un pozo en un suelo que permita reducir el riesgo de desviación con respecto a la trayectoria teórica.

[0015] Para ello, la invención se refiere a un sistema de perforación de un pozo en un suelo según una trayectoria de perforación teórica sustancialmente vertical, caracterizado por que comprende:

[0016] un dispositivo de perforación que comprende un núcleo hueco que tiene un eje longitudinal, estando provisto el núcleo hueco de una herramienta de perforación;

[0017] un primer dispositivo de puesta en rotación para poner en rotación, alrededor del eje longitudinal, el núcleo hueco y la herramienta de perforación;

[0018] extendiéndose un elemento de conexión dentro del núcleo hueco; comprendiendo el elemento de conexión un tubo de inmersión que tiene una parte inferior provista de al menos un orificio de inyección, estando conectado el tubo de inmersión a una fuente de alimentación de fluido;

[0019] un dispositivo piloto dispuesto en el extremo inferior del elemento de conexión y comprendiendo un plano inclinado con respecto a un eje del dispositivo piloto; presentando el dispositivo piloto:

[0020] un estado activo en el que el dispositivo piloto se orienta y se mantiene en relación con el suelo en una posición angular de corrección, con el fin de corregir la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación según una dirección de corrección de la trayectoria considerada en un plano horizontal, siendo la dirección de corrección de la trayectoria la dirección correspondiente a la intersección entre el plano inclinado y un plano vertical ortogonal al plano inclinado, y

[0021] un estado pasivo en el que el dispositivo piloto no modifica la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación;

[0022] un dispositivo de medición de la desviación del núcleo hueco para identificar cualquier desviación entre la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación y la trayectoria de perforación teórica y para determinar una dirección de desviación del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica, considerándose dicha dirección de desviación en el plano horizontal;

[0023] un dispositivo de control configurado para, cuando se mide una desviación, llevar el dispositivo piloto a su estado activo en una posición angular de corrección determinada, de modo que, considerándose en el plano horizontal, la dirección de corrección de la trayectoria asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación.

[0024] En el sentido de la invención, por puesta en rotación se entiende el hecho de hacer girar o pivotar el elemento de conexión alrededor del eje longitudinal durante una o varias vueltas, o incluso durante una fracción de vuelta, en un sentido o en el otro.

[0025] Por columna, se entiende cualquier elemento de sostenimiento, en particular, un pilote moldeado.

[0026] Por sustancialmente vertical, se entiende una dirección de perforación cuya desviación con respecto a la vertical está comprendida entre 0° y 5°, preferiblemente entre 0° y 1°.

[0027] En el sentido de la invención, la trayectoria de perforación teórica puede predeterminarse antes de la operación de perforación, o determinarse durante la perforación con respecto a la geometría o la orientación de una columna vecina previamente construida en el suelo con el fin de obtener dos columnas yuxtapuestas y secantes según su longitud común.

[0028] Se entiende que el dispositivo piloto, especialmente en su estado pasivo, puede girar, con respecto al núcleo hueco, en el mismo sentido o en sentido opuesto. Sin apartarse del contexto de la presente invención, en su estado pasivo, el dispositivo piloto también puede bloquearse en rotación con respecto al núcleo hueco.

[0029] También se comprende que el dispositivo piloto, al menos en su estado activo, se extiende axialmente fuera del núcleo hueco, más allá de su extremo inferior.

[0030] Cuando el dispositivo de medición de la desviación detecta una desviación de la trayectoria de desplazamiento con respecto a la trayectoria de perforación teórica, el dispositivo piloto pasa a su estado activo para corregir la trayectoria del dispositivo de perforación. Para ello, el dispositivo piloto se orienta y se mantiene con respecto al suelo en la posición angular de corrección, determinándose esta última de forma que el dispositivo piloto modifique la trayectoria del núcleo hueco a medida que avanza el dispositivo de perforación, con el fin de reducir la desviación con respecto a la trayectoria de perforación teórica. Por "mantenerse en la posición angular de corrección", se entiende un mantenimiento angular de más o menos 10°, preferiblemente 5°, alrededor de dicha posición.

[0031] Preferiblemente, el dispositivo piloto se mantiene con respecto al suelo mediante el bloqueo en rotación del dispositivo piloto con respecto al suelo en la posición angular de corrección.

[0032] La modificación de la trayectoria de desplazamiento del núcleo hueco se obtiene por el hecho de que el dispositivo piloto, al desplazarse por el suelo en su estado activo, tiende a desplazarse según una dirección inclinada con respecto al eje longitudinal del núcleo hueco, lo que tiene el efecto de girarlo en un plano vertical.

[0033] Según una realización ventajosa, el sistema de perforación comprende, además, un segundo dispositivo de puesta en rotación, conectado al elemento de conexión, para poner en rotación el elemento de conexión y el dispositivo piloto alrededor del eje longitudinal, el elemento de conexión puede girar con respecto al núcleo hueco, y el dispositivo de control está configurado para accionar el segundo dispositivo de puesta en rotación cuando se mide una desviación con el fin de llevar el dispositivo piloto a su estado activo en dicha posición angular de corrección.

[0034] En esta realización, por consiguiente, la orientación del dispositivo piloto en su posición angular de corrección se realiza mediante el segundo dispositivo de puesta en rotación, que hace pivotar el elemento de conexión con respecto al suelo. Preferiblemente, el segundo dispositivo de puesta en rotación impide que el dispositivo piloto gire con respecto al suelo.

[0035] Una vez corregida la trayectoria, el dispositivo piloto vuelve a su estado pasivo.

[0036] Por "opuesto/a a la dirección de desviación", se entiende que la dirección de corrección de la trayectoria se dirige en un sentido opuesto al sentido de la desviación, sin que la dirección de corrección sea necesariamente paralela a la dirección de desviación.

[0037] Ventajosamente, el dispositivo de control comprende, además, un dispositivo de cálculo para calcular la posición angular de corrección a partir de la dirección de desviación determinada por el dispositivo de medición.

[0038] Preferiblemente, dicho plano horizontal en el que se extiende la dirección de desviación tiene un marco de referencia provisto de al menos un eje, y la posición angular del dispositivo piloto se determina a partir de un ángulo entre dicho eje del marco de referencia y la dirección de desviación.

[0039] Según un primer ejemplo de realización, el dispositivo piloto está configurado para girar en el mismo sentido y a la misma velocidad que el núcleo hueco, cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo.

[0040] Para ello, el dispositivo de perforación comprende preferiblemente un dispositivo de acoplamiento para bloquear la rotación del dispositivo piloto con respecto al núcleo hueco cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo. Este dispositivo de acoplamiento comprende, por ejemplo, una conexión de tipo crabot.

[0041] Según un segundo ejemplo de realización, el segundo dispositivo de puesta en rotación está configurado para hacer girar el dispositivo piloto en el sentido opuesto al sentido de rotación del núcleo hueco, cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo.

[0042] La rotación en sentido contrario del núcleo hueco y el dispositivo piloto tiene como efecto evitar la modificación de la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación.

[0043] Según otra realización, el dispositivo piloto también puede moverse en traslación con respecto al núcleo hueco, comprendiendo el sistema de perforación, además, un dispositivo de desplazamiento para desplazar en traslación el dispositivo piloto con respecto al núcleo hueco según el eje longitudinal, de modo que el dispositivo piloto presenta una posición desplegada y una posición retraída.

[0044] En esta otra realización, el sistema de perforación puede comprender, o no, el segundo dispositivo de puesta en rotación antes mencionado. En la variante en la que el segundo dispositivo de puesta en rotación está ausente, se pueden proporcionar medios de acoplamiento desconectables de tipo crabot con el fin de acoplar en rotación el núcleo hueco y el dispositivo piloto. En este caso, el dispositivo piloto se lleva a la posición angular de corrección accionando el primer dispositivo de puesta en rotación, acoplándose entonces el dispositivo piloto en rotación con el núcleo hueco. Para corregir la trayectoria, el dispositivo piloto se lleva a la posición desplegada una vez desactivados los medios de acoplamiento; a continuación, se hace avanzar el núcleo hueco haciéndolo girar gracias al primer dispositivo de puesta en rotación, hasta que el dispositivo piloto pasa a la posición retraída. En este caso, el dispositivo piloto se mantiene en su posición angular de corrección, durante el despliegue, mediante el dispositivo de desplazamiento.

[0045] Cuando el segundo dispositivo de puesta en rotación está presente, el dispositivo piloto se bloquea en rotación (durante el despliegue del dispositivo piloto) gracias al segundo dispositivo de puesta en rotación.

[0046] Preferiblemente, en posición retraída, el dispositivo piloto se extiende ligeramente más allá del extremo inferior del núcleo hueco. Como variante, el dispositivo piloto puede alojarse completamente en el núcleo hueco.

[0047] Ventajosamente, el dispositivo de desplazamiento está configurado para desplazar en traslación el dispositivo piloto con respecto al núcleo hueco mediante empuje con gatos, percusión o vibración.

[0048] Preferiblemente, en su estado activo, el dispositivo piloto está en posición desplegada, mientras que, en su estado pasivo, el dispositivo piloto está en posición retraída.

[0049] Según la invención, el elemento de conexión comprende un tubo de inmersión que tiene una parte inferior provista de al menos un orificio de inyección, estando conectado el tubo de inmersión a una fuente de alimentación de fluido. Dicho tubo de inmersión se describe, en particular, en los documentos FR 2566813 y FR 2831205. Permite inyectar fluido en el pozo cuando se eleva el equipo de perforación, para fabricar la columna.

[0050] Preferiblemente, el orificio de inyección está dispuesto por encima del extremo inferior del núcleo hueco cuando el dispositivo piloto está en posición desplegada. Por lo tanto, este orificio de inyección también se dispone por encima del extremo inferior del núcleo hueco cuando el dispositivo piloto está en posición retraída. El dispositivo piloto también comprende una posición de inyección en la que el orificio de inyección está situado por debajo del extremo inferior del núcleo hueco.

[0051] El tubo de inmersión se lleva preferiblemente a la posición de inyección gracias al dispositivo de desplazamiento, que desplaza en traslación hacia abajo el dispositivo piloto con el fin de descubrir el orificio de inyección.

[0052] Ventajosamente, el dispositivo de medición comprende un sensor de desviación dispuesto en la parte inferior del núcleo hueco.

[0053] El sensor de desviación permite medir una distancia de desviación, considerada en un plano horizontal, entre la posición real del extremo inferior del núcleo hueco y la trayectoria teórica de perforación, generalmente vertical. Ventajosamente, el sistema de perforación también comprende un órgano de medición de la profundidad alcanzada por el dispositivo de perforación, el dispositivo de medición está configurado para medir un ángulo de desviación del núcleo hueco con respecto a una dirección vertical, y el dispositivo de control está configurado para llevar el dispositivo piloto a su estado activo (por ejemplo, accionando el segundo dispositivo de puesta en rotación) cuando la relación entre la distancia de desviación y la profundidad alcanzada por el dispositivo de perforación es mayor o igual a un umbral predeterminado, pudiendo depender este umbral de la profundidad.

[0054] Además, sin apartarse del contexto de la presente invención, el dispositivo de control podrá estar configurado para funcionar solo a partir de una determinada profundidad, por ejemplo, 3 m.

[0055] A modo de ejemplo, si el pozo tiene una profundidad deseada de 20 m, el dispositivo de control podrá estar configurado para activarse a partir de 3 m si se detecta una distancia de desviación superior a 2 cm. Entonces, a partir de una profundidad de perforación de 15 m, el dispositivo de control podrá estar configurado para activarse en caso de que se detecte una distancia de desviación superior a 3 cm.

[0056] De este modo, la corrección de la desviación del dispositivo de perforación se realiza de forma automática y continua durante la operación de perforación.

[0057] Ventajosamente, la perforación se realiza de forma continua, con alternancia de momentos durante los cuales el dispositivo de perforación se desplaza con una trayectoria considerada satisfactoria, y momentos durante los cuales el dispositivo piloto se bloquea en rotación en una posición angular definida cuando la trayectoria debe corregirse debido a que la desviación es superior a un umbral predeterminado.

[0058] Ventajosamente, el dispositivo de perforación es una barrena, por ejemplo, un barrena como la descrita en los documentos FR 2566813 o FR 2831205, o cualquier otro tipo de barrena continua.

[0059] Según la presente invención, el dispositivo piloto comprende un plano inclinado con respecto a un plano vertical, y la dirección de corrección de la trayectoria es la dirección correspondiente a la intersección entre el plano inclinado y un plano vertical ortogonal al plano inclinado.

[0060] El plano inclinado actúa como una especie de timón hacia delante, para modificar la trayectoria de desplazamiento del núcleo hueco durante la penetración del dispositivo de perforación en el suelo.

[0061] La invención también se refiere a un método para perforar un pozo en un suelo según una trayectoria de perforación teórica, caracterizado por que:

[0062] se proporciona un sistema de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores;

[0063] el dispositivo de perforación se introduce en el suelo poniendo en rotación el núcleo hueco, estando el dispositivo piloto en su estado pasivo;

[0064] la desviación del núcleo hueco se mide para determinar una dirección de desviación del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica;

[0065] cuando se mide una desviación superior a un umbral predeterminado, el dispositivo piloto se pone en su estado activo orientándolo y manteniéndolo con respecto al suelo en una posición angular de corrección determinada, de tal forma que, considerándose en un plano horizontal, la dirección de corrección de la trayectoria asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación.

[0066] A continuación, se introduce el dispositivo de perforación en el suelo y el dispositivo piloto, en su estado activo, tiene por efecto hacer pivotar el núcleo hueco para que vuelva hacia la trayectoria de perforación teórica.

[0067] Si la desviación medida vuelve a ser inferior al umbral predeterminado, el dispositivo piloto vuelve a su estado pasivo. Ventajosamente, cuando se mide una desviación:

[0068] el dispositivo piloto se lleva a su estado activo orientando y manteniendo el dispositivo piloto con respecto al suelo en una posición angular de corrección específica, de tal manera que, considerándose en un plano horizontal, la dirección de corrección de la trayectoria asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación;

[0069] el dispositivo piloto se lleva a su posición desplegada;

[0070] el núcleo hueco se desplaza con respecto al suelo, de modo que el desplazamiento del núcleo hueco siga el desplazamiento del dispositivo piloto.

[0071] El desplazamiento en traslación del dispositivo piloto en el suelo tiene el efecto de modificar la inclinación del elemento de conexión y del núcleo hueco. Cuando el núcleo hueco ha alcanzado al dispositivo piloto, encontrándose este entonces en posición retraída, se corrige la trayectoria de desplazamiento del núcleo hueco.

[0072] También en este caso, cuando la desviación medida es inferior al umbral predeterminado, el dispositivo piloto vuelve a su estado pasivo y a su posición retraída.

[0073] Breve descripción de los dibujos

[0074] La invención se entenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción de las realizaciones de la invención aportadas a modo de ejemplos no limitativos, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

[0075] - la figura 1 es una vista de conjunto de un sistema de perforación según la presente invención;

[0076] - la figura 2 es una vista en detalle de la parte superior del sistema de perforación de la figura 1;

[0077] - la figura 3 es una vista en detalle que muestra la parte inferior del dispositivo de perforación y el dispositivo piloto según una primera realización de la invención;

[0078] - la figura 4A es una vista en detalle que muestra la parte inferior del dispositivo de perforación y el dispositivo piloto según una segunda realización de la invención, estando el dispositivo piloto en posición retraída;

[0079] - la figura 4B es una vista en detalle del dispositivo de perforación de la figura 4A, estando el dispositivo piloto en posición desplegada;

[0080] - la figura 4C ilustra el tubo de inmersión en la posición de inyección;

[0081] - la figura 5A ilustra el sistema de perforación según una primera realización de la invención, durante la perforación, sin que se desvíe la trayectoria;

[0082] - la figura 5B es una proyección en el plano horizontal XY del extremo inferior del dispositivo de perforación de la figura 5A;

[0083] - la figura 6A ilustra el sistema de perforación de la figura 5A, habiéndose desviado el dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria teórica vertical, estando el dispositivo piloto en su estado activo con el fin de corregir la desviación;

[0084] - la figura 6B es una proyección en el plano horizontal XY del extremo inferior del dispositivo de perforación de la figura 6A;

[0085] - la figura 7A ilustra el sistema de perforación de la figura 6A tras la corrección de la trayectoria;

[0086] - la figura 7B es una proyección en el plano horizontal XY del extremo inferior del dispositivo de perforación de la figura 7A;

[0087] - la figura 8 ilustra una proyección en el plano horizontal XY del extremo inferior del dispositivo de perforación cuando este último ha sufrido una desviación según los ejes X e Y;

[0088] - las figuras 9 a 12 ilustran un método de perforación implementado por el sistema de perforación según la segunda realización, que ilustra una corrección de trayectoria tras la detección de la desviación;

[0089] - la figura 13 es una vista en perspectiva de un dispositivo piloto del sistema de perforación según la invención; - la figura 14 es una vista lateral del dispositivo piloto de la de la figura 13;

[0090] - la figura 15 es un diagrama que ilustra la trayectoria real del sistema de perforación de la figura 1 durante una operación de perforación; y

[0091] - la figura 16 es una variante del sistema de perforación de la figura 2 desprovista del segundo dispositivo de puesta en rotación.

[0092] Realización preferente de la invención

[0093] Haciendo referencia, en primer lugar, a las figuras 1 y 2, se describe un sistema de perforación 10 de pozo 9 en un suelo S, según la presenta invención, para la fabricación de columnas, como los pilotes moldeados.

[0094] El sistema de perforación comprende una plataforma 20 sobre la que está montado un mástil guía 22 que es sustancialmente vertical en la posición de uso. Sobre este mástil se monta móvil en traslación vertical un carro 24, que puede desplazarse por medio de cables 26 asociados a un motor no representado. El carro 24 lleva un primer dispositivo de puesta en rotación 28 que comprende un cabezal de perforación 29 que permite la puesta en rotación de un dispositivo de perforación 30 que comprende un núcleo hueco 32 provisto de una herramienta de perforación 33, en este caso, una cuchilla helicoidal que se extiende sustancialmente en toda la longitud del núcleo hueco 32. En este ejemplo, el dispositivo de perforación 30 es, por lo tanto, una barrena vertical con núcleo hueco.

[0095] Puede observarse que el núcleo hueco 32 se extiende según un eje longitudinal L que es sustancialmente vertical. En el interior del núcleo hueco 32 del dispositivo de perforación 30 se monta libre un elemento de conexión 36 que es apto para girar con respecto al núcleo hueco alrededor del eje longitudinal L.

[0096] En este ejemplo, el elemento de conexión 36 presenta la forma de un tubo hueco, cuyo extremo inferior está provisto de un dispositivo piloto 40, que se describirá con más detalle a continuación.

[0097] Una placa móvil 42 se conecta al cabezal de perforación 29 por medio de gatos verticales 44. Esta placa 42, como se ilustra en la figura 2, recibe el extremo superior 36a del elemento de conexión 36. En esta realización, el sistema de perforación comprende, además, un segundo dispositivo de puesta en rotación 50, que está conectado al elemento de conexión 36, para poner en rotación el elemento de conexión 36 y el dispositivo piloto 40 alrededor del eje longitudinal L.

[0098] En este ejemplo, el elemento de conexión es un tubo de inmersión, cuyo extremo superior está conectado a un conducto flexible 52 de alimentación del tubo de hormigón o lechada.

[0099] Como se muestra en la figura 2, el primer dispositivo de puesta en rotación 28 comprende un motor 51 de puesta en rotación del núcleo hueco 32. Además, una junta giratoria 60 asegura la conexión a través de la placa 42 entre el extremo superior del elemento de conexión 36 y el conducto flexible 52. Se entiende que los gatos 44 permiten modificar la posición axial del elemento de conexión 36 con respecto al núcleo hueco 32. Además, el cable 26 de desplazamiento vertical del cabezal de perforación 29 o su motor de accionamiento está asociado a un sensor de desplazamiento lineal 62 que permite medir el desplazamiento vertical del dispositivo de perforación. Este sensor de desplazamiento constituye un dispositivo de medición de la profundidad H alcanzada por el dispositivo de perforación. La figura 3 ilustra el extremo inferior 30b del sistema de perforación 30 según una primera realización de la invención. En la fase actual de perforación del pozo 9, el elemento de conexión 36 y el núcleo hueco 32 pueden ser solidarios en rotación, por ejemplo, mediante un sistema de crabot, de modo que el dispositivo piloto 40 y el dispositivo de perforación 30 giren juntos en el mismo sentido, sin movimiento relativo de rotación entre el elemento de conexión 36 y el núcleo hueco 32. Según otra variante, ilustrada en la figura 3, el dispositivo piloto 40 puede ponerse en rotación, mediante el segundo dispositivo de puesta en rotación 50, según un sentido de rotación opuesto al sentido de rotación del núcleo hueco 32. Como se explicará con más detalle a continuación, el segundo dispositivo de puesta en rotación 50 también es capaz de bloquear la rotación del elemento de conexión 36 con respecto al suelo S.

[0100] En las figuras 4A y 4B, se ilustra una segunda realización del sistema de perforación según la invención. Esta segunda realización difiere de la primera en que el dispositivo de perforación 30' comprende un dispositivo de acoplamiento 70, en este ejemplo, un crabot, para bloquear la rotación del dispositivo piloto 40' con respecto al núcleo hueco 32'. También puede observarse que el dispositivo piloto 40' es móvil en traslación con respecto al núcleo hueco 32' según el eje longitudinal L. El sistema de perforación 10', los gatos 44 y la placa 42 constituyen un dispositivo de desplazamiento 43 para desplazar en traslación el dispositivo piloto 40' con respecto al núcleo hueco 32' según el eje longitudinal L, para que el dispositivo piloto 40' presente una posición desplegada, ilustrada en la figura 4B, y una posición retraída ilustrada en la figura 4A.

[0101] También, cuando los gatos 44 están en posición desplegada, el dispositivo piloto 40' está en posición retraída, mientras que, cuando los gatos 44 están en posición retraída, el dispositivo piloto 40' está en posición desplegada.

[0102] El dispositivo de desplazamiento 43 está configurado, además, para desplazar el dispositivo piloto 40' con respecto al dispositivo piloto 32' mediante gatos, percusión o vibración.

[0103] Para ello, el dispositivo de desplazamiento 43 también podría estar equipado con un cabezal vibratorio que no se muestra aquí.

[0104] En este ejemplo, el elemento de conexión comprende un tubo de inmersión, que está provisto, en su parte inferior, de orificios de inyección 65 que están enmascarados por el núcleo hueco 32' cuando el dispositivo piloto 40' está en posición retraída. Preferiblemente, los orificios de inyección 65 también quedan enmascarados por el núcleo hueco cuando el dispositivo piloto se encuentra en posición desplegada. En este caso, el dispositivo piloto también puede presentar una posición de inyección o de hormigonado, ilustrada en la figura 4C, en la que el dispositivo piloto se despliega aún más para que los orificios de inyección queden al descubierto con el fin de permitir el hormigonado. Para ello, el dispositivo piloto se desplaza en traslación hacia abajo gracias al dispositivo de desplazamiento 43, de modo que el orificio de inyección 65 quede por debajo del extremo inferior 32'b del núcleo hueco 32'. En esta posición, se inyecta hormigón en la perforación, por ejemplo, cuando se eleva el dispositivo de perforación 30.

[0105] Para una explicación más precisa de la finalidad de los orificios de inyección 65, puede consultarse el documento FR 2831205, en el que se describe detalladamente el método de fabricación de un pilote mediante una barrena continua. En la figura 16, se ilustra una variante de la segunda realización, en la que el sistema de perforación está desprovisto de un segundo dispositivo de puesta en rotación. En este caso, la puesta en rotación del dispositivo piloto se realiza mediante el primer dispositivo de puesta en rotación 51 después de que el elemento de conexión se acople en rotación mediante el dispositivo de acoplamiento 70 con el núcleo hueco.

[0106] En la presente invención, es interesante sobre todo controlar la trayectoria de perforación del dispositivo de perforación.

[0107] Con la ayuda de las figuras 13 y 14, el dispositivo piloto 40' del sistema de perforación 10' según la segunda realización de la presente invención se describirá ahora de forma más detallada.

[0108] El dispositivo piloto 40' presenta una forma cilíndrica que comprende un primer extremo 40'a provisto de una porción de fijación al elemento de conexión 36, y una segunda parte de extremo 40'b, opuesta a la primera parte de extremo 40'a. La segunda parte de extremo 40'b comprende una cara frontal provista de dientes de corte D que forman protuberancias. El dispositivo piloto 40' comprende, además, un plano P que está inclinado con respecto a un plano que pasa por el eje A del dispositivo piloto 40'. El ángulo de inclinación entre el plano P y el eje A del dispositivo piloto 40' se denomina α en la figura 14. El dispositivo piloto 40' comprende, además, cuadrados C salientes que forman parte del sistema de crabot 70 descrito anteriormente. En esta realización, el ángulo α presenta un valor comprendido preferiblemente entre 15° y 25°.

[0109] La función de esta forma específica del dispositivo piloto 40' se explicará a continuación.

[0110] Se especifica que el dispositivo piloto 40 según la primera realización presenta una forma similar a la del dispositivo piloto 40' según la segunda realización. Se distingue, en concreto, por el hecho de que está desprovisto de cuadrados C.

[0111] Sea cual sea la realización considerada, el sistema de perforación comprende un dispositivo 80 de medición de la desviación del núcleo hueco 32, 32' para identificar cualquier desviación entre la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación y la trayectoria de perforación teórica. En este ejemplo, la trayectoria de perforación teórica es una trayectoria vertical, siendo la trayectoria de desplazamiento de dicho dispositivo de perforación la trayectoria real del dispositivo de perforación.

[0112] El dispositivo 80 de medición de la desviación del núcleo hueco comprende, además, un sensor de desviación 82 que está dispuesto en la parte inferior del núcleo hueco.

[0113] El dispositivo 80 de medición de la desviación está configurado, además, para determinar cualquier dirección de desviación DD del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica, considerándose la dirección de desviación en un plano horizontal Q que está definido por el marco de referencia XY.

[0114] Por otro lado, según la invención, el dispositivo piloto 40,40' presenta un estado activo en el que el dispositivo piloto 40, 40' se orienta y se mantiene con respecto al suelo, estando preferiblemente bloqueado en rotación con respecto a dicho suelo S, en una posición angular de corrección para corregir la dirección de desplazamiento T del dispositivo de perforación 30, 30' según una dirección de corrección de la trayectoria DCT considerada en el plano horizontal Q. La orientación angular y el bloqueo en rotación con respecto al suelo del dispositivo piloto 40, 40' son accionados por el segundo dispositivo de puesta en rotación 50.

[0115] Como se ilustra en la figura 4B, la dirección de corrección de la trayectoria DCT corresponde a la intersección entre el plano inclinado P y un plano P' que es vertical y perpendicular al plano P. Como se ha explicado anteriormente, es interesante la proyección en el plano horizontal Q de esta dirección de corrección de la trayectoria.

[0116] Haciendo referencia a la figura 4B, se concibe que la conformación del dispositivo piloto 40' (al igual que para el dispositivo piloto 40) tiene el efecto de que, en su estado activo, el dispositivo piloto 40' tiende, cuando se hunde en el suelo S, a desplazarse en traslación según la corrección de la trayectoria DCT ilustrada en la figura 4B, que tiene el efecto de modificar la orientación del elemento de conexión y del núcleo hueco. Se entiende también que, según la posición angular de corrección, considerada en un plano horizontal, es posible modificar la dirección de corrección de la trayectoria DCT.

[0117] Cuando dicho dispositivo piloto está en su estado pasivo, está configurado para girar en el mismo sentido y a la misma velocidad que el núcleo hueco, como se ha mencionado anteriormente, para que no modifique la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación.

[0118] Como variante, cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo, el segundo dispositivo de puesta en rotación está configurado para hacer girar el dispositivo piloto 40, 40' en el sentido opuesto al sentido de rotación del núcleo hueco 32'.

[0119] Según una u otra de estas variantes, el dispositivo piloto 40, 40', durante el uso del dispositivo de perforación, no modifica la trayectoria de desplazamiento del núcleo hueco, por lo que se dice que el dispositivo piloto está en su estado pasivo.

[0120] El dispositivo piloto 40, 40' se lleva a su estado activo bloqueando su movimiento de rotación relativo con respecto al suelo después de orientarlo, gracias a la acción del segundo dispositivo de puesta en rotación, en la posición angular que permite obtener la dirección de corrección de la trayectoria deseada. Durante la continuación de la introducción del dispositivo de perforación, el elemento de conexión y el núcleo hueco pivotan en un plano vertical que pasa por la dirección de corrección de la trayectoria DCT, que tiene por efecto devolver el eje longitudinal L del núcleo hueco 32, 32' según la trayectoria de perforación teórica V.

[0121] El sistema de perforación 10, 10' comprende, además, un dispositivo de control 100 que está configurado para accionar el segundo dispositivo de puesta en rotación 50 cuando se mide una desviación mediante el dispositivo 80, para llevar el dispositivo piloto 40, 40' a su estado activo bloqueándolo en rotación con respecto al suelo en una posición angular de corrección determinada, de tal forma que, considerándose en el plano horizontal Q, la dirección de corrección de la trayectoria DCT asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación.

[0122] En la variante de la segunda realización, ilustrada en la figura 16, en la que el segundo dispositivo de puesta en rotación 50 está ausente, el dispositivo de control 100 está configurado para llevar el dispositivo piloto a su estado activo accionando el primer dispositivo de puesta en rotación después de haber accionado el dispositivo de acoplamiento 70.

[0123] El dispositivo de control 100 comprende, además, un dispositivo de cálculo 102 para calcular la posición angular de corrección a partir de la dirección de desviación DD determinada por el dispositivo de medición. La posición angular de corrección se determina de modo que la dirección de corrección de la trayectoria DCT sea opuesta a la dirección de desviación. El dispositivo de control pilota el segundo dispositivo de puesta en rotación para llevar el dispositivo piloto a la posición angular de corrección deseada.

[0124] El sensor de desviación 82 está configurado para medir una distancia d de desviación del núcleo hueco 32, 32' con respecto a una dirección vertical. Esta distancia se considera en un plano horizontal que pasa por el sensor de desviación. Por otro lado, el dispositivo de control está configurado para accionar el segundo dispositivo de rotación cuando la relación entre la distancia de desviación d y la profundidad H alcanzada por el dispositivo de perforación es mayor o igual a un umbral que puede depender de la profundidad alcanzada. A modo de ejemplo, este umbral puede ser del 0,3 %.

[0125] Esto se explicará con más detalle con la ayuda de las figuras 5A a 8, que describen un método de perforación de un pozo en el suelo S según una trayectoria de perforación teórica V, en este caso, vertical, con la ayuda del sistema de perforación según la primera realización de la invención.

[0126] En la figura 5A, se ha ilustrado el dispositivo de perforación 30. Durante la perforación, siendo el eje longitudinal L del núcleo hueco paralelo a la dirección de perforación teórica V, estos son, por lo tanto, verticales. El dispositivo piloto 40 se encuentra en su estado pasivo y el dispositivo piloto es puesto en rotación por el segundo dispositivo de puesta en rotación 50 en el sentido opuesto al sentido de rotación del núcleo hueco 32.

[0127] Por lo tanto, el dispositivo de perforación 10 se introduce en el suelo mientras se pone en rotación el núcleo hueco 32. Cualquier desviación del núcleo hueco 32 se mide con la ayuda del dispositivo 80 de medición de la desviación del núcleo hueco con el fin de determinar una dirección de desviación DD del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica V.

[0128] En la figura 5A, no se detecta ninguna desviación. También, considerándose en el plano horizontal Q, el dispositivo piloto 40 se encuentra en el centro del marco de referencia XY ilustrado en la figura 5B.

[0129] Durante la perforación, como se ilustra esquemáticamente en la figura 6A, se mide una desviación ilustrada por una distancia de desviación d. Esta distancia de desviación d, medida en la profundidad H, por ejemplo, de 5 m, siendo superior a un umbral predeterminado, por ejemplo, de 2 cm, o del 0,4 %, el dispositivo de control pilota el segundo dispositivo de puesta en rotación para llevar el dispositivo piloto 40 a su estado activo orientándolo y bloqueándolo a continuación en rotación con respecto al suelo S en una posición angular de corrección determinada, de tal modo que, considerada en el plano horizontal Q, la dirección de corrección de la trayectoria DCT asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación DD. Se entiende que la desviación ilustrada en la figura 6A es esquemática y exagerada para facilitar la comprensión de la invención.

[0130] Sin apartarse del contexto de la presente invención, los expertos en la técnica pueden elegir otros valores de umbral, en función de la precisión de perforación requerida.

[0131] En el ejemplo de la figura 6B, para facilitar la comprensión, la dirección de desviación DD, así como la dirección de corrección de la trayectoria DCT, se extienden según el eje X. Estas dos direcciones podrían, sin embargo, no ser paralelas.

[0132] Por último, en la figura 7A, se ha ilustrado la posición del núcleo hueco 32 después de alinearlo de nuevo con la trayectoria de perforación teórica V. A continuación, el dispositivo piloto vuelve a su estado pasivo, por ejemplo, haciéndolo girar en el sentido contrario al sentido de rotación del núcleo hueco 32. La perforación continúa, por lo tanto, hasta que una desviación superior a un umbral predeterminado, sea, de nuevo, medida.

[0133] En la figura 8, se ha ilustrado un caso en el que la dirección de desviación se extiende según una dirección no paralela a los ejes X e Y. El principio de funcionamiento es idéntico. El dispositivo piloto se pone en su estado activo orientándolo y bloqueándolo con respecto al suelo, de forma que la dirección de corrección de la trayectoria sea opuesta a la dirección de la desviación detectada. La dirección de corrección de la trayectoria DCT se determina para corregir la verticalidad del núcleo hueco a medida que el dispositivo de perforación se introduce en el suelo.

[0134] En las figuras 9 a 12, se ilustra un método de perforación de un pozo según una segunda realización, con la ayuda del sistema de perforación según la segunda realización ilustrada en las figuras 4A y 4B.

[0135] Esta segunda realización difiere de la primera en que, cuando se mide una desviación superior a un umbral predeterminado, el dispositivo piloto 40' se lleva a su estado activo y a su posición desplegada, ilustrada en la figura 11, por ejemplo, mediante traslación y vibración. Entonces, el núcleo hueco se desplaza con respecto al suelo, de modo que el desplazamiento del núcleo hueco siga el desplazamiento del dispositivo piloto, que corrige la verticalidad de la trayectoria del núcleo hueco, tal y como se ilustra en la figura 12.

[0136] Los métodos de perforación de los pozos, según la primera y la segunda realización, pueden utilizarse ventajosamente como parte de un método de fabricación de una columna, como un pilote, método en el que se inyecta un fluido en el pozo cuando se eleva el dispositivo de perforación con el fin de formar la columna en el suelo.

[0137] Por último, en la figura 14, se han ilustrado las curvas de desviación de la herramienta de perforación en función de la profundidad de perforación. La curva GX ilustra la desviación según el eje X, mientras que la curva GY ilustra la desviación según el eje Y, y la curva GT ilustra la desviación total del dispositivo de perforación.

[0138] Se entiende que el dispositivo piloto se encuentra en su estado pasivo hasta una profundidad de aproximadamente 8 metros, después de lo cual se pone en su estado activo hasta una profundidad de aproximadamente 12 metros, donde vuelve a su estado pasivo. Se constata, por lo tanto, que la distancia de desviación máxima es de aproximadamente 3 cm para una profundidad comprendida entre 8 y 10 metros. Dicho de otro modo, durante la operación de perforación, la desviación expresada en porcentaje es como máximo del 0,375 % y, por lo tanto, inferior al límite crítico del 0,5 %.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Sistema de perforación (10) de un pozo en un suelo (S) según una trayectoria de perforación teórica sustancialmente vertical, que comprende

un dispositivo de perforación (30) que comprende un núcleo hueco (32, 32') que tiene un eje longitudinal (L), estando provisto el núcleo hueco de una herramienta de perforación (33);

un primer dispositivo de puesta en rotación (28) para poner en rotación, alrededor del eje longitudinal, el núcleo hueco (32, 32') y la herramienta de perforación (33);

extendiéndose un elemento de conexión (36) en el interior del núcleo hueco, comprendiendo el elemento de conexión un tubo de inmersión que presenta una parte inferior provista de al menos un orificio de inyección (65), estando conectado el tubo de inmersión a una fuente de alimentación de fluido (52); caracterizado por que comprende:

un dispositivo piloto (40, 40') dispuesto en el extremo inferior del elemento de conexión y que comprende un plano (P) inclinado con respecto a un eje (X) del dispositivo piloto (40'); presentando el dispositivo piloto: un estado activo en el que el dispositivo piloto se orienta y se mantiene con respecto al suelo (S) en una posición angular de corrección, con el fin de corregir la trayectoria de desplazamiento (T) del dispositivo de perforación (30, 30') según una dirección de corrección de la trayectoria (DCT) considerada en un plano horizontal, siendo la dirección de corrección de la trayectoria la dirección correspondiente a la intersección entre el plano inclinado y un plano vertical ortogonal al plano inclinado, y

un estado pasivo en el que el dispositivo piloto no modifica la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación;

un dispositivo (80) para medir la desviación del núcleo hueco (32, 32') con el fin de identificar cualquier desviación entre la trayectoria de desplazamiento del dispositivo de perforación y la trayectoria de perforación teórica sustancialmente vertical y determinar una dirección de desviación (DD) del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica sustancialmente vertical (V), considerándose dicha dirección de desviación en el plano horizontal (Q);

un dispositivo de control configurado para, cuando se mide una desviación, llevar el dispositivo piloto a su estado activo en una posición angular de corrección determinada, de modo que, considerándose en el plano horizontal (Q), la dirección de corrección de la trayectoria (DCT) asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación.

2. Sistema de perforación según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de control (100) comprende, además, un dispositivo de cálculo (102) para calcular la posición angular de corrección a partir de la dirección de desviación (DD) determinada por el dispositivo (80) de medición.

3. Sistema de perforación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el dispositivo piloto (40, 40') está configurado para girar en el mismo sentido y a la misma velocidad que el núcleo hueco (32, 32'), cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo.

4. Sistema de perforación según la reivindicación 3, caracterizado por que el dispositivo de perforación (30') comprende un dispositivo de acoplamiento (70) para bloquear la rotación del dispositivo piloto (40') con respecto al núcleo hueco (32') cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo.

5. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende, además, un segundo dispositivo de puesta en rotación (50), conectado al elemento de conexión (36), para poner en rotación el elemento de conexión y el dispositivo piloto alrededor del eje longitudinal (L), por que el elemento de conexión puede girar con respecto al núcleo hueco, y por que el dispositivo de control está configurado para accionar el segundo dispositivo de puesta en rotación cuando se mide una desviación con el fin de llevar el dispositivo piloto a su estado activo en dicha posición angular de corrección.

6. Sistema de perforación según la reivindicación 5, caracterizado por que el segundo dispositivo de puesta en rotación está configurado para hacer girar el dispositivo piloto (40, 40') en sentido contrario al sentido de rotación del núcleo hueco, cuando dicho dispositivo piloto está en el estado pasivo.

7. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo piloto (40') es móvil en traslación con respecto al núcleo hueco (32'), por que el sistema de perforación comprende, además, un dispositivo de desplazamiento (43) para desplazar el dispositivo piloto (40') con respecto al núcleo hueco (32') según el eje longitudinal (L), de modo que el dispositivo piloto (40') presente una posición desplegada y una posición retraída.

8. Sistema de perforación según la reivindicación 7, estando el dispositivo de desplazamiento (43) configurado para desplazar el dispositivo piloto (40') con respecto al núcleo hueco (32') mediante empuje con gatos, percusión o

vibración.

9. Sistema de perforación según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que, en su estado activo, el dispositivo piloto está en posición desplegada, mientras que, en su estado pasivo, el dispositivo piloto está en posición retraída.

10. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el dispositivo piloto presenta, además, una posición de inyección, en la que el orificio de inyección (65) está situado por debajo del extremo inferior del núcleo hueco.

11. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo (85) para medir la desviación del núcleo hueco comprende un sensor de inclinación (82) dispuesto en la parte inferior del núcleo hueco.

12. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende, además, un miembro para medir la profundidad alcanzada por el dispositivo de perforación (30, 30'), por que el dispositivo de medición de desviación del núcleo hueco está configurado para medir una distancia de desviación (d) del núcleo hueco con respecto a una dirección vertical, y por que el dispositivo de control está configurado para llevar el dispositivo piloto a su estado activo cuando la relación entre la distancia de desviación(d) y la profundidad (H) alcanzada por el dispositivo de perforación es mayor o igual a un umbral predeterminado.

13. Sistema de perforación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de perforación (30, 30') es una barrena.

14. Método de perforación de un pozo en un suelo (S) según una trayectoria de perforación teórica (V), caracterizado por que:

se proporciona un sistema de perforación (40) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores;

el dispositivo de perforación se introduce en el suelo (S) mientras gira el núcleo hueco (32), estando el dispositivo piloto en su estado pasivo;

la desviación del núcleo hueco se mide para determinar una dirección de desviación del dispositivo de perforación con respecto a la trayectoria de perforación teórica;

cuando se mide una desviación superior a un umbral predeterminado, el dispositivo piloto (40, 40') se lleva a su estado activo orientándolo y manteniéndolo después con respecto al suelo (S) en una posición angular de corrección determinada, de manera que, considerándose en un plano horizontal (Q), la dirección de corrección de la trayectoria (DCT) asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación (DD).

15. Método de perforación según la reivindicación 14, en donde se proporciona un sistema de perforación (10') según la reivindicación 7, método en el que, cuando se mide una desviación:

el dispositivo piloto (40') se lleva a su estado activo orientando y manteniendo el dispositivo piloto con respecto al suelo en una posición angular de corrección determinada, de tal manera que, considerándose en un plano horizontal, la dirección de corrección de la trayectoria (DCT) asociada a la posición angular de corrección sea opuesta a la dirección de desviación (DD);

el dispositivo piloto se lleva a su posición desplegada;

el núcleo hueco se desplaza con respecto al suelo, de modo que el desplazamiento del núcleo hueco siga el desplazamiento del dispositivo piloto.

16. Método de fabricación de una columna en el suelo implementando el método de perforación según las reivindicaciones 14 o 15, en donde se inyecta un fluido en el pozo a medida que el dispositivo de perforación asciende para formar la columna en el suelo.