MX2014008784A - Metodo y aparato para crear un pulso de presion en fluido de perforacion para vibrar una sarta de perforacion. - Google Patents
Metodo y aparato para crear un pulso de presion en fluido de perforacion para vibrar una sarta de perforacion.Info
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Abstract
Un método y aparato para generar pulsos de presión para usarse con una sarta de perforación incluye aparejos auxiliares superior e inferior para unir el aparato dentro de la sarta de perforación; una sección de accionamiento que comprende un rotor/estator; un ensamble impulsor; y un aparejo auxiliar de boquilla que incluye un ensamble de boquilla que comprende un sujetador de boquilla y una boquilla reemplazable; y un alojamiento de boquilla que tiene aberturas de pulso; el sujetador de boquilla tiene puertos de fluidos que se alinean periódicamente con las aberturas de pulso mientras el sujetador de boquilla gira dentro del alojamiento de boquilla para alcanzar la amplitud, frecuencia y forma de onda del pulso deseadas.
Description
MÉTODO Y APARATO PARA CREAR UN PULSO DE PRESIÓN EN FLUIDO DE PERFORACIÓN PARA VIBRAR UNA SARTA DE
PERFORACIÓN
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a operaciones de perforación en el fondo de pozo y en particular a un aparato y método para crear un pulso de presión en el fluido de perforación en el entorno del fondo del pozo para vibrar la sarta de perforación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La perforación direccional se ha vuelto un procedimiento de perforación estándar con el cual las formaciones localizadas en distancias laterales importantes desde los pozos de superficie están dirigidos por la perforación a una profundidad y después también lateralmente. Un motor de perforación, encendido por el lodo de perforación presurizado inyectado en la sarta de perforación en la superficie, está localizado en el fondo del pozo adyacente a la broca y gira la broca para avanzar el barreno. A diferencia de la perforación convencional, en las operaciones de perforación direccional lateral, la sarta de perforación misma no gira, pero sólo la broca se acciona mediante el motor de perforación.
Durante la fase lateral de las operaciones de perforación direccional, una porción que se puede conformar de la sarta de perforación está en contacto directo con el barreno. Esto causa resistencia de fricción importante, particularmente cuando la sarta de perforación no está girando. Además, cuando las operaciones de perforación se detienen, la sarta de perforación tiende a hundirse en lodo en el barreno, pegándose y haciendo difícil el avance de la sarta de perforación en el barreno cuando las operaciones de perforación se vuelven a iniciar. Superar la fricción entre el barreno y la sarta de perforación puede impedir en gran medida la capacidad del encargado de la perforación de proporcionar la cantidad óptima de peso a la broca de perforación para lograr el índice máximo de penetración. Frecuentemente, la aplicación de fuerza para superar la fricción resulta en peso excesivo colocado en la broca que puede dañar el equipo de perforación de barrenos y reducir la eficiencia de penetración.
Lo que se requiere es un aparato y método de agitación o vibración de la sarta de perforación para superar la fricción que surge entre la sarta de perforación y el barreno en la sección lateral del orificio del pozo perforado direccionalmente. El aparato necesita ser robusto, relativamente simple y capaz de insertarse en el entorno del fondo del pozo. Tal aparato y método necesita mitigar los problemas de fricción de la perforación direccional y preferiblemente facilitará los índices mayores de penetración.
Se sabe bien en la técnica crear los pulsos de presión en el fluido de perforación con la finalidad de rastrear telemétricamente la broca de
perforación y la sarta de perforación asociada para rastrear con precisión el avance de la perforación lateral. Sin embargo, el uso de un pulso de presión para vibrar la sarta de perforación para superar la resistencia a la fricción durante la perforación direccional es relativamente desconocido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención está dirigida a un aparato y un método para crear pulsos de presión en fluido de perforación en el entorno del fondo del pozo, para vibrar la sarta de perforación. Los pulsos de presión se crean en el fluido de perforación que pasa a través de una sarta de perforación a un motor de lodo para la broca de perforación. El pulso de presión actúa sobre la sarta de perforación para causar la vibración y agitación de la sarta de perforación, que puede mitigar la resistencia a la fricción entre la sarta de perforación y el orificio del pozo.
En consecuencia, en un aspecto, la invención comprende un aparato generador de pulsos de presión para usarse con una sarta de perforación, el aparato comprende:
a) un aparejo auxiliar superior y un aparejo auxiliar inferior para unir el aparato dentro de la sarta de perforación;
b) una sección de accionamiento que comprende un rotor/estator;
c) un ensamble impulsor; y
d) un aparejo auxiliar de boquilla adaptado para unirse al
ensamble impulsor y al alojamiento:
i) un ensamble de boquilla comprende un sujetador de boquilla montado de manera giratoria dentro del aparejo auxiliar de boquilla y tiene una boquilla cilindrica externa que soporta la superficie que define al menos un puerto de fluidos, y una boquilla reemplazable para controlar la caída de presión en la boquilla; y
ii) un alojamiento de boquilla que tiene una superficie de apoyo interno cilindrica que define al menos una abertura de pulsos que coincide con la superficie de apoyo externa del sujetador de boquilla, en donde al menos un puerto de fluidos de la boquilla se alinea con al menos una abertura de pulsos mientras el sujetador de boquilla gira dentro del alojamiento de boquilla.
En una modalidad, el aparejo auxiliar superior está configurado para acoplarse a la sarta de perforación en un primer extremo y a la sección de accionamiento en un segundo extremo y definen un orificio entre el primer y el segundo extremos.
En una modalidad, el rotor y estator comprende una combinación de lóbulos 1 :2, 3:4, 4:5, 5:6, 7:8 ó 9:10.
En una modalidad, el ensamble impulsor comprende un eje impulsor que tiene un primer extremo acoplado al rotor y un segundo extremo acoplado al ensamble de boquilla. En una modalidad, el eje impulsor está acoplado y sellado al rotor/estator y al ensamble de boquilla usando adaptadores más alto y más bajo.
En una modalidad, el ensamble impulsor comprende un eje
impulsor que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y un aparejo auxiliar de apoyo montado dentro el aparejo auxiliar de apoyo y que tiene un primer extremo y un segundo extremo. El prime extremo del eje impulsor está acoplado al rotor y el segundo extremo del eje impulsor está acoplado a un primer extremo de un mandril de apoyo. El segundo extremo del mandril de apoyo está acoplado al ensamble de boquilla. En una modalidad, el eje impulsor está acoplado y sellado al rotor/estator y al mandril de apoyo usando adaptadores más alto y más bajo, respectivamente. En una modalidad, el mandril de apoyo tiene un orificio central que se extiende entre el primer extremo y el segundo extremo del mandril de apoyo, cuyo orificio central puede estar alineado axialmente con la boquilla para definir una trayectoria de flujo ininterrumpida para el fluido de perforación que pasa a través del mismo. En una modalidad, el aparejo auxiliar de apoyo puede comprender además al menos un cojinete de empuje dispuesto entre el aparejo auxiliar de apoyo y el mandril de apoyo, el cojinete de empuje está configurado para resistir cargas axiales o cargas radiales, o una combinación de cargas axiales y radiales entre el aparejo auxiliar de apoyo y el mandril de apoyo.
En una modalidad, el aparejo auxiliar de boquilla tiene un primer extremo adaptado para unirse al ensamble impulsor, y segundo extremo adaptado para unirse al aparejo auxiliar inferior y un orificio central que se extiende entre el primer y segundo extremos.
En una modalidad, el aparejo auxiliar inferior tiene un primer extremo para unirse al aparejo auxiliar de boquilla, un segundo extremo para
unirse a la sarta de perforación y un orificio central que se extiende entre el primer y segundo extremos.
En una modalidad, el sujetador de boquilla y la boquilla están alineados axialmente para definir una trayectoria de flujo ininterrumpida para el fluido de perforación que pasa a través del mismo. En una modalidad, la boquilla es de forma cónica. En una modalidad, el sujetador de boquilla comprende al menos una ranura en su diámetro externo para recibir al menos un sello para sellar el sujetador de boquilla contra el alojamiento de boquilla.
En una modalidad, el alojamiento de boquilla define un reborde adaptado para empalmar un miembro de soporte de cojinete cilindrico montado dentro del aparejo auxiliar de boquilla. En una modalidad, el alojamiento de boquilla comprende una ranura para recibir un sello.
En una modalidad, el aparato además comprende un anillo de retención removible para fijar la boquilla.
En una modalidad, los puertos de fluidos y las aberturas de pulso están colocadas en una dirección radial con respecto al eje del aparato y el flujo de fluido. En una modalidad, los puertos de fluidos y las aberturas de pulso están alargadas en la dirección axial y tienen formas y dimensiones sustancialmente similares. En una modalidad, hay dos puertos de fluidos de boquillas opuestos. En una modalidad, hay dos aberturas de pulso opuestas.
En una modalidad, el adaptador más bajo y el sujetador de boquilla están fijos en relación de sellado mediante una tuerca de boquilla. En una modalidad, un sello se proporciona para sellar el adaptador más bajo y el
sujetador de boquilla dentro de la tuerca de boquilla.
En una modalidad, el aparato comprende adicionalmente un ensamble de apoyo circunferencial para soportar el ensamble impulsor y el sujetador de boquilla. En una modalidad, el ensamble de apoyo comprende un cojinete de rodillo.
En otro aspecto, la invención comprende un método de vibración de una sarta de perforación que comprende el paso de insertar el aparato anterior en la sarta de perforación con una herramienta de choques o dispositivo equivalente, bombear el fluido de perforación a través de la sarta de perforación y crear ondas de pulso de presión de una frecuencia, amplitud y forma de onda deseados. En una modalidad, las ondas de pulso de presión de la frecuencia, amplitud y forma de onda deseados comprende variar el número, tamaño o forma de los puertos de fluidos y las aberturas de pulso o el tamaño de la boquilla.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención ahora se describirá a manera de una modalidad ejemplar con referencia a los dibujos anexos simplificados, diagramáticos, no a escala. En los dibujos:
La figura 1 es una vista en sección transversal de una modalidad de la presente invención.
La Figura 2 es una vista detallada de una porción de la figura 1 .
La figura 3 muestra una vista en sección transversal de una modalidad del soporte de boquilla.
La figura 4 muestra una vista en sección transversal axial de una modalidad del alojamiento de boquilla.
La figura 5 es una vista en sección transversal de otra modalidad de la presente invención.
La Figura 6 es una vista detallada de una porción de la figura 5.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un aparato para generar pulsos de presión para usarse en una sarta de perforación. Al describir la presente invención, todos los términos no definidos aquí, poseen significados comunes reconocidos en la técnica. En la medida en la que la siguiente descripción sea de una modalidad específica o de un uso en particular de la invención, solo se pretende que sea ilustrativa y no una limitación de la invención reclamada. La siguiente descripción está prevista para abarcar todas las alternativas, modificaciones y equivalentes, los cuales son incluidos en el espíritu y alcance de la invención como es definida en las reivindicaciones anexas.
Como se utiliza en la presente, el término "axial" significa una dirección sustancialmente paralela al eje longitudinal del aparato. El término "radial" significa una dirección sustancialmente transversal al eje longitudinal
del aparato. Los términos "superior" y "inferior" o "más alto" e "más bajo" o "encima" y "debajo" se refieren a la orientación del aparato como se muestran en la figura 1 donde el extremo superior o más alto está más cerca a la superficie o la sección vertical del orificio del pozo y el extremo inferior o más bajo está más cerca de la broca de perforación.
El aparato (10) se muestra generalmente en una modalidad en la figura 1 y en otra modalidad en la figura 5 para incluir, en secuencia desde arriba hacia abajo, un aparejo auxiliar superior (12); una sección de accionamiento (14); una sección de transmisión (16), un ensamble de boquilla que comprende un sujetador de boquilla (18) y una boquilla reemplazable (19) y un aparejo auxiliar inferior (20). El aparato (10) de la presente invención está conectada dentro de la sarta de perforación en una posición adecuada arriba de una broca de perforación (no se muestra).
El aparejo auxiliar superior (12) está configurado para acoplarse a una sarta de perforación (no se muestra) en un primer extremo (22) y a la sección de accionamiento (14) en un segundo extremo (24) usando medios de conexión adecuados (26) como son conocidos en la técnica. El aparejo auxiliar superior (12) define un orificio (28) a través del cual puede pasar el fluido de perforación durante la operación.
La sección de accionamiento (14) comprende un motor de tipo cavidad progresiva, que comprende un rotor y estator de forma helicoidal. El rotor está formado comúnmente de acero y está emplacado o revestido de cromo para la resistencia al desgaste. El estator es un tubo de acero tratado
con calor cubierto con un inserto elastomérico de forma helicoidal. El rotor tiene un lóbulo menos que el estator y cuando los dos están ensamblados, se forma una serie de cavidades a lo largo de la curva helicoidal de la sección de accionamiento (14). Cada una de las cavidades se sella desde las cavidades adyacentes por medio de líneas de sello que se forman a lo largo de la línea de contacto entre el rotor y el estator. La línea central del rotor se desplaza desde el centro del estator mediante un valor fijo conocido como la excentricidad de la sección de accionamiento (14). Mientras el rotor gira dentro del estator, el centro se mueve en un movimiento circular sobre el centro del estator. La rotación del rotor sobre su propio eje ocurre simultáneamente, pero es opuesta a la rotación del centro del rotor sobre el centro del estator. El fluido de perforación bombeado a través del aparejo auxiliar superior (12) llena el primer juego de cavidades abiertas, con la diferencial de presión a través de las dos cavidades adyacentes forzando el rotor a girar. De manera simultánea, las cavidades adyacentes están abiertas, permitiendo que el fluido fluya progresivamente hacia abajo de la longitud de la sección de accionamiento (14). Abrir y cerrar las cavidades sucede de una manera continua y sin pulsos, causando que el rotor gire y efectivamente convierta el la energía hidráulica de los fluidos en energía mecánica. En el aparato (10) de la presente invención, la sección de accionamiento (14) puede utilizar de manera conveniente cualquier combinación de lóbulo dada del rotor/estator que incluye, pero no limita a los diseños de rotor/estator de 1 :2, 3:4, 4:5, 5:6, 7:8 y 9:10.
La sección de transmisión (16) comprende un ensamble impulsor. En una modalidad mostrada en la figura 1 y 2, el ensamble impulsor comprende un eje impulsor (30) que tiene un primer extremo (32) acoplado al rotor de la sección de accionamiento (14) y un segundo extremo (34) acoplado al sujetador de boquilla (18). Los expertos en la técnica observarán que se puede utilizar el acoplamiento adicional configurado para unir varios componentes.
En una modalidad alternativa mostrada en las figuras 5 y 6, el ensamble impulsor comprende un eje impulsor (30) y un aparejo auxiliar de apoyo (200). El eje impulsor (30) tiene un primer extremo (32) y un segundo extremo (34). El aparejo auxiliar de apoyo (200) tiene un mandril de apoyo (201) y cojinetes de empuje (202, 203). El mandril de apoyo (201 ) está montado notablemente dentro del aparejo auxiliar de apoyo (200) y tiene un primer extremo (204) y un segundo extremo (205). El primer extremo (32) del eje impulsor (30) está acoplado al rotor de la sección de accionamiento (14). El segundo extremo (34) del eje impulsor (30) está acoplado al primer extremo (204) del mandril de apoyo (201). El segundo extremo del mandril de apoyo está acoplado al sujetador de boquilla (18). En una modalidad el mandril de apoyo (201) tiene un orificio central (206) que se extiende entre el primer extremo (204) y el segundo extremo (205) del mandril de apoyo que puede estar alineado axialmente con la boquilla (19) para definir una trayectoria de flujo ininterrumpida para el fluido de perforación que pasa a través del mismo. Los cojinetes de empuje (202, 203) resisten las cargas axiales, cargas
radiales o cargas axiales y radiales combinadas entre el aparejo auxiliar de apoyo (200) y el mandril de apoyo (201) generado durante el uso del aparato y con lo cual ayuda a centralizar las partes del aparato y facilita la rotación del mandril de apoyo (201). Los cojinetes de empuje (202, 203) pueden estar lubricados con aceite y sellados.
El eje impulsor (30 está acoplado y sellado al rotor y estator (14) y al sujetador de boquilla (18), mostrado en las figuras 1 y 2 o al rotor/estator (14) y al mandril de apoyo (201 ) como se muestra en la figura 5 usando los adaptadores más alto y más bajo (36, 38) respectivamente. Los ensambles de acoplamiento y sellado adecuados (40) pueden incluir, pero no se limita a, insertos, cojinetes, sellos secos, ensambles de anillo dividido, anillos de cubierta y cubiertas de anillo como son conocidos en la técnica. El aparejo auxiliar de boquilla (42) tiene un primer extremo (44) y un segundo extremo (46). El primer extremo (44) está adaptado para unirse al ensamble impulsor (16), mientras el segundo extremo (46) está adaptado para unirse al aparejo auxiliar inferior (20) de una manera convencional. El aparejo auxiliar (42) tiene un orificio central (48) que se extiende desde el primer extremo (44) al segundo extremo (46) para acomodar los componentes descritos en la presente.
El ensamble de boquilla comprende el sujetador de boquilla ( 8) y la boquilla reemplazable (19). El ensamble de boquilla está montado de manera giratoria al orificio central (48) del aparejo auxiliar (42). El sujetador de boquilla (18) está adaptado para unirse al ensamble impulsor (16) en un
primer extremo (50). El sujetador de boquilla (18) tiene una superficie de apoyo externa (52) que define al menos un puerto de fluidos (54), como se muestra en la figura 3. En una modalidad, el puerto de fluidos (54) está alargado. En una modalidad, la superficie de apoyo externa (52) define dos puertos de fluidos (54). En una modalidad, los puertos de fluidos (54) son opuestos. La boquilla (19) es de forma cónica y comprende un orificio o abertura a través de la cual sale el fluido de perforación. Como se muestra en la figura 2 y la figura 6, el sujetador de boquilla (18) y la boquilla (19) están configuradas y alineadas axialmente para definir una trayectoria de flujo axial ininterrumpida para el fluido de perforación a través del aparato (10). Los expertos en la técnica observarán que la trayectoria de flujo (por ejemplo, el tamaño) puede variar dependiendo de la configuración del ensamble de boquilla.
El ensamble de boquilla gira dentro de un alojamiento de boquilla (56) que está montado dentro del orificio central (48) del aparejo auxiliar (42). El alojamiento de boquilla (56) tiene una superficie de apoyo interno (58) que define al menos una abertura de pulso (60) como se muestra en la figura 4. En una modalidad, la abertura de pulso (60) está alargada. En una modalidad, la superficie de apoyo externa (58) define dos aberturas de fluido (60). En una modalidad, las aberturas de pulso (60) son opuestas.
El espacio entre el sujetador de boquilla (18) y el alojamiento de boquilla (56) permite la fácil rotación del sujetador de boquilla (18), mientras se mantiene un sello. El sujetador de boquilla (18) tiene al menos una ranura
en su diámetro externo para recibir al menos un sello que sella el sujetador de boquilla (18) contra el alojamiento de boquilla (56). En una modalidad, el sujetador de boquilla (18) tiene una primera ranura (62) para recibir un anillo de desgaste (64). En una modalidad, el sujetador de boquilla (18) tiene una segunda ranura (66) colocada debajo de la primera ranura (62) para recibir una junta tórica (68).
Una junta tórica (70) se proporciona para sellar la boquilla (19). Un anillo de retención removible (72) fija la boquilla (19) en su lugar.
En la modalidad mostrada en la figura 2, el alojamiento de boquilla (56) define un reborde (74) que se empalma contra un miembro de soporte de cojinete cilindrico (76) montado dentro del aparejo auxiliar (42). El alojamiento de boquilla (56) tiene una ranura (78) para recibir un sello. El miembro de soporte de cojinete (76) se adapta para asentarse contra un asiento (80) definido por el aparejo auxiliar (42). Los sellos de junta tórica (82, 84) sellan el miembro de soporte de cojinete (76) contra el aparejo auxiliar (42) y el alojamiento de boquilla (56) contra el miembro de soporte de cojinete (76), respectivamente. El miembro de soporte de cojinete (76) también define una ranura para recibir un anillo de retención (86) que retiene el alojamiento de boquilla (56) en el lugar.
En la modalidad alternativa mostrada en la figura 6, el alojamiento de boquilla (56) tiene una ranura (78) para recibir un sello. Los sellos de junta tórica (82, 84) sellan el manguito (112) contra el aparejo auxiliar (42) y el alojamiento de boquilla (56) contra el manguito (112),
respectivamente. El manguito (1 12) también define una ranura para recibir un anillo de retención (86) que retiene el alojamiento de boquilla (56) en el lugar.
En una modalidad mostrada en la figura 2, el adaptador (38) y el sujetador de boquilla (18) se fijan en relación de sellado mediante una tuerca de boquilla (88). Un sello de junta tórica (90) sella el adaptador (38) y el sujetador de boquilla (18) dentro de la tuerca de boquilla (88).
En la modalidad alternativa mostrada en la figura 6, el mandril de apoyo (201) y el sujetador de boquilla (18) se fijan juntas en relación de sellado mediante una tuerca de boquilla (88). Un sello de junta tórica (90) sella el mandril de apoyo (201) y el sujetador de boquilla (18) dentro de la tuerca de boquilla (88).
En una modalidad mostrada en la figura 2, el eje impulsor (30) y el sujetador de boquilla (18) se soportan mediante un ensamble de apoyo circunferencial (92). El ensamble de apoyo (92) soporta y centraliza la tuerca de boquilla (88), adaptador (38) y el sujetador de boquilla (18) dentro del aparejo auxiliar (42). El ensamble de apoyo (92) no sólo soporta las cargas radial y de empuje impartidas por los componentes, sino también omite la fricción entre el aparejo auxiliar (42) y el sujetador de boquilla (18), permitiendo que el sujetador de boquilla (18) gire suavemente sobre su eje central dentro del aparejo auxiliar (42). En una modalidad, el ensamble de apoyo (92) comprende un cojinete de rodillo.
En la modalidad alternativa mostrada en las figuras 5 y 6, el eje impulsor (30), mandril de apoyo (201 ) y el sujetador de boquilla (18) se
soportan mediante cojinetes de empuje circunferencial (202, 203). Los cojinetes de empuje (202, 203) soportan y centralizan el mandril de apoyo (201 ) y por lo tanto, también la tuerca de boquilla (88) y el sujetador de boquilla (18) dentro del aparejo auxiliar (42) y soportan las cargas radial y de empuje impartidas por los componentes, permitiendo que el mandril de apoyo (201 ) y por ende el sujetador de boquilla (18) giren suavemente sobre su eje central dentro del aparejo auxiliar (42). El aparejo auxiliar inferior (20) tiene un primer extremo (94) para unirse al aparejo auxiliar (42) y un segundo extremo (96) para unirse a la sarta de perforación (no se muestra) de una manera convencional. La broca de perforación (no se muestra) está unida a la sarta de perforación en una posición descendente. El aparejo auxiliar inferior (20) define un orificio central (98) a través del cual puede pasar el fluido de perforación.
Los componentes del aparato (10) pueden construirse de cualquier material o combinación de materiales que tiene propiedades adecuadas tales como, por ejemplo, fuerza mecánica, desgaste y resistencia a la corrosión y facilidad de maquinado. Los componentes adecuados pueden hacerse de acero de carburo para mejorar la resistencia al desgaste, particularmente para componentes que se someten a un flujo de fluido de perforación turbulento, que puede comprender sólidos finos, tal como con el lodo de perforación.
En operación, el fluido de perforación se bombea a través del aparato en un procedimiento de perforación. El fluido de perforación pasa a
través de la sarta de perforación (no se muestra), el aparejo auxiliar superior (12), la sección de accionamiento (14), girar el rotor y pasa alrededor del eje impulsor (30). En la modalidad mostrada en las figuras 1 y 2, después entra al orificio central del adaptador (38) a través de aberturas (39) y después sale a través del sujetador de boquilla (18) y la boquilla (19). En la modalidad mostrada en las figuras 5 y 6, después entra al orificio central del adaptador (38) a través de aberturas (39) y después sale a través del orificio central (206) del mandril de apoyo (201), el sujetador de boquilla (18) y la boquilla (19). Las aberturas del adaptador (39) deben estar conformadas preferiblemente para aceptar el flujo del fluido de perforación con mínima caída de presión, sin afectar de manera adversa la integridad física del adaptador (78).
El sujetador de boquilla (18), boquilla (19) y el alojamiento de boquilla (56) minimizan la pérdida de presión observada, mientras crean un pulso efectivo. El diámetro restringido de la boquilla (19) cauda la acumulación de presión dentro del orificio del sujetador de boquilla (100), en comparación con la cámara de pulsos (1 10) externa al sujetador de boquilla (18) y boquilla (19). Mientras el puerto de fluidos (54) gira, periódicamente se alinea con una abertura de pulso (60), permitiendo que el fluido vibre en la cámara de pulsos (1 10). Los puertos de fluidos (54) del sujetador de boquilla (18) y las aberturas de pulso (60) del alojamiento de boquilla (56) están colocados en una dirección radial al eje del aparato (10) y dirección primaria del flujo de fluido. En consecuencia, una porción del flujo de fluido se desvía desde la dirección
axial a la radial, con lo que crea una combinación compleja de trayectorias de flujo axial y radial. El fluido de perforación entonces continúa dentro de la sarta de perforación hacia la broca de perforación en la forma convencional.
La amplitud del pulso de presión creado depende de la caída de presión en la boquilla (19). Por consiguiente, una boquilla (19) con una abertura más pequeña creará un pulso de amplitud más grande. También, el tamaño relativo del puerto de fluidos (54) tiene cierto efecto en la amplitud del pulso. La frecuencia del pulso depende de la velocidad de rotación del sujetador de boquilla (18) así como del número de puertos de fluidos (54) y aberturas de pulso (60). En una modalidad, hay dos puertos de fluidos opuestos (54) y dos aberturas de pulso opuestas (60). Como un resultado, se crean dos pulsos de presión para cada rotación de la boquilla (19).
En una modalidad, los dos puertos de fluidos opuestos (54) y las dos aberturas de pulso opuestas (60) están alargadas en la dirección axial, para aumentar el tamaño de la abertura alineada. Como un resultado de los puertos de fluidos alargados axialmente (54) y las aberturas de pulso (60), se crea la amplitud de cada pulso. Si los puertos de fluidos y las aberturas de pulso se alargaran radialmente, entonces la duración de cada pulso se extendería. Las configuraciones del sujetador de boquilla (18), puerto(s) de fluido (54), abertura(s) de pulso (60) y boquilla (19) pueden variar para alcanzar una amplitud, frecuencia y forma de onda deseados. Varias combinaciones de puerto(s) de fluido (54) y abertura(s) de pulso (60) de número, tamaño y forma variadas junto con diferentes tamaños de boquilla
(19), pueden crear frecuencia de pulso, amplitudes y formas de onda variados.
Además, la presente invención proporcionar la capacidad de ajustar el pulso al reemplazar la boquilla (19). Pueden usarse diferentes tamaños de boquilla (19). Como comprenderán los expertos en la técnica, el "tamaño" de la boquilla se refiere al diámetro del orificio a través del cual sale el fluido de perforación. La instalación o remoción de la boquilla (19) se habilita convenientemente mediante el anillo de retención (72). La boquilla (19) puede conectarse o desprenderse fácilmente del aparejo auxiliar (42) para inspección, reinserción o reemplazo como se desea en el anillo.
En una modalidad, el aparato (10) se coloca arriba o debajo de una herramienta de choque (no se muestra) en una distancia diferencia para evitar la atenuación de los pulsos de presión. Una herramienta de choques es una Mech-Thruster™ (Cougar Drilling Solutions, Edmonton, Alberta). Los pulsos de presión causan las vibraciones axiales en la sarta de perforación. Los dispositivos alternativos que convierten los pulsos de presión de fluido en vibración mecánica son conocidos en la técnica.
Como será evidente para los expertos en la técnica, se pueden hacer varias modificaciones, adaptaciones y variaciones de la descripción específica anterior sin alejarse del alcance de la invención aquí reclamada.
Claims (28)
1.- Un aparato para generar pulsos de presión para usarse con una sarta de perforación, el aparato comprende: a) un aparejo auxiliar superior y un aparejo auxiliar inferior para unir el aparato dentro de la sarta de perforación; b) una sección de accionamiento que comprende un rotor/estator; c) un ensamble impulsor; y d) un aparejo auxiliar de boquilla adaptado para unirse al ensamble impulsor y al alojamiento: i) un ensamble de boquilla comprende un sujetador de boquilla montado de manera giratoria dentro del aparejo auxiliar de boquilla y tiene una boquilla cilindrica externa que soporta la superficie que define al menos un puerto de fluidos, y una boquilla reemplazable para controlar la caída de presión en la boquilla; y ii) un alojamiento de boquilla que tiene una superficie de apoyo interno cilindrica que define al menos una abertura de pulsos que coincide con la superficie de apoyo externa del sujetador de boquilla, en donde al menos un puerto de fluidos de la boquilla se alinea con al menos una abertura de pulsos mientras el sujetador de boquilla gira dentro del alojamiento de boquilla.
2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aparejo auxiliar superior está configurado para acoplar la sarta de perforación en un primer extremo y el rotor/estator a un segundo extremo y define un orificio entre el primer y segundo extremos.
3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el rotor y estator comprende un a combinación de lóbulos 1 :2, 3:4, 4:5, 5:6, 7:8 ó 9:10.
4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ensamble impulsor comprende un eje impulsor que tiene un primer extremo acoplado al rotor/estator y un segundo extremo acoplado al ensamble de boquilla.
5. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el eje impulsor está acoplado y sellado al rotor/estator y al ensamble de boquilla usando adaptadores más alto y más bajo.
6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ensamble impulsor comprende: (a) un eje impulsor que tiene un primer extremo acoplado al rotor/estator y un segundo extremo; (b) un aparejo auxiliar de apoyo que comprende un mandril de apoyo montado de manera giratoria dentro del aparejo auxiliar de apoyo, el mandril de apoyo tiene un primer extremo acoplado al segundo extremo del eje impulsor, y un segundo extremo acoplado al ensamble de boquilla.
7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el eje impulsor está acoplado y sellado al rotor/estator y al mandril de apoyo usando adaptadores más alto y más bajo, respectivamente.
8. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el mandril de apoyo tiene un orificio central que se extiende entre el primer extremo y el segundo extremo del mandril de apoyo.
9. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el orificio central del mandril de apoyo y la boquilla están axialmente alineados para definir una trayectoria de flujo ininterrumpida para el fluido de perforación a través del mismo.
10. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el aparejo auxiliar de apoyo además comprende al menos un cojinete de empuje dispuesto entre el aparejo auxiliar de apoyo y el mandril de apoyo, el cojinete de empuje está configurado para resistir las cargas axiales o cargas radiales, o una combinación de las cargas axial y radial entre el aparejo auxiliar de apoyo y el mandril de apoyo.
1 1. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aparejo auxiliar de boquilla tiene un primer extremo adaptado para unirse al ensamble impulsor, y segundo extremo adaptado para unirse al aparejo auxiliar inferior y un orificio central que se extiende entre el primer y segundo extremos.
12. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aparejo auxiliar inferior tiene un primer extremo adaptado para unirse al aparejo auxiliar de boquilla, un segundo extremo para unirse a la sarta de perforación y un orificio central que se extiende entre el primer y segundo extremos.
13. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sujetador de boquilla y la boquilla están alineados axialmente para definir una trayectoria de flujo ininterrumpida para el fluido de perforación que pasa a través del mismo.
14. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la boquilla es de forma cónica.
15. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sujetador de boquilla comprende al menos una ranura en su diámetro externo para recibir al menos un sello para sellar el sujetador de boquilla contra el alojamiento de boquilla.
16. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alojamiento de boquilla define un reborde adaptado para empalmar un miembro de soporte de cojinete cilindrico montado dentro del aparejo auxiliar de boquilla.
17. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el alojamiento de boquilla comprende una ranura para recibir un sello.
18. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un anillo de retención removible para fijar la boquilla.
19. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los puertos de fluidos y las aberturas de pulso están colocadas en una dirección radial con respecto al eje del aparato y el flujo de fluido.
20. El aparato de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque los puertos de fluidos y las aberturas de pulso están alargadas axialmente.
21. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque hay dos puertos de fluidos de boquilla opuestos.
22. El aparato de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque hay dos aberturas de pulso opuestas.
23. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el adaptador más bajo y el sujetador de boquilla están fijos en relación sellada mediante una tuerca de boquilla.
24. El aparato de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sello para sellar el adaptador más bajo y el sujetador de boquilla dentro de la tuerca de boquilla.
25. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un ensamble de apoyo circunferencial para soportar el ensamble impulsor y el sujetador de boquilla.
26. El aparato de conformidad con la reivindicación 25, en donde el ensamble de apoyo comprende un cojinete de rodillo.
27. Un método de vibración de una sarta de perforación que comprende el paso de insertar el aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 en la sarta de perforación con una herramienta de choques o dispositivo equivalente, bombear el fluido de perforación a través de la sarta de perforación y crear ondas de pulso de presión de una frecuencia, amplitud y forma de onda deseadas.
28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque crear las ondas de pulso de presión de la frecuencia, amplitud y forma de onda deseadas comprende variar el número, tamaño o forma de los puertos de fluidos y las aberturas de pulso o el tamaño de la boquilla.
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