MXPA02004343A - Broca de barrena con cuerpo excentrico. - Google Patents

Abstract

Se proporciona una broca de barrena giratoria para la perforacion de un pozo -de sondeo dentro de una formacion terrestre. La broca de barrena comprende un cuerpo de broca de barrena provisto con medios de conexion de la broca de barrena a una serie de varillas de perforacion, la broca de barrena tiene un eje longitudinal de rotacion durante la perforacion con la serie de varillas de perforacion y con la broca de barrena conectada a la misma, y un miembro de corte provisto con un medio de corte en la parte externa del mismo. El miembro de corte tiene capacidad de giro en relacion con el cuerpo de la broca entre una primera posicion de rotacion y una segunda posicion de rotacion, en donde el medio de corte esta colocado a una distancia radial mayor desde dicho eje longitudinal de rotacion cuando el miembro de corte esta en la segunda posicion de rotacion en comparacion cuando el miembro de corte esta en la primera posicion de rotacion.

Description

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con una broca de barrena para usarse en combinación con un serie de varillas de perforación para la perforación de un pozo de sondeo * dentro de una formación terrestre. En la práctica de la perforación de pozos algunas veces se requiere perforar una sección inferior de un pozo de sondeo a un diámetro mayor que una sección superior del pozo de sondeo. Por ejemplo, este es el caso en aplicaciones en donde una sección del pozo de sondeo deberá estar ensanchada en el fondo, o cuando debe evitarse el estrechamiento del pozo de sondeo en la dirección descendente. En la práctica convencional los pozos de sondeo se perforan en diámetros decrecientes en forma escalonada en la dirección descendente. Normalmente esto es consecuencia del entubado o del programa de revestimiento mediante lo cual el entubado o las secciones de revestimiento de los diámetros decrecientes escalonados se instalan en el pozo. En tal arreglo cada entubado inferior siguiente o sección de revestimiento se extiende a través cte una sección previamente instalada. Como resultado la parte superior del pozo tiene que perforarse a un diámetro significativamente mayor que las partes inferiores del pozo, incrementando de esta manera los costos de perforación.

REF: 13?i79 ,_ -3 ftef centrado se utilizan para perforar secciones de pozó de sondeo de diámetros relativamente grandes mientras tales brocas puedan pasar todavía a través de las secciones más estrechas del pozo de sondeo. Sin embargo, las brocas de * doble centrado, no siempre perforan uniformemente, y < frecuentemente hay problemas cuando éstas pasan a través de secciones más estrechas del pozo de sondeo. ün objetivo de la presente invención es proporcionar una broca de barrena mejorada que supere las desventajas de las brocas de barrena de la técnica anterior. Además, se desea proporcionar una broca de barrena que sea capaz de ensanchar la parte del fondo de un pozo de sondeo existente, y que pueda perforar secciones de pozo de óndeo de diámetro relativamente grande y a la vez sea capaz de pasar a través de secciones de pozo de sondeo de diámetro relativamente pequeño. De acuerdo con la invención se proporciona una broca de barrena giratoria para la perforación de un pozo de sondeo dentro de una formación terrestre, que comprende: - un cuerpo de broca de barrena con medios para conectar la broca de barrena a una serie de varillas de perforación, teniendo la broca de barrena un eje longitudinal de rotación durante la perforación con la serie de perforación y la broca de barrena conectadas - un miembro para corte provisto con medios de corUe en su superficie externa, el miembro de corte con capacidad de -5 girar en relación con el cuerpo de la broca entre una primera posición de rotación y una segunda posición de rotación, en donde el medio de corte está colocado a una distancia radial mayor de dicho eje longitudinal de rotación cuando el miembro de corte está en la segunda posición de W rotación en comparación cuando el miembro de corte está en Xa primera posición de rotación. De esta manera se logra que por medio de la rotación -del miembro de corte desde la primera posición de rotación hasta la segunda posición de rotación, se incremente el 15 diámetro de corte de la broca de barrena. En una aplicación atractiva la serie de varillas de perforación con la broca de barrena conectada a la misma, desciende a través de un entubado de una porción superior de pozo de sondeo hasta una posición inferior del pozo de 0 son eo sin entubar mientras que el miembro de corte está en la primera posición de rotación. Posteriormente se perfora una sección de pozo de sondeo adicional con el miembro de corte en la segunda posición de rotación, con lo cual el diámetro de la nueva porción perforada es mayor que el f diámetro interno del entubado a través del cual descendió la posición axial primaria y una posición axial secundaria, en donde en la posición axial primaria el miembro de corte see localiza más cerca del extremo inferior de la broca de barrena que en la posición axial secundaria, y en donde el 'Cuerpo de la broca y el miembro de corte están provistos con medios guia que operan en colaboración para guiar al miembro de corte desde la primera posición de rotación hasta la segunda posición de rotación al moverse el miembro de corte desde la posición axial primaria hasta la posición axial secundaria. Por tanto, el miembro de corte puede moverse desde la primera hasta la segunda posición de rotación por medio de, por ejemplo, la aplicación de un peso a la serie de varillas de perforación dando como resultado el descanso de la serie con lo cual las fuerzas de arrastre desde la pared del pozo de sondeo inducen al miembro de corte a moverse desde la posición axial primaria hasta la secundaria. Alternativamente, o además, ese movimiento axial se puede lograr mediante la operación de un actuadsr hidráulico incorporado en la serie de varillas de perforación. De aqui en adelante la invención se describirá con mayor detalle y a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañante en los cuales: l*f|;ß' Figura 1 muestra esquemáticamente una vista longitudinal, parcialmente en sección transversal, de una modalidad de la broca de barrena de conformidad coh la ^ invención en un primer modo de operación: 5 la Figura 2 muestra esquemáticamente una vista longitudinal, parcialmente en sección transversal, e un miembro de corte aplicado en la modalidad de la Figura 1; la Figura 3 muestra esquemáticamente una vista longitudinal, parcialmente en sección transversal, de la 10 modalidad de la Figura 1 en un segundo modo de operación, y la Figura 4 muestra esquemáticamente una vista lateral parcial de una modalidad alternativa de la broca de barrena de la invención, con el miembro de corte removido de la misma. 15 En las figuras los números de referencia similares se relacionan con componentes similares. Con referencia a las Figuras 1 y 3 se muestra una broca de barrena 1 para usarse en combinación con una serie de varillas de perforación (no mostrada) para la 20 perforación de un pozo de sondeo dentro de una formación terrestre, la broca de barrena tiene un eje longitudinal de rotación 2 que coincide con el eje longitudinal central de la serie de varillas de perforación durante la perforación con la broca de barrena y la serie de varillas de 25 perforación. La broca de barrena 1 incluye un cuerpo de externo del miembro de corte 14 substancialmente igual- fl diámetro de la broca piloto 10. La horadación 16 ßl á „ 5 ^dispuesta excéntricamente en el miembro de corte 14 de &\ manera que en su primera posición de rotación en relación con el cuerpo de broca 3, el miembro de corte 14 está substancialmente alineado con la broca piloto 10 (Figura 1), y en su segunda posición de rotación en relación con el 10* cuerpo de broca 3, el miembro de corte 14 está desplazado radialmente de la broca piloto 10 (Figura 3) . De aquí en adelante, también se hace referencia a la primera posición de rotación como la posición retraída y se hace referencia a la segunda posición de rotación como la posición extendida. 15 Cuando el miembro de corte 14 está en la posición extendida, gira aproximadamente 180° desde la posición de rotación retraída. En términos de excentricidad del miembro de corte 14 en relación con la broca piloto 10, esto implica que en la posición de rotación retraída la excentricidad es J¡& inexistente mientras que en la posición de rotación extendida la excentricidad es máxima. "' Adicionalmente, el miembro de corte 14 es movible en la dirección axial a lo largo del eje 6 entre una posición axial primaria y una posición axial secundaria, en donde 25 en la posición axial primaria el miembro de corte 14 se parte de diámetro g aft^, S qu se extiende dentro dé la " parte de diámetro grande 24 de la horadación, y una parte de f $ diámetro pequeña 32 que se extiende dentro de la parte de - diámetro pequeña 26 de la horadación, con un reborde a?iµlar * * 33 entre la parte de diámetro grande 30 y la parte de ^diámetro pequeña 32. La posición relativa de los rebordes anulares 28, 33 es tal que en la posición axial primaria 10 -'del miembro de corte 14 se forma un espacio anular '"relativamente pequeño 34 entre los rebordes 28, 33. La horadación 16 está sellada en relación con el vastago 6 por medio de sellos anulares 36, 38 colocados a lo largo de la t horadación 16. La broca de barrena está provista con un 15 pasaje de fluido de perforación 40 para el suministro de fluido de perforación a boquillas convencionales 42 dispuestas en la broca piloto 10, cuyo pasaje 38 se extiende a través del vastago 6 y está en comunicación fluida con el espacio 34 mediante dos puertos 44 provistos en la pared del 0*" "-vastago 6. En la Figura 4 se muestra, en parte, una modalidad alternativa de la broca de barrena en la cual el vastago 6 está provisto con una cuerda helicoidal 50 y el miembro de corte (no mostrado) está provisto con un retén que se *25 -extiende en el interior de la rosca 50 de tal manera que la ¿dfcTí-*-* & relación con el cuerpo de broca 3 (cuando es visto desde la parte superior de la broca de barrena) durante el movimiento axial hacia arriba del miembro de corte a lo largo otel vastago 6. Nótese que la serie de varillas de perforación (no mostrada) gira también en la dirección derecha durante la perforación. Una sección superior corta 52 de la cuerda 50 cambia la orientación de tal manera que el miembro de corte gira en la dirección izquierda en relación al cuerpo de broca 3 cuando el retén entra en la sección de cuerda 50. El extremo inferior del cuerpo de broca 3 está provisto con un conjunto de dientes primarios 54, y un extremo superior del miembro de corte está provisto con un conjunto correspondiente de dientes secundarios (no mostrado) . Cuando ambos conjuntos de dientes se enganchan uno con el otro, permiten la rotación a la derecha y evitan la rotación a la izquierda del miembro de corte en relación con el cuerpo de broca 3. Además, el arreglo de la cuerda 50, el retén, y los dos conjuntos de dientes es tal que los conjuntos de dientes se enganchan uno con el otro cuando el retén llega a la sección de cuerda superior 52. Durante la operación normal de la modalidad de las Figuras 1-3, la broca de barrena 1 está conectada a la serie coafector 4 y la al interior' el pozo de sondeo (no mostrado) formado dentro de una «^ formación terrestre. El pozo de sondeo ha sido entubadp "M ^astá cierta profundidad por lo cual una sección de pozf e sondeo sin entubar se extiende por debajo del entubado, y ©1 diámetro interno del entubado es más pequeño que el diámetro de la sección del pozo de sondeo sin entubar* EJ. descenso se lleva a cabo hasta que la broca de barrena 1 es m colocada en la sección del pozo de sondeo sin entubar, por lo cual durante el descenso la serie de varillas sostiene al miembro de corte 14 en la posición axial primaria y en la posición de rotación retraída relacionada (Figura 1) de tal manera que la broca de barrena 1 se adapta dentro del 15 jentubado. Después de que la broca de barrena 1 se ha colocado en la sección del pozo de sondeo sin entubar, se bombea fluido de perforación a través del pasaje de fluido de perforación 40 y la serie de varillas de perforación gira de 20 tal manera para iniciar la perforación de una sección de pozo de sondeo adicional. Durante el bombeo del fluido de perforación a través del pasaje 40, el fluido de perforación es bombeado a través de los puertos 44 al interior del espacio anular 34. Como resultado, la presión 25 del fluido en el reborde anular del miembro de corte 14 se esta manera la presión del fluido desvía al miembro de corte 14 a la posición axial secundaria y la posición de rotación extendida relacionada. Así, la horadación 16 y el vastago 6 actúan como un actuador 5 hidráulico para mover al miembro de corte 14 desde la posición axial primaria hasta la posición axial secundaria al aplicarse la presión del fluido en el pasaje del fluido 40. En la Figura 3 se muestra la broca de barrena 1 con el miembro de corte 14 en la posición de rotación extendida y 10 en la posición axial secundaria. El movimiento incontrolado del miembro de corte 14 desde la posición retraída hasta la posición extendida debido a las fuerzas de arrastre desde la pared del pozo de sondeo, se evita en virtud de la orientación de la cuerda 20 15 de tal manera que el miembro de corte 14 gira desde" la posición retraída hasta la extendida en la dirección de rotación de la serie de varillas de perforación. Por ello, ésas fuerzas de arrastre tienden a desviar al miembro de corte 14 en su posición retraída. 20 El movimiento del miembro de corte 14 desde la posición axial primaria hasta la posición axial secundaria está limitada por una superficie de detención adecuada (no mostrada) provista en la cuerda 20 la cual evita el Movimiento adicional axial y de rotación del miembro de 25 corte 14. En esta posición el miembro de corte 14 está a la "VJ^ de perforación y, como resultado, se perfora adicíonalmente v el pozo de sondeo a un diámetro mayor que el diámetro * . interno del entubado a través del cual descendió la serié de varillas de perforación. Una vez que finaliza la perforación de la nueva sección del pozo de sondeo, se detiene la rotación de la serie de varillas de perforación y cesa el bombeo de fluido de 10 perforación. Entonces el miembro de corte 14 ya no está desviado hacia la posición axial secundaria, y la serie de varillas actúa para mover al miembro de corte 14 de regreso a la posición axial primaria y la posición de rotación retraída relacionada. La serie de varillas de perforación t$ puede removerse ahora del pozo de sondeo a través del entubado previamente instalado. Enseguida, se hace descender una nueva sección de entubado a través del entubado previamente instalado, cuya sección de entubado tiene obviamente un diámetro externo más ß pequeño que el diámetro interno del entubado instalado previamente. Una vez que ha llegado la nueva sección de entubado en la sección del pozo de sondeo recientemente perforada, la nueva sección de entubado se expande en ua forma conocida hasta un diámetro substancialmente igual al 21 diámetro del entubado previamente instalado. De esta manera ¡ue el diámetro interno del entubado en el pozo dé sondeo permanezca más o menos constante a lo largo de 'la profundidad del pozo de sondeo, en lugar del arjfßglo ' telescópico de los entubados en pozos de sondeo 5 convencionales. La operación normal de la modalidad alternativa es similar a la operación normal de la modalidad de las Figuras 1-3, excepto que durante el movimiento ascendente del miembro de corte a lo largo del vastago 6 el retén del * 10 miembro de corte llega a la sección corta de cuerda 52 y de esta manera cambia la rotación del miembro de corte de derecha a izquierda en relación al cuerpo de broca 3. Como resultado, los dientes del miembro de corte enganchan firmemente los dientes 54 del cuerpo de broca 3, de tal 15 forma que el miembro de corte se asegura contra el giro no deseado hacia la izquierda del miembro de corte en relación con el cuerpo de broca 3 durante la perforación adicional del pozo de sondeo (por lo cual la serie de varillas de perforación gira en la dirección derecha) . JÉ En lugar de la aplicación de los retenes antes mencionados para guiar al miembro de corte a lo largo del ,«- vastago, el vastago está apropiadamente provisto con una o más cuerdas que corresponden en número y orientación con las cuerdas del miembro de corte de una manera que cada cuerda ^55 del vastago se extiende en forma opuesta a la cuerda 4- j»*<r?í£xfi £!É ; ? sé-| |4f rídi$n e del miembro de corte, y en donde uno o m& bolas de rodamiento se extienden en las cuerdas disp estas» en forma opuesta. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.

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Claims (1)

1. U tóJCvlN ICACEOjSfi S Habiéndose descrito la invención como antecede, íáß i 1¿ reclama como propiedad lo contenido en las siguienfeejs reivindicaciones . 1. Una broca de barrena giratoria para la perforación de un pozo de sondeo dentro de una formación terrestre, que comprende : - un cuerpo de broca de barrena con medios para conectar la broca de barrena a una serie de varillas de perforación, teniendo la broca de barrena un eje longitudinal de rotación durante la perforación con la serie de varillas de perforación y la broca de barrena conectadas al mismo; y - un miembro para corte provisto con medios de corte en su superficie externa, el miembro de corte con capacidad de giro en relación con el cuerpo de la broca entre una primera posición de rotación y una segunda posición de rotación, en donde el medio de corte está colocado a una distancia radial mayor de dicho eje longitudinal de rotación cuando el ftiembro de corte está en la segunda posición de rotación en comparación cuando el miembro de corte está en la primera posición de rotación, caracterizada porque el miembro de corte está colocado de tal manera que, cuando el miembro de corte gira desde la prime hasta la segunda posición de rotación, al menos un de la rotación del miembro de corte tiene una que coincide con la dirección de rotación de la serie de varillas de perforación. 2. La broca de barrena de conformidad con la 5 reivindicación 1, caracterizada porque el miembro de corte está dispuesto para girar desde la primera hasta la segunda posición de rotación en torno a un eje de rotación que se extiende substancialmente en forma paralela a, y desplazada en forma radial desde, dicho eje longitudinal de rotación y 10 en la misma dirección que la dirección de rotación de la broca de barrena durante la perforación con la broca de barrena . 3. La broca de barrena de conformidad con la reivindicación 1 6 2, caracterizada porque el miembro de 15 corte es movible en forma axial en relación con el cuerpo de la broca entre una posición axial primaría y una posición axial secundaria, en donde en la posición axial primaria el miembro de corte se localiza más cerca del extremo inferior de la broca de barrena que en la posición axial secundaria, 20 y en donde el cuerpo de la broca y el miembro de corte están provistos con medios guía que operan en colaboración para §uiar al miembro de corte desde la primera posición de rotación hasta la segunda posición de rotación al moverse el miembro de corte desde la posición axial primaria hasta la Üf* .posición axial secundaria. está provisto con una horadación y el cuerpo de la broca - " está provisto con un vastago que pasa a través de la * ? horadación para permitir que el miembro de corte gire eat e dichas posiciones de rotación en torno al vastago y para moverse entre dichas posiciones axiales a lo largo del vastago, y en donde dicho medio guía incluye al menos una superficie guía helicoidal provista en el miembro de corte o en el vastago. 5. La broca de barrena de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque dicha superficie guía helicoidal está formada por una cuerda helicoidal y el meídio ijuía incluye adicionalmente un miembro guía provisto en la parte externa del miembro de corte y del vastago y se < extiende en la cuerda helicoidal. ?6. La broca de barrena de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la superficie guía forma una primera cuerda helicoidal provista en el vastago, y en donde el medio guía adicionalmente incluye una segunda cuerda helicoidal provista en el medio de corte y que se extiende de manera opuesta a la primera cuerda helicoidal, y al menos una bola de rodamiento se extiende en la primerfe y Begunda cuerdas helicoidales. £" adicioaftf eñte comprende un medio actuador hidráulico para**"-*- mover el miembro de corte desde la posición axial primaria 5 hasta la posición axial secundaria por la acción de la presión de fluido de un cuerpo de fluido de perforación , presente en un pasaje de fluido de perforación de la serie , de varillas de perforación. 8. La broca de barrena de conformidad con la * 10 reivindicación 7 cuando depende de la reivindicación 5, caracterizada porque el medio actuador hidráulico incluye un espacio anular formado entre la horadación y el vastago y que está en comunicación fluida con el pasaje de fluido de perforación, y en donde el miembro de corte está provisto " 15 con una superficie de presión formada en la horadación y que se orienta de tal manera que desvía al miembro de corte desde la posición axial primaria hasta la posición axial secundaria al aplicarse la presión del fluido en el pasaje de fluido. *2 9. La broca de barrena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3-8, caracterizada porque adicionalmente comprende un medio de resorte dispuesto para desviar al miembro de corte desde la posición axial secundaria hasta la posición axial primaria. «% -í?sí . l de barrena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4-9, caracterizada porque el cuerpo dß barrena está provisto con una broca piloto colocada en la parte frontal de la broca de barrena y conectada al extremo inferior del vastago. 11. La broca de barrena de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque cuando el miembro de corte esta en la primera posición de rotación, dicho medio de corte tiene una envolvente de corte substancialmente igual a la envolvente de corte de la broca piloto. 12. La broca de barrena, caracterizada porque es substancialmente como se describió aquí previamente con referencia a los dibujos. Se proporciona una broca de barrena giratoria para la perforación de un pozo de sondeo dentro de una formadllórt terrestre. La broca de barrena comprende un cuerpo de broda V de barrena provisto con medios de conexión de la broca de barrena a una serie de varillas de perforación, la broca de barrena tiene un eje longitudinal de rotación durante la perforación con la serie de varillas de perforación y con la broca de barrena conectada a la misma, y un miembro de corte provisto con un medio de corte en la parte externa del mismo. El miembro de corte tiene capacidad de giro en relación con el cuerpo de la broca entre una primera posición de rotación y una segunda posición de rotación, en donde el medio de corte está colocado a una distancia radial ayor desde dicho eje longitudinal de rotación cuando el miembro de corte está en la segunda posición de rotación en comparación cuando el miembro de corte está en la primera posición de rotación. » v3?3