DISPOSITIVO Y METODO PARA LA EXTRACCION, EL TRANSPORTE Y EL ENSAYO DE GASES EN MUESTRAS DE ROCAS BLANDAS.

Dispositivo y método para la extracción, el transporte y el ensayo de gases en muestras de rocas blandas que permiten caracterizar el comportamiento de rocas blandas como el carbón frente a diferentes gases con distintas presiones de inyección y distintas condiciones tensionales.

El dispositivo comprende una pieza principal (1), una cabeza de corte (2) y una pieza de empuje (3) en la etapa de extracción, que se sustituyen por una lapa (4), un émbolo (5) una pieza de asentamiento (6) y unos medios salientes, como por ejemplo unas válvulas (21), en las etapas de transporte y/o ensayo. Este dispositivo proporciona la inalterabilidad del estado de la muestra en su estructura interna, además de mantener su contenido de gas durante las etapas de extracción, transporte y ensayo. La invención también proporciona un método pasa la extracción, transporte y ensayo de rocas blandas

Dispositivo y método para la extracción, el transporte y el ensayo de gases en muestras de rocas blandas.

La presente invención se refiere a un dispositivo mecánico concebido para extraer, transportar y caracterizar el comportamiento de rocas blandas frente a diferentes gases con distintas presiones de inyección y distintas condiciones tensionales. Con el dispositivo, las muestras de las rocas objeto de ensayo, permanecen inalteradas desde el momento de su extracción hasta la realización del ensayo. La invención también se refiere a un método para la extracción, transporte y ensayo de gases en muestras de rocas blandas.

La presente invención resulta de aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos para caracterizar el comportamiento de rocas como por ejemplo el de maquinaria y equipo mecánico, el de metalurgia y fabricación de productos metálicos, el de productos minerales no metálicos diversos, el de industrias extractivas y del petróleo, el de energía y agua o el de química y farmacia.

Estado de la técnica

Para caracterizar el comportamiento de rocas blandas, como el carbón, frente a diferentes gases pueden utilizarse métodos directos (Bertard, C., Bruyet, B., Gunther, J., 1970. Determination of desorbable gas concentraron of coal direct method. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 7, 43-65. Smith, D.M., Williams, F.L., 1981. A newtechnique for determining the methane content of coal. Proc. 16th. Intersociety Energy Conversión Engineering Conf. Am. Soc. Mech. Eng., New York, NY, pp. 1272-12. Sawyer, W.K., Zuber, M.D., Kuuskraa, V.A., Horner, D.M., 1987. Using reservoir simulation and field data to define mechanisms controlling coalbed methane production. Proc. the 1987 Coalbed Methane Symp. The University of Alabama, Tuscaloosa, AL, pp. 295-307. Owen, L.B., Sharer, J., 1992. Method calculates gas content per foot of coalbed methane pressure core. Oil Gas J. 2, 47-49) y métodos indirectos (Kim, A.G., 1977. Estimating methane content of bituminous coalbeds from adsorption data. US Bur. Mines,Rep. Invest. 8245, 22 pp. Mullen, M.J., 1989. Coalbed methane resource evaluation from wireline logs in the northeastern San Juan basin: A Case Study. Proc. The 1989 Coalbed Methane Symp. University of Alabama, Tuscaloosa, AL, pp. 167-184).

En los métodos directos las muestras se obtienen a través de sondeos. Desde la herramienta tomamuestras la muestra se saca y se traslada al equipo de ensayo donde se deposita, se ensaya y se miden los parámetros correspondientes. En los métodos indirectos el contenido en gas y el comportamiento de la muestra se determina a través de los datos obtenidos en las isotermas de absorción. Las isotermas de absorción obtenidas en el laboratorio establecen la relación cuantitativa entre el gas absorbido y la variaciones de presión ocurridas en el mismo. Proporcionan un valor de la capacidad de almacenamiento de gas de la muestra ensayada.

Un ensayo genérico para caracterizar el comportamiento de una roca blanda como el carbón frente a un gas consta de las siguientes fases:

- Extracción de una muestra que se mantenga lo más inalterada posible. Transporte al laboratorio en condiciones estables en lo que al contenido en fluidos (gases) y a su estructura interna se refiere.

- Inyección de gas en la muestra con el fin de realizar un análisis gaseodinámico. El gas inyectado es fundamentalmente metano aunque también se inyecta nitrógeno, helio y dióxido de carbono con el fin de realizar análisis comparativos.

- Inyección de gas en la muestra con distintas condiciones tensionales.

En la actualidad, la muestra de roca blanda objeto de análisis se obtiene mediante sondas equipadas con dispositivos para la recogida de muestras. A continuación, la muestra se extrae de dicho dispositivo y se traslada al equipo de ensayo donde siguiendo los procedimientos establecidos se obtienen los resultados del ensayo. Al retirar la muestra de los dispositivos utilizados para su extracción, para ser colocada en la máquina de ensayo, es frecuente que se produzca un desmoronamiento parcial o total de la misma, al ser de un material blando con una estructura física relativamente débil. Por otra parte, una vez que se saca la muestra del dispositivo de extracción, parte del contenido en gas de la misma se pierde al entrar en contacto con el medio ambiente. Debido a estas circunstancias, las muestras de ensayo obtenidas con las sondas equipadas con dispositivos para la recogida de muestras existentes, presentan alteraciones considerables en su estructura y en su contenido en gas.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo mecánico que permite caracterizar el comportamiento de rocas blandas frente a diferentes gases con distintas presiones de inyección y distintas condiciones tensionales. Este dispositivo proporciona la inalterabilidad del estado de la muestra en su estructura interna, además de mantener su contenido de gas durante las etapas de extracción, transporte y ensayo. La invención también proporciona un método para la extracción, transporte y ensayo de rocas blandas.

A efectos de la presente invención y su descripción, rocas blandas son sólidos cohesionados formados por uno o más minerales que se marcan con la uña y su dureza en la escala de Mohs es inferior a 3.

El dispositivo de la invención comprende una pieza principal formada por un tubo con un extremo cerrado y un agujero pasante en el centro del mismo, con otro tubo unido a dicho agujero por la parte exterior del extremo cerrado mencionado, y que a su vez tiene unos medios de acoplamiento. El otro extremo es abierto y con otros medios de acoplamiento. En la pieza principal se aloja la muestra de roca blanda y se le acoplan la mayor parte de las piezas del dispositivo.

El dispositivo también comprende, durante la etapa de extracción, una cabeza de corte formada por un tubo con las paredes biseladas en un extremo para facilitar su penetración en la roca, y con unos medios de acoplamiento en el extremo que se acopla a la pieza principal.

Para facilitar el empuje de la herramienta en la etapa de extracción y proteger los componentes de la pieza principal, el dispositivo también comprende una pieza de empuje sobre la que se realiza la fuerza de empuje durante la etapa de extracción, formada por un tubo hueco con un extremo abierto, y el otro extremo cerrado. El extremo cerrado tiene un agujero pasante en el centro que aloja en su interior todo el tubo unido al agujero del extremo cerrado de la pieza principal. El extremo abierto tiene unos medios de acoplamiento a la pieza principal.

El dispositivo también comprende, en la etapa de transporte y/o en la etapa de ensayo, una tapa que sustituye a la pieza de empuje para sellar la pieza principal y preservar la muestra. La tapa está formada por un tubo hueco con un extremo cerrado con un agujero pasante en el centro y con un tubo unido a dicho agujero por la parte exterior de este extremo y unos medios de fijación para fijar la posición del émbolo. El extremo abierto tiene irnos medios de acoplamiento estancos a la pieza principal. Además el dispositivo comprende un émbolo, que se incluye en la etapa de transporte y/o en la etapa de ensayo, formado por una cabeza con un agujero pasante en el centro que se desliza por el interior de la pieza principal, y que además tiene unos unos medios de estanqueidad. Unido a la cabeza se sitúa un eje formado por un tubo cerrado en el extremo opuesto, que se desliza por el interior del agujero pasante de la tapa. El eje tiene un agujero en la pared con unos medios de acoplamiento que se dispone en una zona que como máximo ocupa 1/3 de la longitud del eje tomada desde el extremo cerrado. Como el eje del émbolo es hueco y la cabeza dispone de un agujero alineado con él, se permite el paso de fluidos desde el exterior al interior de la pieza principal a través del agujero pasante practicado lateralmente en la pared el eje del émbolo. La situación de este agujero permite, si es necesario, realizar empuje mecánico sobre el extremo cerrado del eje del émbolo en la fase de ensayo, sin entorpecer el paso de gases.

El dispositivo también comprende, en la etapa de extracción, unos medios sellantes acoplados al tubo unido al agujero pasante de la pieza principal y además acoplados, en la etapa de transporte, al agujero en la pared del eje del émbolo Los medios sellantes impiden la salida de los gases contenidos en la muestra a través del embolo o de la pieza principal, preservando la muestra.

En una realización preferida, el dispositivo además comprende...

1. Dispositivo para la extracción, transporte y ensayo de muestras de rocas blandas que comprende:

una pieza principal (1) formada por un tubo con un extremo cerrado, un agujero pasante en el centro del mismo con otro tubo (7), unido a dicho agujero por la parte exterior del extremo mencionado y que a su vez tiene unos medios de acoplamiento, y otro extremo abierto con unos medios de acoplamiento (8);

una cabeza de corte (2) durante la etapa de extracción, formada por un tubo con las paredes biseladas en un extremo y con unos medios de acoplamiento (9) en el extremo que se acopla a la pieza principal (1);

una pieza de empuje (3) durante la etapa de extracción, formada por un tubo hueco con un extremo abierto y otro extremo cerrado que tiene un agujero pasante (10) en el centro que aloja en su interior todo el tubo (7) unido al agujero del extremo cerrado de la pieza principal (1), y con unos medios de acoplamiento (11) en el extremo abierto a la pieza principal (1);

una tapa (4), que sustituye a la pieza de empuje (3) en la etapa de transporte y/o en la etapa de ensayo, formada por un tubo hueco con un extremo cerrado con un agujero pasante (14) en el centro y con un tubo unido (16) a dicho agujero (14) por la parte exterior del extremo cerrado y unos medios de fijación (17) para fijar la posición del émbolo (5), y otro extremo abierto con unos medios de acoplamiento (12) estancos a la pieza principal (1);

un émbolo (5), que se incluye en la etapa de transporte y/o en la etapa de ensayo, formado por una cabeza con un agujero pasante en el centro que se desliza por el interior de la pieza principal (1) y con unos medios de estanqueidad, y un eje (15) unido a la cabeza formado por un tubo cerrado en el extremo opuesto, que se desliza por el interior del agujero pasante (14) de la tapa (4), y con un agujero (18) en la pared del eje (15) con unos medios de acoplamiento que se dispone en una zona que como máximo ocupa 1/3 de la longitud del eje tomada desde el extremo cerrado;

unos medios sellantes acoplados al tubo (7) de la pieza principal (1) en la etapa de extracción y además acoplados al agujero (18) en la pared del eje (15) del émbolo (5) en la etapa de transporte.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 que además comprende:

una pieza de asentamiento (6), que se incluye en la etapa de ensayo de gases con tensión mecánica de compresión, formada por una ranura radial pasante (20) que aloja en su interior todo el tubo (7) de la pieza principal (1).

3. Dispositivo según la reivindicación 2 caracterizado porque la pieza principal (1), la cabeza de corte (2), la pieza de empuje (3), la tapa (4), el émbolo (5) y la pieza de asentamiento (6) son de metal o una aleación de metales.

4. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque el metal es acero.

5. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento del tubo (7) de la pieza principal son una rosca exterior.

6. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento (8) en el extremo abierto de la pieza principal (1) son una rosca exterior.

7. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque el bisel de pared biselada de la cabeza de corte (2) tiene una inclinación respecto al eje del tubo de entre 1º y 7º.

8. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento (9) de la cabeza de corte (2) son una rosca interior.

9. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento (11) de la pieza de empuje (3) comprenden al menos dos agujeros roscados dispuestos en puntos diametralmente opuestos en la pared del tubo, y unos tornillos de presión pasantes que se roscan a ellos hasta su contacto con la pieza principal (1).

10. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de fijación (17) son al menos un tornillo de presión acoplado a un agujero roscado pasante en la pared del tubo (16).

11. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento (12) estancos de la tapa (4) son una rosca interior con un asiento (13) y con una junta tórica flexible alojada en dicho asiento (13).

12. Dispositivo según la reivindicación 6, 8 y 11 caracterizado porque la rosca es cuadrada.

13. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de estanqueidad de la cabeza del émbolo (5) son una junta tórica flexible alojada en un asiento (19) de la cabeza y en contacto con la superficie interior de la pieza principal (1).

14. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de acoplamiento del agujero (18) de la pared del eje (15) del émbolo (5) son una rosca.

15. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios sellantes acoplados al tubo (7) de la pieza principal (1) en la etapa de extracción y además acoplados al agujero (18) del émbolo (5) en la etapa de transporte comprenden una válvula (21) y un tapón (22).

16. Método para la extracción transporte y ensayo de muestras de rocas blandas que comprende las siguientes etapas:

a) obtener la muestra de roca mediante la hinca del dispositivo de la reivindicación 1 que comprende la pieza principal (1) con unos medios sellantes acoplados al tubo (7) de la pieza principal, la cabeza de corte (2) y la pieza de empuje (3);

b) transportar la muestra de roca mediante el dispositivo de la reivindicación 1 que comprende la pieza principal (1) con unos medios sellantes acoplados al tubo (7) de la pieza principal, y donde la cabeza de corte (2) se sustituye por la tapa (4) y el émbolo (5) con otros medios sellantes acoplados al agujero (18) en la pared del eje (15) del émbolo (5);

c) realizar el ensayo de gases de la muestra de roca mediante el dispositivo de la reivindicación 1 que comprende la pieza principal (1), la tapa (4) y el émbolo (5).

17. Método según la reivindicación 16 caracterizado porque el ensayo es un ensayo de gases sin tensión mecánica de compresión con el émbolo (5) del dispositivo fijado a la tapa (4) mediante unos medios de fijación (17).

18. Método según la reivindicación 16 caracterizado porque el ensayo es un ensayo de gases con tensión mecánica de compresión mediante el dispositivo de la reivindicación 1 y 2 que comprende la pieza principal (1), la tapa (4), el émbolo (5) liberado respecto a la tapa (4) y la pieza de asentamiento (6).