MAQUINA DE PERFORAC ION CON CARGADOR DE VASTAGO DE PERFORACION Y TUBO DE PROTECCION DE TIPO CARRUSEL.

Máquina de perforación de pozos que comprende un cuerpo de máquina con un mástil (M) equipado con una o más cabezas (R1,

R2) operativas giratorias con cabezales (Q1, Q2) para la rotación descendente del módulo (A) de vástago de perforación y módulo (T) de tubo de protección, y al menos un cargador (C) de carrusel de dichos módulos (A) de vástago de perforación y módulos (T) de tubo de protección, en la que uno de dichos módulos (A) de vástago de perforación se inserta dentro de cada uno de dichos módulos (T) de tubo de protección en una posición sustancialmente coaxial, caracterizada porque dicho cargador (C) comprende: una plataforma (S) inferior, sobre la que dichos módulos (A) de vástago de perforación y dichos módulos (T) de tubo de protección se apoyan directa o indirectamente en una posición sustancialmente perpendicular a la misma; uno o más actuadores (S2) para llevar dicha plataforma (S) a una posición sustancialmente horizontal; una pluralidad de barras u horquillas o manguitos (Z), o asientos en general, adecuados para inducir la transferencia hacia delante de dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación correspondientes con respecto a dicha plataforma (S), reteniéndose dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación correspondientes en una posición sustancialmente vertical, estando dichos asientos (Z) unidos de manera sólida a una o más cintas o cadenas (N, Ns) que se deslizan entre 1, 2 o más pasadores o árboles (C1, C2) de tensado unidos de manera sólida a dicha plataforma (S), y en la que la rotación de dichos pasadores o árboles (C1, C2) induce directa o indirectamente el movimiento de deslizamiento de dichas cintas o cadenas (N, Ns) y la traslación de dichas barras u horquillas o manguitos (Z), o asientos en general, y por tanto de dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación que lleva la misma

Esta patente se refiere a máquinas de perforación, particularmente para sistemas de energía geotérmica, y especialmente se refiere a una máquina de perforación de pozos, con un nuevo cargador de vástago de perforación y tubo de protección de tipo carrusel. 10

Cada vez se usan más los sistemas de energía geotérmica, que aprovechan el calor endógeno del planeta que, además de ser absorbido por la tierra, también es absorbido por las aguas subterráneas y por consiguiente puede aprovecharse en sistemas de energía geotérmica. 15

Los sistemas de energía geotérmica de baja y alta entalpía requieren insertar una o más sondas de calor geotérmicas de manera profunda en la tierra para el intercambio de calor, y conectarlas a un tanque o instalación exterior, tal como una turbina o una bomba de calor. 20

Cuando se usan para calentar edificios civiles o industriales, en particular, tales sistemas de energía geotérmica se instalan generalmente dentro de los edificios y en zonas residenciales, y la perforación debe realizarse en jardines adyacentes. 25

Por tanto, el intercambio de calor con la tierra y/o con las aguas subterráneas tiene lugar por medio de dichas sondas de calor geotérmicas, que se instalan en pozos preparados de manera adecuada con un diámetro de aproximadamente 10 cm.

Las sondas de calor geotérmicas conocidas consisten en 30 tubos gemelos, uno para el flujo descendente y uno para el flujo de retorno, preferiblemente unidos entre sí para formar un circuito cerrado en forma de U. El número de sistemas de energía geotérmica instalados está aumentando enormemente, y en algunos países incluso se prefieren a los sistemas de 35

calentamiento de gas metano o gasóleo habituales.

Uno de los factores que dificultan la difusión a gran escala de sistemas de este tipo es el alto coste de la perforación, y particularmente los costes relativos al equipo de perforación y a la mano de obra. 5

Para perforar tales pozos para la instalación de sondas de calor, la maquinaria de perforación implicada se equipa con una herramienta de perforación unida al cuerpo de máquina por medio de un vástago de perforación específico.

Dicho vástago de perforación es hueco y consiste en 10 varios módulos tubulares huecos (llamados en adelante módulos de vástago) con juntas roscadas, es decir, que se enroscan entre sí.

Los módulos que comprenden dicho vástago de perforación son cada uno de aproximadamente 2-4 metros de largo y se 15 enroscan progresivamente entre sí a medida que avanza el trabajo de perforación.

Para completar la perforación en suelos no rocosos, también es necesario usar tubos de protección para soportar las paredes del pozo durante el proceso de perforación. 20

Dichos tubos de protección tienen casi el mismo diámetro que el pozo que está perforándose y se introducen progresivamente en la tierra a medida que avanza la perforación.

Dichos tubos de protección, como los vástagos de 25 perforación, también consisten en varios módulos de revestimiento unidos entre sí por medio de acoplamientos roscados, es decir, se enroscan entre sí. De manera más precisa, cada módulo de vástago de perforación se inserta dentro de un módulo de tubo de protección correspondiente y, a 30 medida que avanza la perforación, dicho módulo de tubo de protección y el módulo de vástago de perforación que contiene se introducen simultáneamente en la tierra.

La herramienta de perforación está inicialmente conectada al cuerpo de máquina por medio del primer módulo de 35

vástago de perforación, insertado en el primer módulo de tubo de protección correspondiente.

La máquina de perforación realiza la perforación imponiendo un movimiento giratorio descendente en dicho módulo de vástago de perforación, y por consiguiente también en la 5 herramienta de perforación.

Cuando el pozo se ha perforado hasta una profundidad tal que dicho módulo de vástago de perforación se ha introducido casi completamente en la tierra, el proceso de perforación se interrumpe y tienen que conectarse otro módulo de vástago de 10 perforación y otro módulo de tubo de protección antes de que la perforación pueda continuar.

Este procedimiento se repite hasta que la herramienta de perforación llega a la profundidad requerida, es decir, hasta que la profundidad del pozo perforado llega al nivel 15 especificado.

El procedimiento de ensamblaje de vástago de perforación y tubo de protección se completa de forma manual por uno o más operarios.

Algunas máquinas de perforación conocidas están 20 equipadas con medios especiales para cargar los módulos de vástago de perforación solas, usando sistemas de brazo mecánico que toman un módulo y lo alinean con el módulo ya introducido en la tierra.

Se conocen máquinas de perforación con cargadores de 25 tipo depósito, con o sin brazos mecánicos adicionales para colocar sólo los módulos de vástago de perforación, que no pueden combinarse con los tubos de protección.

El documento EP 0 379 187 da a conocer una máquina de perforación como en el preámbulo de la reivindicación 1 30

El principal objeto de la presente patente es una máquina de perforación de pozos con nuevos medios de tipo carrusel para cargar tanto los vástagos de perforación como los tubos de protección.

El principal objetivo técnico de la presente invención 35

es la perforación de pozos, por ejemplo, para la instalación de sondas de calor geotérmicas, en terrenos no rocosos.

Otro objeto de la presente invención es automatizar el proceso de carga tanto de los vástagos de perforación como de los tubos de protección. 5

Otro objeto de la presente invención es automatizar el proceso de ajuste de la posición dentro del cargador tanto de los vástagos de perforación como de los tubos de protección, que se extraen de la tierra al final del proceso de perforación. 10

Otro objeto de la presente invención es limitar las emisiones de ruido y por consiguiente la contaminación acústica producida durante las operaciones de perforación de pozos.

Una de las ventajas de la presente invención radica en 15 que también puede usarse en espacios restringidos porque tiene forma compacta y es de tamaño limitado.

Otra ventaja de la presente invención es que su uso requiere sólo un operario, reduciendo de ese modo los costes de mano de obra. 20

Otra, no necesariamente la última, ventaja de la presente invención radica en una reducción del tiempo que se tarda en llevar los vástagos de perforación y los tubos de protección a su posición y por consiguiente en el tiempo que se tarda en completar el proceso de perforación. 25

Estos y otros objetos directos y complementarios se consiguen mediante la nueva máquina de perforación de pozos, por ejemplo, para la instalación de sistemas de energía geotérmica, en terrenos no rocosos con un nuevo cargador de vástago de perforación y tubo de protección de tipo carrusel. 30

La nueva máquina de perforación consiste principalmente en un cuerpo de máquina compacto con ruedas, preferiblemente de tipo oruga, y comprende al menos un mástil con al menos una cabeza operativa móvil, y dispositivos para tomar y colocar vástagos de perforación y tubos de protección, y al menos un 35

cargador de tipo carrusel de los módulos que comprenden dichos vástagos de perforación y de los módulos que comprenden dichos tubos de protección.

De manera más precisa, la nueva máquina de perforación comprende al menos una cabeza operativa principal para imponer 5 un movimiento giratorio descendente en dicho módulo de vástago de perforación y que comprende al menos un cabezal para acoplarse con el extremo superior de dicho módulo de vástago de perforación.

La nueva máquina de perforación también comprende una 10 cabeza operativa auxiliar adicional, situada debajo de dicha cabeza operativa principal, con al menos un cabezal para acoplarse con el extremo superior del módulo de tubo de protección, en la que dicha cabeza operativa auxiliar mantiene dicho módulo de tubo de protección centrado con dicho vástago 15 de perforación y en una posición alineada con la dirección en la que está perforándose el pozo....

1. Máquina de perforación de pozos que comprende un cuerpo de máquina con un mástil (M) equipado con una o más cabezas (R1, R2) operativas giratorias con cabezales (Q1, Q2) para la rotación descendente del módulo (A) de 5 vástago de perforación y módulo (T) de tubo de protección, y al menos un cargador (C) de carrusel de dichos módulos (A) de vástago de perforación y módulos (T) de tubo de protección, en la que uno de dichos módulos (A) de vástago de perforación se inserta dentro 10 de cada uno de dichos módulos (T) de tubo de protección en una posición sustancialmente coaxial, caracterizada porque dicho cargador (C) comprende:

 una plataforma (S) inferior, sobre la que dichos módulos (A) de vástago de perforación y dichos 15 módulos (T) de tubo de protección se apoyan directa o indirectamente en una posición sustancialmente perpendicular a la misma;

 uno o más actuadores (S2) para llevar dicha plataforma (S) a una posición sustancialmente 20 horizontal;

 una pluralidad de barras u horquillas o manguitos (Z), o asientos en general, adecuados para inducir la transferencia hacia delante de dichos módulos (T) de tubo de protección y 25 módulos (A) de vástago de perforación correspondientes con respecto a dicha plataforma (S), reteniéndose dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación correspondientes en una posición 30 sustancialmente vertical, estando dichos asientos (Z) unidos de manera sólida a una o más cintas o cadenas (N, Ns) que se deslizan entre 1, 2 o más pasadores o árboles (C1, C2) de tensado unidos de manera sólida a dicha 35

plataforma (S), y en la que la rotación de dichos pasadores o árboles (C1, C2) induce directa o indirectamente el movimiento de deslizamiento de dichas cintas o cadenas (N, Ns) y la traslación de dichas barras u horquillas o 5 manguitos (Z), o asientos en general, y por tanto de dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación que lleva la misma.

2. Máquina de perforación según la reivindicación 1, 10 caracterizada porque comprende al menos dos de dichas cabezas (R1, R2) operativas giratorias con fines de perforación, en la que al menos una cabeza (R1) operativa principal es para recoger y/o devolver dicho módulo (A) de vástago de perforación a una posición (X) 15 de toma dada dentro del cargador (C), y al menos otra de dichas cabezas (R2) operativas situadas por debajo de dicha cabeza (R1) operativa principal, es para recoger y/o devolver dicho módulo (T) de tubo de protección a la misma dicha posición (X) de toma dentro del cargador 20 (C), y en la que dichas cabezas (R1, R2) operativas mantienen dicho módulo (A) de vástago de perforación y módulo (T) de tubo de protección centrados entre sí.

3. Máquina de perforación según la reivindicación 2, caracterizada porque cada una de dichas cabezas (R1, R2) 25 operativas está unida de manera sólida a al menos un carro (M1) que se desliza horizontalmente a lo largo de carriles (M2), que a su vez se deslizan verticalmente de manera ascendente y descendente por dicho mástil (M), de modo que dichas cabezas (R1, R2) operativas pueden 30 transferirse desde una posición (K), en la que están centradas con el pozo que está perforándose, hasta una posición (Y), en la que están centradas con dicha posición (X) de toma, y viceversa.

4. Máquina de perforación según las reivindicaciones 2, 3, 35

caracterizada porque comprende al menos un dispositivo o pinza (P), para sujetar dichos módulos (A) de vástago de perforación y/o dichos módulos (T) de tubo de protección, que engancha y retiene dicho módulo (A) de vástago de perforación y/o dicho módulo (T) de tubo de 5 protección en dicha posición (X) de toma durante el enroscado/desenroscado del cabezal (Q1) o (Q2) en la cabeza (R1) o (R2) operativa correspondiente.

5. Máquina de perforación según la reivindicación 4, caracterizada porque dicha pinza (P) comprende un 10 cilindro (P1) en el que están articuladas al menos un par de mordazas (G1, G2) para agarrar y retener dicho módulo (A) de vástago de perforación y/o dicho módulo (T) de tubo de protección en al menos un punto (G3), y en la que dichas mordazas (G1, G2) son móviles, es 15 decir, se abren y cierran por medio de dicho cilindro (P I).

6. Máquina de perforación, según las reivindicaciones 4, 5, caracterizada porque dichas mordazas (G1, G2) tienen una superficie de contacto cóncava con las paredes de dichos 20 módulos (A) de vástago de perforación y/o módulos (T) de tubo de protección que tiene al menos dos curvaturas (V1, V2) diferentes, al menos una de las cuales tiene un radio de curvatura similar al radio de la sección transversal circular del módulo (T) de tubo de 25 protección, y al menos otra de las cuales tiene un radio de curvatura similar al radio de la sección transversal circular del módulo (A) de vástago de perforación.

7. Máquina de perforación según las reivindicaciones 4, 5, 6, caracterizada porque dicha pinza (P) se mueve en una 30 dirección paralela a dichos módulos (A) de vástago de perforación y/o módulos (T) de tubo de protección insertados en el cargador (C) para agarrar o bien dicho módulo (A) de vástago de perforación - en la proximidad de su extremo (A1) macho, que se extiende desde el 35

módulo (T) de tubo de protección correspondiente en la que dicho módulo (A) de vástago de perforación se inserta - o dicho módulo (T) de tubo de protección.

8. Máquina de perforación según la reivindicación 7, caracterizada porque dicha pinza (P) comprende medios 5 (P3) de soporte móviles específicos conectados a pistones (P5) y/o que se deslizan sobre carriles (P4) sobre montantes (P6) conectados de manera sólida a dicho cargador (C).

9. Máquina de perforación según las reivindicaciones 2, 3, 10 4, caracterizada porque, tras la recogida de dicho módulo (A) de vástago de perforación y/o módulo (T) de tubo de protección desde dicho cargador (C), dichas cintas o cadenas (N, Ns) se deslizan hacia delante, moviendo de ese modo los tubos (T) de protección y 15 vástagos (A) correspondientes para llevar otro módulo (T) de tubo de protección y vástago (A) correspondientes a dicha posición (X) de toma.

10. Máquina de perforación según las reivindicaciones 2, 3, 4, 9, caracterizada porque, tras devolver al menos uno 20 de dichos módulos (A) de vástago de perforación y/o módulos (T) de tubo de protección en línea con dicha posición (X) de toma en el cargador (C), dichas cintas o cadenas (N, Ns) se trasladan de manera deslizante para llevar una horquilla o manguito (Z), o asiento en 25 general, que está vacío o contiene sólo un módulo (A) de vástago de perforación a dicha posición (X) de toma.

11. Máquina de perforación según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho cargador (C) de carrusel comprende un armazón (I) de contención exterior 30 que proporciona soporte lateral a dichos módulos (T) de tubo de protección y módulos (A) de vástago de perforación.

12. Máquina de perforación según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho armazón (I) de 35

contención exterior comprende uno o más anillos o paredes (I1) de contención lateral y uno o más montantes (I2) de soporte.

13. Máquina de perforación según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende uno o más 5 planos o placas (D) de soporte con, en la superficie superior, una pluralidad de postes (W) unidos de manera sólida, cada uno de los cuales es adecuado para soportar uno de dichos módulos (A) de vástago de perforación con su módulo (T) de tubo de protección correspondiente, y 10 para sujetarlos en una posición sustancialmente vertical, y en la que dichos planos o placas (D) de soporte incluyen uno o más medios (D1) por debajo para permitir el deslizamiento en la superficie (S1) superior de dicha plataforma (S). 15

14. Máquina de perforación según la reivindicación 13, caracterizada porque dichos medios (D1) de deslizamiento son de un material sintético con resistencia mecánica y resistencia al desgaste excelentes.

15. Máquina de perforación según la reivindicación 13, 20 caracterizada porque cada uno de dichos postes (W) incluye al menos una zona de sección (W1) transversal agrandada, o al menos un saliente, situada en la parte central del poste (W), para soportar el extremo inferior de dicho módulo (A) de vástago de perforación en una 25 posición más alta que el módulo (T) de tubo de protección correspondiente en el que se inserta dicho módulo (A) de vástago de perforación.