APARATO Y MÉTODO PARA CONJUNTO DE PERFORACIÓN DIRIGIDA HORIZONTAL MODIFICADO.

Aparato y método para conjunto de perforación dirigida horizontal modificado Esta invención se refiere, en general, a conjuntos y métodos para la perforación subsuperficial, y particularmente a conjuntos y métodos para la perforación subsuperficial vertical y dirigida horizontal. Se conoce usar un equipo de perforación vertical en la perforación de pozo de petróleo, gas y metano del lecho de carbón. Los equipos de perforación vertical convencionales usan un tubo de perforación o collares de perforación pesados con el fin de ejercer una fuerza hacia abajo sobre la barrena de perforación a medida que se introduce en la superficie de la tierra y comienza la perforación de pozo. A medida que la barrena de perforación del equipo de perforación vertical convencional perfora más profundo por debajo de la superficie de la tierra, algunas veces es necesario aplicar fuerza en la dirección opuesta de la dirección de perforación (fuerza de retirada) con el fin de evitar colocar demasiado peso sobre la barrena de perforación y provocar el daño o fallo de la barrena de perforación. También se conoce perforar pozos de petróleo, gas y metano inicialmente en una dirección vertical y luego desviar o girar la perforación de pozo en incrementos hacia una dirección horizontal a medida que la barrena de perforación alcanza la formación objetivo. Entonces se continúa el orificio de perforación en la dirección horizontal una distancia. Este método expone un mayor volumen de la formación de producción de petróleo, gas y metano a la perforación de pozo y produce un pozo de producción superior y más larga. Con el fin de convertir un equipo de perforación vertical para conseguir la perforación de combinación vertical-horizontal, es necesario acondicionar el equipo de perforación vertical con un accionamiento superior adaptado para ajustarse en la estructura de torre de perforación y proporcionar una fuerza rotacional al tubo de perforación, en lugar de sólo una mesa rotatoria y barra Kelly. Convencionalmente, se fija una mesa rotatoria al suelo o base de equipo de perforación de manera que no suba ni baje con el tubo de perforación. Una pieza redonda ranurada pesada del tubo de perforación denominado barra Kelly se desliza a través de la abertura de mesa rotatoria y se conecta al tubo de perforación o revestimiento. Las llaves que se acoplan con la barra Kelly confieren el par de torsión al tren de tubos de perforación y permiten que la barra Kelly se levante y baje a través de la abertura de mesa rotatoria. El accionamiento superior también proporciona fuerzas de empuje y de retirada que se necesitan mientras se perfora en la dirección horizontal. Sin embargo, las distancias de los recorridos horizontales producidos por dispositivos y métodos convencionales están limitadas por la capacidad del accionamiento superior para aplicar fuerzas de empuje y de retirada al tubo de perforación. Los diámetros de los recorridos horizontales también están limitados por la capacidad para aplicar las fuerzas de empuje y de retirada al tubo de perforación. También se conoce usar una variación del método de perforación vertical-horizontal descrito anteriormente que se denomina perforación inclinada. En la perforación inclinada, un equipo de perforación vertical de petróleo, gas y metano se acondiciona de manera que la torre de perforación está dispuesta en un ángulo, por ejemplo, de 45º a 60º con respecto a la horizontal. Un accionamiento superior aplica las fuerzas rotacionales, de empuje y de retirada al tubo de perforación. Se conoce además usar equipos de perforación comúnmente conocidos como SuperSingle para aplicaciones de perforación subsuperficial referentes al petróleo, gas y metano. Los equipos de perforación SuperSingle utilizan longitudes de tubo de perforación de rango III más largas que son de 13,7 m. (45 pies) de longitud. Por tanto, los equipos de perforación SuperSingle reducen el número de conexiones de junta de herramienta que se requiere realizar durante una operación de perforación subsuperficial. Por consiguiente, el proceso de perforación puede completarse más rápidamente. Los equipos SuperSingle utilizan un accionamiento superior para rotar el tubo de perforación, para proporcionar el empuje necesario para que la barrena de perforación corte y para controlar el direccionamiento del conjunto de corte. Los equipos SuperSingle convencionales incluyen unidades de accionamiento superior que tienen capacidad de empuje limitada y capacidad de torsión rotativa limitada. Por tanto, las distancias horizontales y el diámetro del orificio de perforación que pueden lograrse usando un equipo SuperSingle son limitadas. Todavía adicionalmente, los equipos de perforación convencionales incluyen unidades de potencia que están separadas del aparato de perforación y por tanto requieren múltiples cargamentos para transportar el equipo de perforación. Los conjuntos de perforación de petróleo, gas y metano convencionales no están sujetados al suelo para aumentar las especificaciones de rendimiento. En su lugar, los equipos de perforación convencionales usan su propio peso para controlar las especificaciones de rendimiento de máquina. Como resultado, las máquinas de perforación convencionales son muy pesadas y requieren múltiples cargamentos para su transporte. Los equipos de perforación de petróleo, gas y metano convencionales también usan collares de perforación pesados en el tren de tubos de perforación con el fin de proporcionar la fuerza de empuje al tubo de perforación y un sistema de cable y cabrestante que proporcionar la fuerza de retirada. Sin embargo, los collares de perforación pesados no son eficaces en la dirección horizontal. Algunos equipos de perforación de petróleo, gas y metano convencionales usan cilindros hidráulicos para proporcionar las fuerzas de empuje y de retirada. Además, las máquinas de petróleo, gas y metano convencionales con frecuencia dañan el extremo roscado de una sección del tren de perforación cuando el accionamiento superior o mesa rotatoria se acopla con el extremo roscado de la sección del tren de perforación. Todavía adicionalmente, los conjuntos de perforación convencionales no incluyen un conjunto de casquillo de guiado de tubo de perforación rodante adaptado para reducir el desgaste y daño al tren de tubos de perforación. Los 2   conjuntos de perforación convencionales no incluyen cuñas de tubo de perforación automatizadas adaptadas para reducir la cantidad de tiempo requerido para realizar operaciones de composición y descomposición en el tubo de perforación y/o juntas de herramienta de revestimiento. Los conjuntos de perforación convencionales no incluyen brazos de manipulación de tubo adaptados para clavarse a la subestructura para su fácil extracción durante el transporte. Los conjuntos de perforación convencionales no incluyen un sistema de transporte por cremallera y piñón positivo (accionamiento superior) que está adaptado para proporcionar fuerzas de empuje y de retirada al tren de tubos de perforación y eliminar la necesidad de cables, cabrestantes, cilindros hidráulicos, sistemas de cadenas y similares que proporcionan fuerzas de este tipo. Los conjuntos de perforación convencionales tampoco incluyen un subconjunto de husillo de cuña que está incorporado al sistema de accionamiento superior y adaptado para reducir el daño y desgaste al tubo de perforación o filete de revestimiento. Documento de la técnica anterior más próxima El documento US 2002/117336 da a conocer un aparato de perforación accionado por una unidad de potencia, y el aparato de perforación tiene un revestimiento de pozo sujetado en el suelo en el inicio de una operación de perforación. Un mástil está montado de manera pivotante sobre una plataforma y está adaptado para moverse mediante un ariete hidráulico entre una posición horizontal y una posición de perforación inclinada o vertical. Un cabezal de perforación está montado de manera deslizante sobre el mástil y está adaptado para aplicar fuerzas rotacionales, de empuje y de retirada a una barra de perforación durante una operación de perforación. El documento US 5794723 da a conocer un equipo de perforación portátil montado sobre un camión. El equipo de perforación se acciona mediante una unidad de potencia, y el equipo de perforación se mantiene estable mediante gatos. El equipo tiene un mástil que está montado de manera pivotante sobre un bastidor y está adaptado para moverse entre una posición horizontal y una posición inclinada o vertical mediante un cilindro hidráulico. Una disposición de cabezal de perforación está montada de manera deslizante sobre el mástil. Por tanto, sería deseable poder proporcionar un conjunto de perforación que produjera una capacidad aumentada para fuerzas rotacionales, de... [Seguir leyendo]

1. Conjunto (30) de perforación dirigida horizontal modificado para perforar con un tubo en una superficie de perforación, comprendiendo dicho conjunto de perforación una unidad (32, 34) de potencia para suministrar potencia al conjunto (30) de perforación; un bastidor (42) de empuje adaptado para moverse entre una posición sustancialmente paralela a la superficie de perforación y una posición sustancialmente perpendicular a la superficie de perforación; unos medios (44) para mover el bastidor (42) de empuje; un conjunto (40) de transporte y rotatorio montado sobre el bastidor (42) de empuje, estando dicho conjunto (40) de transporte y rotatorio adaptado para aplicar fuerzas rotacionales, de empuje y de retirada al tubo (100) de perforación; y un sistema (115) de sujeción; en el que el conjunto (30) de perforación está adaptado para perforar con el tubo en la superficie de perforación en cualquier ángulo en relación con la superficie de perforación entre sustancialmente paralelo a la superficie de perforación y sustancialmente perpendicular a la superficie de perforación, caracterizándose el conjunto (30) de perforación porque el sistema (115) de sujeción comprende una sujeción (120) de placa basculante, una barra (122) de sujeción y un cilindro (124) hidráulico de sujeción. 2. Conjunto de perforación según la reivindicación 1, en el que la unidad de potencia comprende al menos dos unidades (32, 34) de potencia independientes unidas al conjunto (30). 3. Conjunto de perforación según la reivindicación 2, en el que el conjunto (30) de perforación está adaptado para funcionar a plena capacidad a la mitad de la velocidad usando una (32) de dichas al menos dos unidades de potencia independientes en el caso de que una o más de la otra (34) de dichas al menos dos unidades de potencia independientes no esté en funcionamiento. 4. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, en el que el bastidor (42) de empuje está conectado de manera pivotante al conjunto (30). 5. Conjunto de perforación según la reivindicación 4, en el que el bastidor (42) de empuje está conectado de manera pivotante al conjunto (30) mediante una bisagra (70) doble que tiene al menos dos puntos de pivote. 6. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, en el que el bastidor (42) de empuje está adaptado para moverse a través de al menos aproximadamente 90º con relación a la superficie de perforación. 7. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, en el que los medios para mover el bastidor (42) de empuje son un cilindro (44) hidráulico de bastidor. 8. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, en el que el conjunto (40) de transporte y rotatorio es un sistema de transporte por cremallera y piñón positivo que comprende una caja (140) de engranajes planetarios de accionamiento de transporte; un motor (142) de accionamiento de transporte; una caja (144) de engranajes planetarios de caja de engranajes rotatorios; un motor (146) hidráulico de caja de engranajes rotatorios; y un subconjunto (150) de husillo de cuña telescópico. 9. Conjunto de perforación según la reivindicación 8, en el que el subconjunto (150) de husillo de cuña telescópico comprende un husillo (148) de salida de caja de engranajes rotatorios; un manguito (154) de accionamiento; un alojamiento (156); un extremo (158) de entrada de husillo de cuña; y un extremo (160) de salida de husillo de cuña. 10. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un conjunto (50) de llave de descomposición. 11. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un conjunto (60) de casquillo de guiado de tubo de perforación. 12. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además una subestructura (80). 13. Conjunto de perforación según la reivindicación 12, que comprende además un gato (110) de nivelación montado en la subestructura (80). 14. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un conjunto (85) de cuña de revestimiento. 15. Conjunto de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un manipulador 12   (90) de tubo de perforación y de revestimiento y unos medios (92) para mover el manipulador de tubo de perforación y de revestimiento. 16. Conjunto de perforación según las reivindicaciones 12 y 15, en el que el manipulador (90) de tubo de perforación y de revestimiento está conectado de manera desmontable a la subestructura (80) mediante una conexión de pasador. 17. Conjunto de perforación según la reivindicación 15 ó 16, en el que los medios para mover el manipulador (90) de tubo de perforación y de revestimiento son un accionador (92) hidráulico. 18. Conjunto (230) de perforación según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un sistema (280) de puntal ancho. 19. Método para perforar con un tubo en una superficie de perforación; comprendiendo dicho método: proporcionar un conjunto de perforación dirigida horizontal modificado, comprendiendo dicho conjunto de perforación una unidad (32, 34) de potencia para suministrar potencia al conjunto (30) de perforación; un bastidor (42) de empuje adaptado para moverse entre una posición sustancialmente paralela a la superficie de perforación y una posición sustancialmente perpendicular a la superficie de perforación; unos medios (44) para mover el bastidor (42) de empuje; un conjunto (40) de transporte y rotatorio montado sobre el bastidor (42) de empuje, estando dicho conjunto (40) de transporte y rotatorio adaptado para aplicar fuerzas rotacionales, de empuje y de retirada al tubo (100) de perforación; y un sistema (115) de sujeción que comprende una sujeción (120) de placa basculante, una barra (122) de sujeción y un cilindro (124) hidráulico de sujeción; en el que el conjunto (30) de perforación está adaptado para perforar con el tubo en la superficie de perforación en cualquier ángulo en relación con la superficie de perforación entre sustancialmente paralelo a la superficie de perforación y sustancialmente perpendicular a la superficie de perforación; sujetar el conjunto (30); colocar un tubo (100) de perforación sobre el conjunto (30) de perforación; mover el bastidor (42) de empuje a un ángulo de perforación deseado; mover el conjunto (40) de transporte y rotatorio en contacto directo con el tubo (100) de perforación; aplicar fuerzas rotacionales, de empuje y de retirada al tubo (100) de perforación; y perforar con el tubo en la superficie de perforación. 20. Método según la reivindicación 19, que comprende además la etapa de nivelar el conjunto (30). 13   14     16   17   18   19     21   22   23   24     26