Un dispositivo para canalizar sólidos y fluidos en el interior de una barrena de circulación inversa accionada por fluido,

teniendo la barrena (1) extremos primero y segundo (1a, 1b) y un eje (AD) que se extiende entre los extremos e incluye una cubierta (2), teniendo la cubierta un taladro longitudinal central (2a) que se extiende generalmente entre los extremos primero y segundo (1a, 1b) de la barrena y una cámara (CD) de accionamiento y una cámara (CV) de accionamiento de la válvula, definidas cada una en el interior del taladro (2a), y un pistón (3) dispuesto de forma amovible en el interior del taladro (2a) de la cubierta, comprendiendo el dispositivo para canalizar: un cuerpo alargado (12) que puede estar dispuesto, al menos parcialmente, en el interior del taladro (2a) de la cubierta, de forma que se extiende generalmente a lo largo del eje (AD) de la barrena y a través del taladro (3a) del pistón, teniendo el cuerpo (12) un eje longitudinal central (AB), un primer extremo (12a) que puede ubicarse generalmente proximal al primer extremo (1a) de la barrena, un segundo extremo (12b) separado axialmente del primer extremo (12a) y que puede ubicarse generalmente proximal al segundo extremo (1b) de la barrena, un conducto (14) de transporte de material que se extiende de forma axial entre los extremos primero y segundo (12a, 12b) del cuerpo y proporciona un recorrido para mover materiales sólidos a través de la barrena (1), y un conducto (16) de fluido configurado para acoplar de forma fluida las cámaras (CV, CD) de la válvula y de accionamiento; caracterizado porque la cubierta (2) tiene, además, una cámara (CS) de suministro de fluido y la barrena (11) incluye, además, un distribuidor (5) de fluido dispuesto en el interior de la cubierta (2) y que tiene al menos un conducto (5a) de suministro que acopla de forma fluida la cámara (CS) de suministro y la cámara (CD) de accionamiento, y una válvula (6) dispuesta de forma amovible en el interior de la cubierta (2), de forma que limita, al menos parcialmente, la cámara (CV) de la válvula y puede hacer contacto con el distribuidor (5), estando configurada la válvula (6) para controlar el flujo a través del conducto (5a) de suministro y siendo desplazable entre posiciones cerrada y abierta; y el conducto (16) de fluido del cuerpo está configurado para dirigir fluido desde la cámara (CD) de accionamiento a la cámara (CV) de la válvula, de forma que se desplaza la válvula (6) hacia la posición cerrada y para dirigir, de forma alternativa, el fluido desde la cámara (CV) de la válvula hasta uno de entre la cámara (CD) de accionamiento y el taladro (3a) del pistón para al menos facilitar el movimiento de la válvula (6) hacia la posición abierta

La presente invención versa acerca de barrenas de perforación en fondo, y más en particular acerca de dispositivos de toma de muestras para barrenas de circulación inversa de perforación en fondo.

Las barrenas de circulación inversa de perforación en fondo son conocidas y operan básicamente, como otras barrenas de percusión, mediante fluido a alta presión (por ejemplo, aire comprimido) que es dirigido de forma apropiada para dotar de un movimiento de vaivén a un pistón para impactar de forma reiterada contra un trépano, teniendo el trépano una pluralidad de insertos de corte utilizados para cortar o taladrar a través de materiales tales como tierra y rocas. En general, estas barrenas accionadas con fluido tienen una cámara de accionamiento en la que se dirige el fluido a alta presión para accionar el pistón desde una posición inicial para impactar contra el trépano. Además, normalmente se proporciona una válvula para controlar el flujo de fluido de percusión al interior de la cámara para operar el pistón.

A diferencia de otras barrenas de percusión de perforación en fondo, las barrenas de circulación inversa incluyen normalmente un tubo de toma de muestras o de recogida de material que se extiende centralmente a través de la barrena entre los extremos superior e inferior de la barrena. Además, las barrenas de circulación inversa están construidas de forma apropiada para dirigir el fluido “de evacuación” desde la cámara de accionamiento hacia abajo y hacia fuera en torno al perímetro de la cara inferior del trépano, que fluye subsiguientemente de forma radial y hacia dentro a través de la cara inferior del trépano. Según fluye el fluido a través de la cara inferior del trépano, las partículas sólidas (por ejemplo, pedazos de roca, tierra, etc.) son arrastradas en el flujo de fluido, y son transportadas subsiguientemente con el flujo de fluido según entra el flujo en uno o más orificios en la cara del trépano, fluyendo a partir de entonces al tubo de recogida para ser transportadas hacia arriba y saliendo por el extremo superior de la barrena.

En la publicación US 4.819.746 de la técnica anterior más cercana se da a conocer una barrena de percusión de circulación inversa de perforación en fondo. La referida barrena de percusión de perforación en fondo comprende un pistón accionado por fluido que tiene un movimiento de vaivén en una cámara anular para golpear de forma reiterada un trépano suspendido en un extremo de la cámara. Se evacua fluido a través del trépano directamente a la cara del trépano y un taladro pasante central devuelve esquirlas y detritos en el trépano y en el aparato de taladro a la superficie.

Resumen de la invención

Según la presente invención se proporciona un dispositivo para canalizar sólidos y fluidos en el interior de una barrena de circulación inversa accionada por fluido, teniendo la barrena extremos primero y segundo y un eje que se extiende entre los extremos e incluye una cubierta, teniendo la cubierta un taladro longitudinal central que se extiende generalmente entre los extremos primero y segundo de la barrena y una cámara de accionamiento y una cámara de accionamiento de la válvula, definidas cada una en el interior del taladro y un pistón dispuesto de forma amovible en la perforación de la cubierta, comprendiendo el dispositivo para canalizar: un cuerpo alargado que puede estar dispuesto, al menos parcialmente, en el interior del taladro de la cubierta, de forma que se extienda generalmente a lo largo del eje de la barrena y a través del taladro del pistón, teniendo el cuerpo longitudinal central, un primer extremo que puede ubicarse generalmente proximal al primer extremo de la barrena, un segundo extremo separado axialmente del primer extremo y generalmente proximal al segundo extremo de la barrena, un conducto de transporte de material que se extiende entre los extremos primero y segundo del cuerpo y que proporciona un recorrido para mover sólidos a través de la barrena, y un conducto de fluido configurado para acoplar de forma fluida las cámaras de la válvula y de accionamiento en el que:

la cubierta tiene, además, una cámara de suministro de fluido y la barrena incluye, además, un distribuidor de fluido dispuesto en el interior de la cubierta y que tiene al menos un conducto de suministro que acopla de forma fluida la cámara de suministro y la cámara de accionamiento, y una válvula dispuesta de forma amovible en el interior de la cubierta, de forma que limita, al menos parcialmente, la cámara de la válvula y que puede hacer contacto con el distribuidor, estando configurado la válvula para controlar el flujo a través del conducto de suministro y siendo desplazable entre posiciones cerrada y abierta; y el conducto de fluido del cuerpo está configurado para dirigir fluido desde la cámara de accionamiento hasta la cámara de la válvula, de forma que se desplaza la válvula hacia la posición cerrada y para dirigir, de forma alternativa, el fluido desde la cámara de la válvula hasta uno de la cámara de accionamiento y el taladro del pistón para facilitar al menos el movimiento de la válvula hacia la posición abierta.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

Se comprenderán mejor el anterior resumen, al igual que la descripción detallada de las realizaciones preferentes de la presente invención, cuando sean leídos junto con los dibujos adjuntos. Con el fin de ilustrar la invención, se muestran en los dibujos, que son esquemáticos, realizaciones que son preferentes en la actualidad. Sin embargo, se debería comprender que la presente invención no está limitada a las disposiciones e instrumentaciones exactas mostradas. En los dibujos:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva parcialmente cortada de una barrena de circulación inversa que tiene un dispositivo para canalizar según la presente invención;

la Fig. 2 es una vista despiezada en perspectiva de los componentes primarios de la barrena de la Fig. 1;

la Fig. 3 es una vista en corte axial de la barrena de la Fig. 1, mostrado dispuesto en el interior de un agujero de trabajo;

la Fig. 4 es una porción cortada muy ampliada de la vista en corte de la Fig. 3, que muestra una porción inferior de la barrena y del dispositivo para canalizar;

la Fig. 5 es una vista en corte axial cortada ampliada de la porción superior de la barrena, que muestra un pistón que se mueve en una segunda dirección ascendente hacia una posición de accionamiento y con una válvula en una posición cerrada;

la Fig. 6 es otra vista de la porción superior de la barrena de la Fig. 5, que muestra la barrena en una posición de accionamiento más elevada y la válvula movida hasta una posición abierta;

la Fig. 7 es otra vista de la porción superior de la barrena de la Fig. 5, que muestra la barrena que se mueve en una primera dirección descendente hacia una posición de golpeo y con la válvula en una posición cerrada;

la Fig. 8 es otra vista de la porción superior de la barrena de la Fig. 5, que muestra a la barrena que se mueve hacia abajo más allá de un orificio de la cámara de accionamiento del dispositivo para canalizar y con la válvula devuelta hasta la posición cerrada;

la Fig. 9 es una vista en corte axial cortada muy ampliada de la barrena, mostrando la mitad superior la válvula en una posición abierta y mostrando la mitad inferior la válvula en una posición cerrada;

la Fig. 10 es una vista ampliada de una porción de la Fig. 9, que muestra la válvula justo antes del movimiento hacia la posición cerrada;

la Fig. 11 es una vista en corte axial del dispositivo para canalizar;

la Fig. 12 es una vista en corte axial cortada muy ampliada de la sección de la superficie de contacto de dos porciones preferentes del cuerpo del dispositivo para canalizar; y

la Fig. 13 es otra vista de la superficie de contacto de la porción del cuerpo de la Fig. 12, que muestra las dos porciones del cuerpo desacopladas.

Descripción detallada de la invención

En la siguiente descripción de utiliza cierta terminología únicamente en aras de la conveniencia y no es limitante. Las expresiones “derecha”, “izquierda”, “inferior”, “superior”, “hacia arriba”, “abajo” y “hacia abajo” designan direcciones en los dibujos a los que se hace referencia. Las expresiones “interno”, “hacia dentro” y “externo”,... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo para canalizar sólidos y fluidos en el interior de una barrena de circulación inversa accionada por fluido, teniendo la barrena (1) extremos primero y segundo (1a, 1b) y un eje (AD) que se extiende entre los extremos e incluye una cubierta (2), teniendo la cubierta un taladro longitudinal central (2a) que se extiende generalmente entre los extremos primero y segundo (1a, 1b) de la barrena y una cámara (CD) de accionamiento y una cámara (CV) de accionamiento de la válvula, definidas cada una en el interior del taladro (2a), y un pistón (3) dispuesto de forma amovible en el interior del taladro (2a) de la cubierta, comprendiendo el dispositivo para canalizar:

un cuerpo alargado (12) que puede estar dispuesto, al menos parcialmente, en el interior del taladro (2a) de la cubierta, de forma que se extiende generalmente a lo largo del eje (AD) de la barrena y a través del taladro (3a) del pistón, teniendo el cuerpo (12) un eje longitudinal central (AB), un primer extremo (12a) que puede ubicarse generalmente proximal al primer extremo (1a) de la barrena, un segundo extremo (12b) separado axialmente del primer extremo (12a) y que puede ubicarse generalmente proximal al segundo extremo (1b) de la barrena, un conducto (14) de transporte de material que se extiende de forma axial entre los extremos primero y segundo (12a, 12b) del cuerpo y proporciona un recorrido para mover materiales sólidos a través de la barrena (1), y un conducto (16) de fluido configurado para acoplar de forma fluida las cámaras (CV, CD) de la válvula y de accionamiento;

caracterizado porque la cubierta (2) tiene, además, una cámara (CS) de suministro de fluido y la barrena

(11) incluye, además, un distribuidor (5) de fluido dispuesto en el interior de la cubierta (2) y que tiene al menos un conducto (5a) de suministro que acopla de forma fluida la cámara (CS) de suministro y la cámara (CD) de accionamiento, y una válvula (6) dispuesta de forma amovible en el interior de la cubierta (2), de forma que limita, al menos parcialmente, la cámara (CV) de la válvula y puede hacer contacto con el distribuidor (5), estando configurada la válvula (6) para controlar el flujo a través del conducto (5a) de suministro y siendo desplazable entre posiciones cerrada y abierta; y

el conducto (16) de fluido del cuerpo está configurado para dirigir fluido desde la cámara (CD) de accionamiento a la cámara (CV) de la válvula, de forma que se desplaza la válvula (6) hacia la posición cerrada y para dirigir, de forma alternativa, el fluido desde la cámara (CV) de la válvula hasta uno de entre la cámara (CD) de accionamiento y el taladro (3a) del pistón para al menos facilitar el movimiento de la válvula

(6) hacia la posición abierta.

2. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que el pistón (3) tiene un extremo (3c) de accionamiento que puede disponerse en el interior de la cámara (CD) de accionamiento y es desplazable de forma lineal a lo largo de una porción del cuerpo alargado (12) entre una posición (PD) de accionamiento, en la que el extremo (3c) de accionamiento está ubicado lo más proximal a la válvula (6), y una posición (PS) de percusión en la que el extremo (3C) de accionamiento está ubicado lo más distal con respecto a la válvula (6); y

el cuerpo alargado (12) tiene una superficie circunferencial externa (18) y el conducto (16) de fluido del cuerpo incluye un orificio (20) de la válvula y un orificio (22) de accionamiento, extendiéndose cada uno hacia dentro desde la superficie externa (18), estando configurado el orificio (20) de la válvula para conectar de forma fluida el conducto (16) de fluido del cuerpo con la cámara (CV) de la válvula, estando configurado el orificio (22) de accionamiento para conectar de forma fluida el conducto (16) de fluido con la cámara (CD) de accionamiento cuando el extremo (3c) de accionamiento del pistón está separado del orificio (22) de accionamiento en una dirección hacia la posición de percusión, estando desacoplado el conducto (16) de fluido de la cámara (CD) de accionamiento cuando el extremo (3c) de accionamiento del pistón está separado del orificio (22) de accionamiento en una dirección hacia la posición (PS) de percusión, de forma que el orificio (22) de accionamiento está dispuesto generalmente en el interior del taladro (3a) del pistón.

3. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que el conducto (16) de fluido del cuerpo está configurado para dirigir fluido desde la cámara (CD) de accionamiento al interior de la cámara (CV) de la válvula, de forma que la válvula (6) es desplazada hacia la posición cerrada cuando el extremo (3c) de accionamiento del pistón se mueve generalmente a través del orificio (22) de accionamiento según se desplaza el pistón (3) hacia la posición (PS) de percusión.

4. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que el conducto (16) de fluido del cuerpo incluye al menos un orificio (20) de la válvula que puede acoplarse de forma fluida con la cámara (CV) de la válvula, separado al menos un orificio (22) de accionamiento de forma axial desde el orificio (20) de la válvula y siendo acoplable de forma fluida con la cámara (CD) de accionamiento, y una porción principal (24) del conducto que se extiende generalmente de forma axial entre el al menos un orificio (20) de la cámara de la válvula y el al menos un orificio (22) de la cámara de accionamiento.

5. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 4, en el que en el cuerpo alargado (12) tiene, además, una superficie externa (18) que se extiende de forma circunferencial en torno al eje (AB) del cuerpo y un par de superficies circunferenciales interna y externa opuestas (26, 28) separadas de forma radial hacia dentro desde

la superficie externa (18) y que definen un espacio generalmente anular (SA), proporcionando el espacio anular (SA) la porción principal (24) del conducto de fluido, extendiéndose cada uno de los orificios (20, 22) de la válvula y de accionamiento generalmente de forma radial a través del cuerpo (12) entre la superficie externa

(18) y la superficie circunferencial interna (26).

6. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que:

la barrena (1) incluye un trépano (7) acoplado de forma amovible con la cubierta (2) y una cabeza trasera (8), teniendo el trépano (7) un extremo externo (7a) dispuesto de forma externa de la cubierta (2), de forma que está separado del primer extremo (2b) de la cubierta, un extremo interno opuesto (7b) dispuesto en el interior del taladro (2a) de la cubierta y que puede hacer contacto con el pistón (3), y un taladro (7c) que se extiende generalmente entre los extremos externo e interno (7a, 7b) del trépano, teniendo la cabeza trasera

(8) un primer extremo (8a) conectado al segundo extremo (2c) de la cubierta, un segundo extremo opuesto (8b) que puede conectarse con una fuente de fluido operativo, y un taladro (8c) que se extiende entre los extremos primero y segundo (8a, 8b) de la cabeza trasera, y el cuerpo alargado (12) está dimensionado de forma que el primer extremo (12a) del cuerpo puede estar dispuesto en el interior del taladro (7c) del trépano, de forma que esté separado de forma axial hacia dentro desde el primer extremo (2b) de la cubierta y el segundo extremo (12b) del cuerpo puede estar dispuesto en el interior del taladro (8c) de la cabeza trasera, de forma que esté ubicado proximal al segundo extremo (8b) de la cabeza trasera, extendiéndose una porción del cuerpo (12) a través del segundo extremo (2c) de la cubierta.

7. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que el cuerpo alargado (12) incluye porciones primera y segunda (30, 32) del cuerpo, teniendo cada una extremos abiertos internos y externos (34, 35, 36, 37) y un taladro (38, 40) que se extiende entre los dos extremos abiertos, estando el extremo interno (36) de la segunda porción (32) del cuerpo al menos parcialmente dispuesto en el interior del extremo interno (34) de la primera porción (30) del cuerpo para formar el cuerpo alargado (12), estando conectados los taladros (38, 40) de las dos porciones (30, 32) del cuerpo de forma fluida, de manera que formen el conducto (14) de transporte, de forma que el conducto (14) se extiende entre el extremo externo (35) de la primera porción y el extremo externo (37) de la segunda porción.

8. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 7, en el que el extremo interno de la primera porción del cuerpo tiene una superficie circunferencial externa con un diámetro exterior (db1), el extremo interno de la segunda porción del cuerpo tiene una superficie circunferencial interna con un diámetro interior (db2), siendo el diámetro interior de la superficie interna mayor que el diámetro exterior de la superficie externa, de forma que se define un espacio generalmente anular (SA) entre las dos superficies circunferenciales, proporcionando el espacio anular (SA) al menos una porción del conducto (16) de fluido.

9. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 7, en el que la primera porción del cuerpo tiene una sección escalonada hacia dentro (32a) separada de forma radial hacia dentro desde una parte restante de la porción (32) del cuerpo y que se extiende de forma axial hacia dentro desde el extremo interno de la porción del cuerpo, y el taladro de la segunda porción del cuerpo tiene una sección escalonada hacia fuera (40a) separada de forma radial hacia fuera desde una parte restante del taladro (40b) y que se extiende de forma axial hacia dentro desde el extremo interno de la segunda porción del cuerpo, estando dimensionada la sección escalonada hacia fuera (40a) del taladro de la segunda porción para recibir al menos una porción de la sección escalonada hacia dentro (32a) de la primera porción, de forma que acopla las dos porciones (30, 32) del cuerpo, estando definida al menos una porción del conducto (16) de fluido entre la sección escalonada hacia dentro (32a) de la porción del cuerpo y la sección escalonada hacia fuera (40a) del taladro.

10. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 1, en el que el cuerpo (12) incluye tubos cilíndricos generalmente circulares primero y segundo (48, 50), teniendo cada uno extremos abiertos internos y externos y un taladro que se extiende entre los dos extremos, estando el extremo interno (50a) del segundo tubo (50) al menos parcialmente dispuesto en el interior del extremo interno (48a) del primer tubo, de manera que forme el cuerpo alargado (12), pudiéndose acoplar los taladros de los dos tubos, de manera que formen el conducto

(16) de transporte, de forma que el conducto (16) se extiende entre el extremo externo del primer tubo y el extremo externo (37) del segundo tubo.

11. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 10, en el que el segundo tubo (50) tiene una superficie circunferencial externa con un diámetro exterior, el primer tubo tiene una superficie circunferencial interna con un diámetro interior, siendo mayor el diámetro interior de la superficie interna que el diámetro exterior (dZ1) de la superficie externa, de forma que se define un espacio generalmente anular (SA) entre las dos superficies circunferenciales, proporcionando el espacio anular (SA) al menos una porción del conducto (16) de fluido.

12. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 11, en el que el primer tubo tiene al menos un primer orificio (20) y al menos un segundo orificio (22) separados de forma axial desde el primer orificio (20), estando configurado el primer orificio (20) para conectar de forma fluida el espacio anular (SA) con la cámara (CV) de la válvula y estando configurado el segundo orificio (22) para conectar de forma fluida el espacio anular (SA) con la cámara (CD) de accionamiento.

13. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 10, en el que:

el segundo tubo (50) tiene una sección escalonada hacia dentro (32a) separada de forma radial hacia dentro desde una parte restante del segundo tubo (32b) y extendiéndose de forma axial hacia dentro desde el extremo interno del segundo tubo, y el taladro del primer tubo (48) tiene una sección escalonada hacia fuera (40a) separada de forma radial hacia fuera desde una parte restante del taladro y extendiéndose de forma axial hacia dentro desde el extremo interno del primer tubo, estando dimensionada la sección escalonada hacia fuera (40a) del taladro del primer tubo para recibir al menos una porción de la sección escalonada hacia dentro (32a) del segundo tubo, de forma que acopla los dos tubos (48, 50), estando definida al menos una porción del conducto (16) de fluido entre la sección escalonada hacia dentro (32a) del segundo tubo y la sección escalonada hacia fuera (40a) del taladro del primer tubo.

14. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 13, que comprende, además, al menos dos miembros generalmente anulares (98) de estanqueidad separados de forma axial, dispuestos entre la sección escalonada hacia dentro (32a) del segundo tubo y la sección escalonada hacia fuera (40a) del taladro del primer tubo, estando configurado al menos uno de los miembros (98) de estanqueidad para evitar en general el flujo de fluido desde el espacio anular (SA) a través del extremo interno (48a) del primer tubo y estando configurado al menos uno de los miembros (98) de estanqueidad para evitar en general el flujo de fluido desde el conducto anular (SA) a través del extremo interno del segundo tubo.

15. El dispositivo para canalizar según la reivindicación 10, en el que:

el pistón (3) tiene un extremo (3c) de accionamiento que puede estar dispuesto en el interior de la cámara (CD) de accionamiento y una superficie circunferencial interna (3d), definiendo la superficie interna (3 d), al menos parcialmente, el taladro (3 a) del pistón y que tiene un diámetro interior (IDP), y uno de los tubos primero y segundo (48, 50) tiene una primera sección (19a) de superficie circunferencial externa que se extiende de forma axial entre el extremo externo (12b) del tubo y un punto intermedio (12d) en el tubo, teniendo la primera superficie externa (19a) un primer diámetro exterior (OD1), y extendiéndose una segunda superficie circunferencial externa (19b) de forma axial desde el punto intermedio (12d) del tubo, al menos parcialmente, hacia el extremo interno (12c) del tubo y que tiene un segundo diámetro exterior (OD2), siendo mayor el diámetro interior (IDP) del pistón que el primer diámetro exterior (OD1), de forma que se define el conducto anular (26) de evacuación entre la primera superficie externa (19a) del tubo y la superficie interior (3d) del pistón, conectando el conducto (26) de evacuación, al menos parcialmente, de forma fluida la cámara (CD) de accionamiento con un espacio exterior (SE) fuera de la barrena (1), siendo el segundo diámetro exterior (OD2) generalmente igual al diámetro interior (IDP) del pistón, de forma que el pistón (3) es generalmente deslizable en torno a la segunda superficie externa (19b) del tubo, estando conectada la cámara (CD) de accionamiento de forma fluida con el conducto (26) de evacuación cuando el extremo (3c) de accionamiento del pistón está dispuesto en torno a la primera superficie externa (19a) del tubo y separado de forma axial de la segunda superficie (19b) del tubo y la cámara (CD) de accionamiento está cerrada sustancialmente de forma estanca con respecto al conducto (26) de evacuación cuando el extremo (3c) de accionamiento del pistón está dispuesto en torno a la segunda superficie externa (19b) del tubo.