Equipo para perforación de roca y método asociado con el mismo.

Un dispositivo (1) para perforación de roca, que incluye:

* una carcasa (7) del pistón,

* un primer pistón (13) montado con el movimiento permitido dentro de la citada carcasa (7) del pistón y sometidoa presión por un líquido hidráulico para transmitir fuerza mientras se está utilizando, principalmente de maneracontinua, de forma directa o indirecta, en la dirección de perforación a una barra del barreno conectada al dispositivopara perforación de roca,

* un segundo pistón (6), sometido a un cambio de la presión aplicada sobre dicho pistón para aplicar impactos deforma repetitiva mientras se está usando, de forma directa o indirecta, sobre la barra del barreno conectada,

* un primer dispositivo (11a, 32, 33) de control, situado dentro de la carcasa (7) del pistón, el cual, encolaboración con un segundo dispositivo (12) de control situado en el interior del segundo pistón (6), controla elcitado cambio de presión de una primera porción del líquido hidráulico que actúa sobre el citado segundo pistón (6),caracterizado porque el dispositivo para perforación de roca tiene unos primeros medios (21, 22) de controlsituados en el interior del citado segundo pistón (6), los cuales dependiendo de una posición del segundo pistón (6)dentro de la citada carcasa (7) del pistón controlan el cambio de la presión aplicada sobre el citado primer pistón(13), con el fin de contrarrestar el desplazamiento de cada uno de los dispositivos de control primero y segundo conrespecto al otro en el momento del contacto del segundo pistón (6) sobre la barra del barreno o sobre una pieza (9)conectada a la barra del barreno.

Equipo para perforación de roca y método asociado con el mismo Campo Técnico La presente invención se refiere a una máquina para perforación de roca de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, que tiene un dispositivo de control para controlar, mientras se está utilizando, un cambio en la presión de un fluido que actúa sobre un pistón que impacta de forma repetitiva sobre un barreno conectado a la máquina perforadora. La invención se refiere también a una torre de perforación con una máquina de este tipo montada en ella y a un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 5, diseñados para ser usados en una máquina perforadora de este tipo. A partir del documento US 5 056 606 A se conocen una máquina perforadora y un método de este tipo.

Antecedentes Los dispositivos para perforación de roca del tipo descrito anteriormente, diseñados para perforar en roca, están impulsados por fluido, la mayoría de las veces de forma hidráulica. En la Figura 1 se ilustra de manera esquemática un ejemplo de un dispositivo para perforación de roca de acuerdo con dicha tecnología de la técnica anterior. El dispositivo 1 de perforación puede estar conectado a un depósito de fluido, tal como un tanque 2 de líquido hidráulico. Se utiliza una bomba 3 para crear una fuente de líquido hidráulico a alta presión. Una válvula 4 de corredera, en interacción con dispositivos de control situados en una carcasa 7 del pistón y sobre el pistón 6 del martillo, controla el líquido hidráulico, de tal manera que al menos una superficie 5 de impulsión del pistón del martillo que se desplaza dentro de una carcasa del pistón del dispositivo de perforación es sometida de manera alternante a alta presión y a baja presión.

El pistón 6 del martillo está dispuesto de tal manera que impacta en su extremo delantero, la punta 8 del pistón, sobre la cabeza 10 de un adaptador 9 del barreno. Se puede conectar un barreno al adaptador 9 del barreno para la perforación deseada en una superficie a perforar, por ejemplo en roca. Se pueden conectar entre sí varios barrenos para formar una columna de barrenos de una longitud tal que se pueda alcanzar la profundidad de perforación deseada. En la carcasa 7 del pistón existe un conducto 11a de control, estando dicho conducto de control dispuesto en conexión con la fuente 3 de líquido hidráulico. Este conducto 11a de control interacciona con una cámara 12 de control conformada entre el pistón 6 del martillo y la carcasa 7 del pistón, por lo cual se puede controlar la corredera 4 en función de la posición del pistón 6 del martillo en la dirección axial con respecto a la carcasa 7 del pistón. Un conducto 11b ejerce presión constante sobre un borde de control del pistón 6 del martillo para impulsar al pistón hacia atrás.

Con el fin de mantener el barreno en contacto constante con la superficie a perforar y para mantener las piezas de la columna de barrenos en contacto constante unas con otras, se dispone un amortiguador de retroceso, con un pistón 13 de retroceso incluido en él. Este pistón 13 de retroceso se sitúa normalmente de manera concéntrica alrededor de la parte frontal del pistón 6 del martillo. El pistón 13 de retroceso se mantiene presionado contra la cabeza 10 del adaptador 9 del barreno por medio de líquido hidráulico procedente de un conducto 14 de presión que está dispuesto en contacto con una fuente de alta presión a través de una válvula de flujo constante, de tal manera que el pistón 6 del martillo pueda impactar contra una superficie inelástica cuando impacta sobre la cabeza del adaptador del barreno.

Durante la perforación se presiona el dispositivo de perforación completo contra el objeto a ser perforado con una fuerza de avance. La fuerza de avance se puede aplicar, por ejemplo, hidráulicamente en una torre de perforación, que es un equipo para fijar la posición y el ángulo de uno o varios dispositivos de perforación mientras se está perforando. A menudo el dispositivo de perforación se monta entonces sobre un carro que se puede desplazar a lo largo de una viga de avance de la torre de perforación. Si la fuerza de avance se hace mayor que la presión de retroceso, es decir, el producto de la presión en el líquido que impulsa hacia delante al pistón del amortiguador en la dirección de perforación y el área de la sección transversal del pistón de retroceso, o – para ser más exactos – la superficie de impulsión del pistón de retroceso sobre la cual actúa el líquido, entonces el pistón de retroceso será presionado hacia atrás. Para contrarrestar esto y conseguir en la medida de lo posible condiciones constantes cuando el pistón del martillo impacta sobre la barra del barreno o sobre la cabeza del adaptador, se ha dispuesto un conducto de vaciado o conducto 16 de compensación, el cual funciona como se describe más adelante.

En vez de que el pistón 13 de retroceso haga contacto directo con la cabeza 10 del adaptador 9 del barreno, dentro del amortiguador se puede colocar un casquillo 15 entre el pistón 13 de retroceso y la cabeza 10 del adaptador 9 del barreno, como se muestra, por ejemplo, en el documento US 5.479.996. El pistón 13 de retroceso realiza una función adicional, que es la de absorber fuerzas de retroceso procedentes de la superficie a perforar cuando se presiona la barra del barreno contra esta superficie con la fuerza de impacto que es transmitida desde el pistón 6 de martillo. El pistón 13 de retroceso absorbe la presión que se transmite de vuelta desde la superficie a perforar hidráulicamente, y de esta forma oscila en la dirección axial controlado por las presiones a las cuales está sometido originadas por el líquido hidráulico y por las fuerzas de retroceso procedentes de la barra del barreno. Por esta razón, el pistón 13 de retroceso está provisto de una cámara 14b de impulsión conformada entre el pistón de retroceso y la carcasa del pistón. Esta cámara de impulsión está limitada por al menos una superficie 13b de impulsión hacia delante del pistón de retroceso. La cámara 14b de impulsión se vacía a través de un conducto 16 de compensación situado en la carcasa 7 del pistón cuando el pistón de retroceso alcanza una posición que está suficientemente adelantada. Si el pistón 13 de retroceso es impulsado hacia atrás, de tal manera que la superficie 13b de impulsión queda situada detrás del conducto 16 de compensación, entonces la presión en la cámara 14b de impulsión aumentará, con lo cual la presión sobre la superficie 13b de impulsión provoca que el pistón 13 de retroceso sea impulsado hacia delante. Si, por otro lado, el pistón 13 de retroceso es impulsado hacia delante de tal manera que la superficie 13b de impulsión libera la abertura del conducto 16 de compensación con respecto a la cámara 14b de impulsión, entonces la cámara de impulsión se vaciará a través del conducto 16 de compensación, con lo que la presión en la cámara 14b de impulsión disminuirá, lo cual a su vez provoca que el pistón sea presionado hacia atrás. De esta manera, el pistón de retroceso ocupará una posición que estará en equilibrio alrededor del punto en el cual la superficie 13b de impulsión del pistón de retroceso abre la cámara 14b de impulsión al conducto 16 de compensación.

Un problema con la tecnología descrita anteriormente es que el funcionamiento del mecanismo de impacto tiende a ser inestable en algunos dispositivos, en particular cuando están dimensionados para altas velocidades de impacto, y en particular después de un cierto tiempo de funcionamiento.

Objeto de la invención y sus principales características Un objeto de la presente invención es conseguir un método para reducir los problemas anteriormente mencionados con la tecnología de la técnica anterior.

Se ha demostrado que con la invención se pueden conseguir mejoras significativas en la repetibilidad de la estabilidad del mecanismo de impacto para grandes series de fabricación de dispositivos para perforación de roca. De la misma manera, la vida útil de los dispositivos para perforación de roca fabricados de acuerdo con la invención se incrementa mediante el accionamiento de una manera más estable del mecanismo de impacto a pesar del desgaste de componentes. Es posible además dimensionar para mayores velocidades de impacto sin poner en riesgo la estabilidad del mecanismo de impacto.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se presenta un sistema especificado en las reivindicaciones independientes del aparato.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se presenta un método como se especifica en la reivindicación independiente del método.

En las reivindicaciones dependientes se presentan realizaciones y aspectos preferentes... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (1) para perforación de roca, que incluye:

• una carcasa (7) del pistón,

• un primer pistón (13) montado con el movimiento permitido dentro de la citada carcasa (7) del pistón y sometido a presión por un líquido hidráulico para transmitir fuerza mientras se está utilizando, principalmente de manera continua, de forma directa o indirecta, en la dirección de perforación a una barra del barreno conectada al dispositivo para perforación de roca,

• un segundo pistón (6) , sometido a un cambio de la presión aplicada sobre dicho pistón para aplicar impactos de forma repetitiva mientras se está usando, de forma directa o indirecta, sobre la barra del barreno conectada,

• un primer dispositivo (11a, 32, 33) de control, situado dentro de la carcasa (7) del pistón, el cual, en colaboración con un segundo dispositivo (12) de control situado en el interior del segundo pistón (6) , controla el citado cambio de presión de una primera porción del líquido hidráulico que actúa sobre el citado segundo pistón (6) ,

caracterizado porque el dispositivo para perforación de roca tiene unos primeros medios (21, 22) de control situados en el interior del citado segundo pistón (6) , los cuales dependiendo de una posición del segundo pistón (6) dentro de la citada carcasa (7) del pistón controlan el cambio de la presión aplicada sobre el citado primer pistón (13) , con el fin de contrarrestar el desplazamiento de cada uno de los dispositivos de control primero y segundo con respecto al otro en el momento del contacto del segundo pistón (6) sobre la barra del barreno o sobre una pieza (9) conectada a la barra del barreno.

2. El dispositivo para perforación de roca de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los primeros medios (21, 22) de control, en colaboración con unos segundos medios (20, 23, 24, 25) de control que están posicionados fijos dentro de la carcasa (7) del pistón o montados contra ella, en una posición relativa entre el segundo pistón (6) y la carcasa (7) del pistón, modifican la presión aplicada sobre el citado primer pistón (13) en dicha posición.

3. El dispositivo para perforación de roca de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el cual el primer pistón (13) , durante el funcionamiento del dispositivo para perforación de roca, mediante la presión en una segunda porción del líquido hidráulico, aplica una fuerza que actúa principalmente de manera continua, en la dirección de perforación, de forma directa o indirecta, sobre una barra del barreno conectada al dispositivo para perforación de roca o sobre una parte (9) conectada a la misma, y en el cual los citados primeros medios (21, 22) de control reducen la presión en la segunda porción del líquido hidráulico cuando el segundo pistón (6) está situado en una posición más adelantada, en dirección hacia la barra del barreno, que una posición relativa predeterminada de los dispositivos de control primero y segundo.

4. Una torre para perforación de roca que comprende al menos un dispositivo para perforación de roca de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

5. Un método para un dispositivo (1) para perforación de roca que comprende:

• una carcasa (7) del pistón,

• un primer pistón (13) montado con el movimiento permitido dentro de la citada carcasa (7) del pistón y sometido a presión por un líquido hidráulico, el cual, durante el funcionamiento del dispositivo para perforación de roca, convierte la presión en una segunda porción del líquido hidráulico en una fuerza que actúa, principalmente de manera continua, en la dirección de perforación, de forma directa o indirecta, sobre una barra del barreno conectada al dispositivo para perforación de roca,

• un segundo pistón (6) sometido a un cambio de la presión aplicada sobre dicho segundo pistón para aplicar impactos de forma repetitiva en la dirección de perforación mientras se está usando, ya sea de forma directa o indirecta, sobre la citada broca conectada al dispositivo para perforación de roca,

• un primer dispositivo (11a, 32, 33) de control situado en el interior de la carcasa (7) del pistón y un segundo dispositivo (12) de control situado dentro del citado segundo pistón (6) , donde se hace que estos dispositivos de control controlen, mientras están en interacción entre sí, un cambio de la presión de una primera porción del líquido hidráulico que actúa sobre una superficie (5) de impulsión del citado segundo pistón (6) con el fin de conseguir los citados impactos repetitivos,

caracterizado porque se hace que cambie la influencia de la citada segunda porción del líquido hidráulico sobre el primer pistón (13) en una posición predeterminada del primer dispositivo (11a, 32, 33) de control con respecto al segundo dispositivo (12) de control.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado además porque un primer medio (21, 22) de control del segundo pistón (6) hace que, en una posición predeterminada con respecto a la carcasa (7) del pistón, cambie la influencia de la citada segunda porción de líquido hidráulico sobre el primer pistón (13) .

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado además porque esa posición predeterminada de los

primeros medios (21, 22) de control con respecto a la carcasa (7) del pistón se determina por medio de unos segundos medios (20, 23, 24, 25) de control situados en el interior de la carcasa (7) del pistón o montados sobre ella.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado además porque la presión en la segunda porción del líquido hidráulico disminuye cuando el segundo pistón (6) se sitúa en una posición más adelantada, en dirección a la barra del barreno, que la citada posición predeterminada del primer dispositivo de control con respecto al segundo dispositivo de control.

Técnica anterior