Cabezal posterior y conjunto de perforación con cabezal posterior.

Una porción de un conjunto de perforación operado por una fuente de suministro de fluido comprimido,

incluyendo:

un cabezal posterior (24) que tiene un extremo próximo (28) conectable a la fuente de suministro, un agujero axial (38) y un extremo distal abierto (36), teniendo el cabezal posterior (24) pasos (68) que se extienden entre el agujero axial (38) y la superficie exterior del cabezal posterior (24);

un manguito de desgaste alargado hueco (14) que tiene un extremo próximo al que el cabezal posterior (24) está acoplado y en el que se recibe el extremo distal (36) del cabezal posterior (24); y

un pistón (16) alojado por el manguito de desgaste (14) y que tiene un extremo próximo (44), pudiendo moverse deslizantemente el pistón (16) a lo largo del manguito de desgaste (14) en respuesta al fluido comprimido transportado a través del cabezal posterior (24),

donde un recorrido de flujo de admisión (80, 92) para un flujo de admisión de fluido comprimido en la herramienta de perforación se extiende en una dirección distal desde el agujero axial (38), a través de los pasos (68) en el cabezal posterior (24), a través de un espacio (70) entre el cabezal posterior (24) y el manguito de desgaste (14) y a una zona (96) entre el pistón (16) y el manguito de desgaste (14) y a contacto con el pistón (16), caracterizado porque en el extremo distal (36) del cabezal posterior (24) se define una porción de cilindro integrado (65), estando conformado el extremo próximo (44) del pistón (16) para encajar dentro de la porción de cilindro integrado (65) del cabezal posterior (24), y pudiendo moverse deslizantemente a lo largo de la porción de cilindro integrado (65) en respuesta al fluido comprimido.

Cabezal posterior y conjunto de perforación con cabezal posterior Campo Esta solicitud se refiere a equipo de perforación, y en concreto a una construcción mejorada de una herramienta de perforación accionada por fluido.

Antecedentes Los tipos conocidos de herramientas de perforación accionadas por fluido, en concreto las herramientas de perforación de roca "de fondo", tienen por lo general un extremo conectado a una fuente de fluido presurizado (denominado aquí el extremo próximo) y un extremo distal opuesto o de trabajo con una broca alternativa que es controlada para golpear el material a perforar o quitar con gran fuerza.

En una herramienta de perforación de roca convencional, la fuente de fluido presurizado, que es típicamente aire comprimido u otro gas, está conectada a un cabezal posterior o subconjunto superior en el extremo próximo de la herramienta por un conector de presión. Un manguito de desgaste hueco está montado por una conexión roscada en el cabezal posterior y se extiende distalmente formando la superficie exterior o espiga de la herramienta. Dentro del manguito de desgaste, hay un distribuidor con una válvula de retención que suministra selectivamente fluido presurizado para mover el pistón.

Típicamente, el distribuidor se fija en posición mediante su montaje en una superficie interior del manguito de desgaste. Según un acercamiento conocido, el distribuidor se recibe dentro del agujero de un cilindro interior, y el cilindro interior tiene un aro de retención circundante que se recibe en una ranura circunferencial formada en la superficie interior del manguito de desgaste. Con el tiempo, hay que quitar el distribuidor, por ejemplo, para repararlo o sustituirlo, para sustituir el manguito de desgaste en el que está montado y/o para acceder a otros componentes dentro del manguito de desgaste, por ejemplo, el pistón. En herramientas de perforación convencionales, es difícil desacoplar el distribuidor del manguito de desgaste. Por ejemplo, puede ser difícil acceder al aro de retención y desengancharlo del manguito de desgaste y/o del distribuidor.

En herramientas de perforación convencionales, algunos de los pasos para el fluido presurizado tienen zonas reducidas y/u otros tipos de restricciones que disminuyen la velocidad de flujo y la eficiencia. Algunos pasos se extienden entre componentes colocados coaxialmente, y algunos están formados al menos en parte por canales, ranuras, aberturas, etc, formados en paredes de los componentes.

En la operación de algunas herramientas de perforación, tal como una herramienta de perforación de roca de fondo, la herramienta está diseñada de tal manera que cuando la broca encuentra una resistencia muy baja durante la operación, tal como cuando la broca encuentra un vacío en el material que se perfora, la broca se extiende a una posición "de caída abierta" y se para el movimiento de las brocas. De esta forma se minimiza la posibilidad de daño de la herramienta o de la operación. Sería ventajoso disminuir el tiempo de transición para cambiar de una posición operativa normal a la posición abierta.

Además, la velocidad a la que la herramienta pasa entre otras fases de operación queda afectada por el área de pistón. Sería ventajoso reducir los tiempos de transición entre otras fases de operación para mejorar la eficiencia general.

US 5.944.117 describe una porción de un conjunto de perforación según el preámbulo de la reivindicación 1. El pistón se mueve dentro de un manguito cilíndrico que está separado del cabezal posterior de manera similar a la representada en la figura 8A más adelante.

US 5.685.380 describe otra porción de un conjunto de perforación, donde un pistón se puede mover deslizantemente dentro de un cilindro que está separado del cabezal posterior.

Igualmente, GB 2 170 381 A describe un martillo neumático, donde un pistón se puede mover deslizantemente dentro de una caja hueca, pero con una separación de un conjunto de cabezal posterior.

WO 99/64711 describe un cabezal posterior y válvula de retención para taladros de fondo, donde el cabezal posterior está de nuevo separado del pistón de manera similar a la representada en la figura 8A siguiente.

Resumen En vista de lo anterior, un objeto es proporcionar una porción mejorada de un conjunto de perforación que permite un desmontaje comparativamente fácil con el fin de facilitar la reparación o el servicio.

Según un aspecto, este objeto se logra con la porción de un conjunto de perforación definida en las reivindicaciones anexas.

Se describen realizaciones de un cabezal posterior y un conjunto de perforación con un cabezal posterior que resuelven algunos de los problemas asociados con las herramientas de perforación actuales.

Según una implementación, una porción de un conjunto de perforación operado por una fuente de suministro de fluido comprimido incluye un cabezal posterior con un pistón integrado, un manguito de desgaste alargado hueco y un pistón. El cabezal posterior tiene un extremo próximo conectable a la fuente de suministro, un agujero axial y un extremo distal abierto en el que se define la porción de cilindro integrado. El cabezal posterior tiene pasos que se extienden entre el agujero axial y la superficie exterior del cabezal posterior. El manguito de desgaste alargado hueco tiene un extremo próximo al que está acoplado el cabezal posterior y en el que se recibe el extremo distal del cabezal posterior. El pistón se aloja en el manguito de desgaste y tiene un extremo próximo conformado para encajar dentro de la porción de cilindro integrado del cabezal posterior. El pistón se puede mover deslizantemente a lo largo del manguito de desgaste y la porción de cilindro integrado en respuesta al fluido comprimido transportado a través del cabezal posterior. Un recorrido de flujo de admisión para un flujo de admisión de fluido comprimido en la herramienta de perforación se extiende en una dirección distal desde el agujero axial, a través de los pasos en el cabezal posterior, a través de un espacio entre el cabezal posterior y el manguito de desgaste y a una zona entre el pistón y el manguito de desgaste y a contacto con el pistón. Ventajosamente, el recorrido de flujo de admisión carece de curvas pronunciadas.

El recorrido de flujo de admisión puede estar configurado de manera que no se extienda a través de agujeros que empujen el flujo de admisión en una dirección radialmente hacia dentro. El recorrido de flujo de admisión puede estar configurado de modo que no requiera que el flujo de admisión pase hacia dentro a través de aberturas definidas en una pared lateral del cabezal posterior.

El conjunto de perforación puede incluir un distribuidor colocado al menos parcialmente dentro del agujero axial entre el extremo próximo y el extremo distal, fijándose extraíblemente el distribuidor al cabezal posterior por un elemento de fijación accesible desde una superficie exterior del cabezal posterior e incluyendo una válvula de retención que se abre para permitir el flujo de admisión procedente de la fuente de suministro. El distribuidor puede incluir una válvula de retención que tiene un elemento de sellado, un elemento de empuje que empuja el elemento de sellado a una posición cerrada y una porción de guía que se extiende distalmente. El conjunto de perforación puede incluir un plato acoplado a un extremo distal del manguito de desgaste y capaz de recibir una broca de perforación y pudiendo moverse en respuesta a contacto del pistón.

Según otras realizaciones, una porción de un conjunto de perforación operado por una fuente de suministro de fluido comprimido incluye un cabezal posterior que tiene un extremo próximo conectable a la fuente de suministro, un agujero axial y un extremo distal abierto en el que se define una porción de cilindro integrado conformada para recibir un elemento de pistón, y un distribuidor colocado al menos parcialmente dentro del agujero axial entre el extremo próximo y el extremo distal, fijándose extraíblemente el distribuidor al cabezal posterior por un elemento de fijación accesible desde una superficie exterior del cabezal posterior.

El elemento de fijación puede incluir un pasador que se extiende lateralmente, insertado a través de al menos una abertura en el cabezal posterior. El elemento de fijación puede incluir al menos dos pasadores que se extienden lateralmente, insertándose cada uno de los pasadores a través de una abertura de un número correspondiente de aberturas separadas en el cabezal posterior.

El cabezal posterior puede incluir una porción externamente roscada en la que se puede montar un manguito de desgaste, y el elemento de fijación puede incluir un pasador... [Seguir leyendo]

1. Una porción de un conjunto de perforación operado por una fuente de suministro de fluido comprimido, incluyendo:

un cabezal posterior (24) que tiene un extremo próximo (28) conectable a la fuente de suministro, un agujero axial (38) y un extremo distal abierto (36) , teniendo el cabezal posterior (24) pasos (68) que se extienden entre el agujero axial (38) y la superficie exterior del cabezal posterior (24) ;

un manguito de desgaste alargado hueco (14) que tiene un extremo próximo al que el cabezal posterior (24) está acoplado y en el que se recibe el extremo distal (36) del cabezal posterior (24) ; y un pistón (16) alojado por el manguito de desgaste (14) y que tiene un extremo próximo (44) , pudiendo moverse deslizantemente el pistón (16) a lo largo del manguito de desgaste (14) en respuesta al fluido comprimido transportado a través del cabezal posterior (24) , donde un recorrido de flujo de admisión (80, 92) para un flujo de admisión de fluido comprimido en la herramienta de perforación se extiende en una dirección distal desde el agujero axial (38) , a través de los pasos (68) en el cabezal posterior (24) , a través de un espacio (70) entre el cabezal posterior (24) y el manguito de desgaste (14) y a una zona (96) entre el pistón (16) y el manguito de desgaste (14) y a contacto con el pistón (16) , caracterizado porque en el extremo distal (36) del cabezal posterior (24) se define una porción de cilindro integrado (65) , estando conformado el extremo próximo (44) del pistón (16) para encajar dentro de la porción de cilindro integrado (65) del cabezal posterior (24) , y pudiendo moverse deslizantemente a lo largo de la porción de cilindro integrado (65) en respuesta al fluido comprimido.

2. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, donde el recorrido de flujo de admisión (80, 92) no se extiende a través de ningún agujero que empuje el flujo de admisión en una dirección radialmente hacia dentro.

3. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, donde el recorrido de flujo de admisión (80, 92) no requiere que el flujo de admisión pase hacia dentro a través de aberturas definidas en una pared lateral del cabezal posterior (24) .

4. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, incluyendo además un distribuidor (26) colocado al menos parcialmente dentro del agujero axial (38) entre el extremo próximo (28) y el extremo distal (36) , estando fijado extraíblemente el distribuidor (26) al cabezal posterior (24) por un elemento de fijación (40; 41) accesible desde una superficie exterior del cabezal posterior (24) , incluyendo el distribuidor (26) una válvula de retención (48) que se abre para permitir el flujo de admisión procedente de la fuente de suministro.

5. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, incluyendo además un plato (18) acoplado a un extremo distal del manguito de desgaste (14) y capaz de recibir una broca de perforación (20) y pudiendo moverse en respuesta al contacto con el pistón (16) .

6. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 4, donde el elemento de fijación incluye un pasador que se extiende lateralmente (40) insertado a través de al menos una abertura (66) en el cabezal posterior (24) .

7. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 4, donde

el elemento de fijación incluye al menos dos pasadores que se extienden lateralmente (41) , insertándose cada uno de los pasadores (41) a través de una abertura de un número correspondiente de aberturas separadas (67) en el cabezal posterior (24) .

8. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 4, donde el distribuidor (26) incluye además un elemento de sellado de válvula de retención (50) , un elemento de empuje (52) que empuja el elemento de sellado

(50) a una posición cerrada y una porción de guía que se extiende distalmente (42) .

9. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, donde cuando el conjunto de perforación está en una posición abierta, un extremo próximo (44) del pistón (16) está separado de la porción de cilindro integrado (65) en la dirección distal y se define un espacio anular abierto (96) entre un extremo próximo (44) del pistón (16) y el manguito de desgaste (14) .

10. La porción del conjunto de perforación de la reivindicación 9, donde el pistón (16) tiene una zona de pistón disponible (AN) sometida a presión que tiende a mover el pistón (16) en una dirección distal que es de aproximadamente 5% a aproximadamente 25% más grande que la zona de pistón disponible (AC) de un conjunto de perforación convencional del mismo diámetro exterior.

11. La porción del conjunto de perforación de la reivindicación 10, donde el pistón tiene una zona de pistón

disponible (AN) sometida a presión que tiende a mover el pistón (16) en una dirección distal que es de aproximadamente 8% a aproximadamente 10% más grande que la zona de pistón disponible (AC) de un conjunto de perforación convencional del mismo diámetro exterior.

12. La porción del conjunto de perforación de la reivindicación 10, donde el pistón (16) tiene una zona de pistón disponible (AN) sometida a presión que tiende a mover el pistón (16) en una dirección distal que es al menos aproximadamente 9% más grande que la zona de pistón disponible (AC) de un conjunto de perforación convencional del mismo diámetro exterior.

13. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, donde cuando el conjunto de perforación está en una posición abierta, un extremo próximo (44) del pistón (16) está separado de la porción de cilindro (65) y el manguito de desgaste (14) .

14. La porción de un conjunto de perforación de la reivindicación 1, donde un recorrido de flujo de llenado (200) se extiende en la dirección próxima desde la zona (96) entre el pistón (16) y el manguito de desgaste (14) , a lo largo del pistón (16) y entre el pistón (16) y el cabezal posterior (24) a un espacio próximo del extremo próximo (44) del pistón (16) , y donde se mantiene una separación entre el recorrido de flujo de admisión (92) y el recorrido de flujo de llenado (200) en la zona entre el pistón (16) y el manguito de desgaste (14) .

15. La porción del conjunto de perforación de la reivindicación 14, donde el extremo distal (36) del cabezal posterior (24) tiene una pared circunferencial configurada para guiar el flujo de llenado (200) que fluye en la dirección próxima a lo largo de una superficie interior de la pared y configurada para guiar el flujo de admisión (80, 92) que fluye en la dirección distal a lo largo de una superficie exterior de la pared, estando el flujo de admisión (80, 92) y el flujo de llenado (200) separados uno de otro por la pared.