MX2013002663A - Aparato perforacion giratorio para fondo de pozo con miembros de interfaz de formacion y sistema de control. - Google Patents

Abstract

Un aparato de perforación dirigible incluye un sistema de control dentro de un alojamiento cilíndrico conectado a una broca que cuenta con pistones radialmente expandibles. Un fluido accionador de pistones fluye desde el alojamiento y a través de un montaje de medición de fluido que dirige el fluido hacia canales de fluido en la broca que lleva a los respectivos pistones. El sistema de control controla el montaje de medición de fluido para permitir selectivamente que el fluido fluya a través de los canales de fluido a los pistones y para salir a un orificio en cada uno de los canales de fluido. El flujo de fluido selectivo causa que los pistones en la broca extiendan temporalmente en la dirección opuesta a la desviación deseada del pozo, desviándose de este modo lejos de la línea central de la perforación del pozo. El montaje de medición de fluido tiene la habilidad de estabilizar, dirigir, y cambiar el AFT (área de flujo total) dentro de la broca mediante el movimiento de un miembro superior dentro del montaje de la medición del fluido. El sistema de control y la broca se conectan en una forma especifíca para facilitar la remoción para cambiar la sección de dirección de la broca y cortar la configuración o calibre de la estructura simultaneámente.

Description

APARATO DE PERFORACIÓN GIRATORIO PARA FONDO DE POZO CON MIEMBROS DE I TERFAZ DE FORMACIÓN Y SISTEMA DE CONTROL CAMPO TÉCNICO La presente divulgación se relaciona en general con los sistemas y aparatos para la perforación direccional de pozos, particularmente para pozos petroleros y de gas.

ANTECEDENTES Los sistemas dirigibles giratorios (SDG) actualmente usados en la perforación de pozos petroleros y de gas dentro de las formaciones de subsuelo donde comúnmente se usan herramientas que operan sobre la broca como herramientas completamente independientes controladas desde la superficie. Estas herramientas se usan para dirigir la sarta de perforación en una dirección desde lejos de una orientación del pozo deseado, ya sea por medio de los paneles de dirección o de los miembros de reacción que ejercen fuerzas laterales contra el muro del pozo para desviar la broca relativa a la línea central del pozo. La mayoría de los sistemas convencionales son complejos y costosos, y tienen tiempos de ejecución limitados debido a la batería y a las limitaciones electrónicas. También requieren que la herramienta completa sea transportada desde el sitio del pozo hasta una instalación de reparación y mantenimiento cuando las partes de la herramienta se descomponen. Los diseños actualmente más usados requieren de grandes caídas de presión a través de la herramienta para que las herramientas trabajen de forma adecuada. Actualmente no hay una interfaz fácilmente separable entre los sistemas de control SDG (sistema dirigible giratorio) y los miembros de reacción de formación - interfaz que permita el control direccional directamente en la broca.

Hay dos categorías principales diferentes de sistemas dirigibles giratorios de perforación usados para la perforación direccional. En los sistemas de perforación de "apuntado de broca", la orientación de la broca de perforación es variada relativamente a la línea central de la sarta de perforación para lograr una desviación deseada en el pozo. En los sistemas de "presionado de broca", se aplica una fuerza lateral o de lado a la sarta de perforación (típicamente en un punto varios metros arriba de la broca) , desviando así la broca lejos del eje local del pozo para lograr una desviación deseada.

Los sistemas dirigibles giratorios (SDG) usados actualmente para la perforación direccional se concentran en herramientas que se colocan encima de la broca y ya sea que empujen la broca con una fuerza constante varios metros sobre la broca, o que apunten la broca para dirigirla a una dirección deseada. Los sistemas de presionado de broca son ¦ más simples y más robustos, pero tienen limitaciones debido ¡ a la fuerza lateral aplicada que está a varios metros de la broca requiriendo así de la aplicación de fuerzas comparativamente más grandes para desviar la broca. En una cuestión de física básica, la fuerza lateral necesaria para inducir a una desviación determinada de broca (y, por lo ; tanto un cambio determinado en la dirección de la broca) se incrementará conforme la distancia entre la fuerza lateral y la broca se incremente.

Los ejemplos de los sistemas SDG de técnicas previas se pueden encontrar en las patentes estadounidenses No. 4,690,229 (Raney) ; 5,265,682 (Russell et al.); 5,513,713 (Groves) ; 5,520,255 (Barr et al.); 5,553,678 (Barr et al.); 5,582,260 (Murer et al.); 5,706,905 (Barr); : 5,778,992 (Fuller) ; 5,803,185 (Barr et al.); 5,971,085 (Colebrook) ; 6,279,670 (Eddison et al.); 6,439,318 (Eddison j et al.); 7,413,413,034 (Kirkhope et al.); 7,287,605 (Van : Steen yk et al.); 7,306,060 (Krueger et al.); 7,810,585 . (Downton) ; y 7,931,098 (Aronstam et al.), y en la solicitud internacional no. PCT/US2008/068100 (Downton), publicada , como Publicación internacional No. WO2009/002996 Al. ¡ Los diseños (SDG) actualmente usados típicamente ¡ requieren de grandes caídas de presión a través de la ! broca, limitando de esta manera las capacidades hidráulicas en un pozo determinado debido a que se incrementa el bombeo de los requerimientos de caballos de fuerza para circular el fluido de perforación a través del aparato. Los sistemas de apuntado de broca pueden ofrecer ventajas de desempeño sobre los sistemas de presionado de broca, pero requieren diseños de broca de perforación complejos y costosos; adicionalmente, pueden ser propensos a problemas de estabilidad de la broca en el pozo, haciéndolos menos consistentes y más difíciles de controlar, especialmente cuando se perforan a través de formaciones suaves .

Un sistema de presionado de broca típicamente requiere el uso de un filtro subterráneo que corre por arriba de la herramienta y mantiene los escombros fuera de las áreas críticas del aparato. Si se permitiera que los escombros grandes (por ejemplo rocas) o grandes cantidades de material de circulación perdido (por ejemplo, fluido de perforación) ingresaran en las configuraciones de válvula en los diseños de herramienta de presión de la broca actuales, la falla de la válvula es típicamente el resultado. Sin embargo, los filtros subterráneos también son propensos a los problemas; si el material de circulación perdido o las rocas entran y atascan un filtro subterráneo, puede ser necesario remover (o "dejar caer") la sarta de perforación y la broca del pozo para limpiar el filtro.

Debido a las razones anteriores, hay una necesidad de que los sistemas y aparatos dirigibles giratorios de perforación con presionado de broca puedan desviar la broca de perforación a un alcance deseado aplicando fuerzas inferiores laterales a la sarta de perforación que en los sistemas de presión de broca convencionales, produciendo menos presión en la herramienta de la que ocurre cuando se usan los sistemas conocidos. También existe la necesidad de que hayan aparatos y sistemas dirigibles giratorios de perforación de presionado de broca que puedan operar de forma segura sin necesitar que se usen en conjunción con los filtros subterráneos.

Los diseños SGD de presionado de broca que se encuentran en uso actualmente, típicamente incorporan un sistema o aparato de control SGD para controlar la operación de la herramienta SGD. Por lo tanto es necesario desconectar el aparato SGD completo de la sarta de perforación y reemplazarlo con uno nuevo siempre que se deseen cambiar los tamaños de la broca. Esto provoca que se incrementen los costos y la pérdida de tiempo asociada con el cambio de broca. Consecuentemente, también existe la necesidad de los diseños SGD en los cuales el aparato de control SGD sea fácilmente separable del mecanismo dirigible y pueda ser usado con múltiples tamaños de brocas para perforar.

Existe una necesidad adicional para que los sistemas y aparatos SGD de presionado de broca que pueden ser operados selectivamente en una primera modalidad para perforación diréccional, o una segunda modalidad en la cual el mecanismo de dirección sea apagado con la finalidad de una perforación recta y no desviada. Tal modalidad de selectividad operacional incrementará la vida de servicio del aparato así como el tiempo entre los cambios de herramienta en el campo. Adicionalmente, existe una necesidad para que esos sistemas y aparatos que usan un diseño modular de servicio en el campo, permitan que el control de los sistemas y los componentes del sistema de presión sean cambiados en el campo, proporcionando de este modo un incremento en la conflabilidad y la flexibilidad para el operador de campo, y a menor costo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En términos generales, la presente divulgación enseña las modalidades de los aparatos de perforación dirigibles giratorios de presionado de broca (alternativamente referido como una herramienta SGD) compuesta de una broca de perforación que tiene una estructura de corte, un mecanismo de presión (o "sección de dirección") para desviar lateralmente la estructura de corte mediante la aplicación de una fuerza lateral a la broca de perforación, y un montaje de control para accionar el mecanismo de presionado de broca. Como se usó en esta descripción de patente, el término "broca de perforación" se entiende como que incluye la estructura de corte y la sección de dirección, con la estructura de corte estando conectada al extremo de la sección de dirección. La estructura de corte puede estar conectada permanentemente o ser integral a la sección de dirección, o puede ser desmontable de la sección de dirección.

La sección de dirección de la broca de perforación aloja uno o más de los pistones, cada uno teniendo un movimiento radial. Los pistones están separados uniformemente típicamente (pero no necesariamente alrededor de la circunferencia de la broca, y adaptados para la extensión radialmente hacia afuera del cuerpo principal de la sección de dirección. En algunas modalidades, los pistones están adaptados para el contacto directo con el muro de un pozo perforado en una formación de la subsuperficie. En otras modalidades, un miembro de reacción (alternativamente referido como un panel de reacción) se proporciona para cada uno de los pistones, con las superficies externas de los miembros de la reacción dispuestas en un patrón circular generalmente correspondiente al diámetro (es decir, el calibre) del pozo y la estructura de corte de la broca de perforación. Cada uno de los miembros de reacción está montado a la sección de dirección para extenderse sobre por lo menos una porción de la cara externa del pistón asociado, de tal manera que se extiende sobre por lo menos una porción de la cara externa del pistón asociado, de tal forma que cuando un pistón determinado está extendido, éste reacciona contra la superficie interna de su miembro de reacción. La superficie externa del miembro de reacción a su vez reacciona contra el muro del pozo, de tal manera que la fuerza lateral inducida por extensión del pistón empujará o desviará la estructura de corte de la broca en una dirección diferente del pistón extendido, hacia el lado opuesto del pozo. Los miembros de reacción están montados a la sección de dirección en una forma no rígida o resistente para ser extremadamente desviable relativo a la sección de dirección, para inducir al desplazamiento lateral de la estructura de corte relativo al pozo cuando un pistón determinado es accionado. Los pistones pueden ser inclinados hacia posiciones retraídas dentro de la sección de dirección, mediante resortes de empuje.

La sección de dirección está formada con uno o más de los canales de fluidos, correspondiendo en número a los pistones, y cada uno se extiende entre el extremo interno radialmente de un pistón correspondiente a un pistón a una entrada de fluido en el extremo superior de la sección de dirección, de tal forma que un fluido que acciona el pistón (lodo de perforación) pueda entrar a cualquier canal de fluido determinado para accionar el pistón correspondiente. Los canales de fluidos típicamente continúan hacia abajo pasando los pistones para permitir que el fluido salga al pozo a través de los chorros terminales de la broca.

El montaje de control de la herramienta SGD está guardado dentro de un alojamiento, el extremo inferior del cual se conecta con el extremo más alto de la sección de dirección. El fluido que acciona el pistón como el lodo de perforación fluye hacia abajo a través del alojamiento y alrededor de la sección de dirección. El extremo inferior del montaje de control se acopla y se acciona un montaje de medición de fluido para dirigir el pistón de accionamiento del fluido a uno (o más) de los pistones a través de los canales de los fluidos en la sección de dirección.

En una de las modalidades de la herramienta SGD, el montaje de medición de fluido incluye generalmente un miembro del mango superior cilindrico que tiene una brida superior y una ranura o apertura en el mango debajo de la brida. El ensamblaje de medición del fluido también incluye un mango menor que tiene un orificio central y que define el número requerido de entradas de fluido, con cada una de las entradas de fluido abriéndose al orificio central vía un rebaje asociado en una región superior del' mango : inferior. El mango inferior está montado en o integralmente ¦ con el extremo superior de la sección de dirección. El : mango superior está dispuesto dentro del orificio del mango inferior, con la ranura en el mango superior generalmente a , la misma altura que los rebajes en el mango inferior. El ; montaje de control está adaptado para acoplar y rotar el mango superior dentro del mango inferior, de forma tal que ese fluido accionador del pistón fluirá desde el alojamiento hasta el mango superior, y luego será dirigido 1 vía la ranura en el mango superior, en un rebaje con el cual la ranura está alineada, y desde allí en la entrada de fluido correspondiente y hacia abajo dentro del canal del fluido correspondiente en la sección de dirección para accionar (es decir para extender radialmente) el pistón ¡ correspondiente.

El alojamiento y la broca de perforación girarán ; con el varillaje de perforación, pero el montaje de control I está adaptado para controlar la rotación del mango superior ' relativa al alojamiento. Para usar el aparato para desviarlo a un pozo en una dirección específica, el montaje 1 de control controla la rotación del mango superior para mantenerlo en una orientación angular deseada relativa al j pozo, sin importar la rotación del varillaje de perforación. En esta modalidad operacional, la ranura de medición de fluido en el mango superior permanecerá orientada hacia una dirección seleccionada relativa a la tierra; es decir, en oposición a la dirección en la cual se desea desviar el pozo. Conforme el mango inferior rota hacia abajo y relativo al mango superior, el fluido accionador del pistón será dirigido secuencialmente a cada una de las entradas de los fluidos, así accionando cada uno de los pistones para ejercer una fuerza contra el muro del pozo, y así empujar y desviar la estructura de corte de la broca en la dirección opuesta relativa al pozo. Con cada uno de las alineaciones momentáneas con una de las ranuras de medición de fluido del mango superior con una de las entradas de los fluidos, el fluido fluirá dentro de la entrada del fluido y accionará el pistón correspondiente para desviar la estructura de corte en la dirección lateral deseada (es decir hacia el lado del pozo opuesto al pistón accionado) . Consecuentemente, con cada rotación del varillaje de perforación, la estructura de corte estará sujeta a un número de empujes momentáneos correspondientes al número de chorros de fluidos y pistones .

En una modalidad variante, los mangos superior e inferior están adaptados y proporcionados de tal forma que el mango superior sea movible axialmente relativo al mango inferior, desde una posición superior que permite que el fluido fluya hacia las entradas de fluido simultáneamente, hacia una posición intermedia que permite que el fluido fluya hacia una sola de las entradas del fluido a la vez, y hacia una posición inferior previniendo que el flujo del fluido se vaya a cualquiera de las entradas de fluidos (en cuyo caso todo el fluido simplemente continua fluyendo hacia abajo hacia la estructura de corte a través del orificio central o canal en la sección de dirección) .

En otra modalidad de la herramienta SGD, el montaje de medición de fluido incluye una placa superior que es giratoria coaxialmente (por medio del montaje de control) sobre una placa inferior incorporada en el extremo superior de la sección de dirección, con la placa inferior fija definiendo el número requerido de entradas de fluido, que están configuradas en un patrón circular concéntrico con el eje longitudinal (es decir línea central) de la sección de dirección, y alineado con los canales de fluidos correspondientes en la sección de dirección. Las placas superiores e inferiores están hechas preferentemente de carburo de tungsteno u otro material resistente al desgaste. La placa superior tiene una apertura de medición de fluido que se extiende sobre esta, compensa una distancia radial generalmente correspondiente al radio de las entradas de fluido en la' placa inferior fija. Conforme el alojamiento de la herramienta y la broca de perforación rotan con el varillaje de perforación, el montaje de control controla la rotación de la placa superior para mantenerla en una orientación angular deseada relativa al pozo, independientemente de la rotación del varillaje de la perforación.

La placa superior de rotación se encuentra inmediatamente sobre y paralela a la placa inferior fija, de tal forma que cuando la apertura de la medición del fluido en la placa superior está alineada con una de las entradas de fluido determinada en la placa inferior fija, el fluido que acciona el pistón puede fluir a través de la apertura de medición del fluido en la placa superior y la entrada del fluido alineado en la placa inferior fija, y en el canal del fluido correspondiente en la sección de dirección. Este flujo de fluido provocará que el pistón correspondiente se extienda radialmente hacia afuera desde la sección de dirección de tal manera que reacciona contra su miembro de reacción (o reacciona directamente contra el pozo) , así empujando y desviando la estructura de corte de la broca en la dirección opuesta.

Preferentemente, la sección de dirección de la broca de perforación es desmontable del montaje de control (tal como por medio de una conexión roscada de caja y espiga) , con la placa superior giratoria incorporada en el montaje de control. Esto facilita el montaje del campo de los componentes para completar la herramienta SGD en el sitio de la plataforma de perforación, y facilita los cambios de la broca de perforación rápidos en un sito de perforación, ya sea para usar una estructura de corte diferente, o para dar servicio a la sección de dirección, sin tener que remover el montaje de control del varillaje de perforación.

Para presionar la estructura de corte en una dirección deseada relativa al pozo, el montaje de control se establece para mantener la apertura de medición del fluido orientado en la dirección opuesta a la dirección de empuje deseada (es decir en dirección de desviación) . La broca de perforación está girada dentro del pozo, mientras que la placa superior es no giratoria relativa al pozo. Con cada una de las rotaciones de la broca de perforación, la apertura de medición de fluido en la placa superior pasará sobre y estará momentáneamente alineada con cada una de las entradas del fluido en la placa inferior fija. Consecuentemente, cuando un fluido accionador es introducido en el interior del alojamiento de la herramienta sobre la placa superior, el fluido fluirá dentro de cada uno de los canales de fluidos a cambio durante cada una de las rotaciones del varillaje de perforación.

Con cada alineación momentánea de la apertura de medición de fluido de la placa superior con una de las entradas del fluido, éste fluirá hacia la entrada de fluido y accionará el pistón correspondiente para empujar (es decir desviar) la estructura de corte hacia la dirección lateral deseada (es decir, hacia la pared lateral del pozo opuesto al pistón accionador) . Consecuentemente, con cada giro del varillaje de perforación, la estructura de corte estará sujeta a un número de empujes momentáneos correspondientes al número de entradas de fluidos y de pistones .

Por medio del montaje del control, la dirección en la cual la estructura cortante es empujada puede ser cambiada mediante la rotación de la placa superior para darle una orientación relativa fija diferente al pozo. Sin embargo, si desea usar la herramienta para una perforación derecha (es decir no desviada) , la herramienta se puede poner en un modo de perforación recta (como se comenta en lo sucesivo) .

Al aplicar una fuerza lateral directamente a la broca de la perforación, cerca de la estructura de corte, en lugar de una distancia sustancial sobre la broca como en los sistemas de empuje de broca convencionales, se mejora la dirección de la broca, y la fuerza necesaria para empujar la broca se reduce. Las fuerzas laterales inferiores en la broca, con una broca que se mantiene en , línea con el resto del varillaje estabilizado por detrás, ' también incrementa la estabilidad y mejora la repetibilidad en formaciones suaves. El término "repetibilidad", como se usa en esta descripción de la patente, se entiende en la i industria de la perforación direccional como que denota la : habilidad para lograr repetidamente un radio de curvatura constante (nuestro "rango de construcción") para la ; trayectoria de un pozo en una formación de subsuperficie ; determinada, independiente de la fuerza de la formación. 1 Entre más grandes la magnitud de la fuerza aplicada contra el muro de un pozo mediante un pistón en un sistema de perforación de broca de empuje, más grande será la . tendencia para que el pistón corte las formaciones más i suaves y reduzca la curvatura de la trayectoria del pozo (como se compara con el efecto de las fuerzas similares en formaciones más duras) . Consecuentemente, esta tendencia en formaciones más suaves será reducida debido a las fuerzas ! inferiores de los pistones requeridas para equiparar la efectividad cuando se usan los sistemas de broca de empuje de acuerdo con esta divulgación.

Los sistemas y aparatos giratorios dirigibles de perforación de presionado de broca de acuerdo con la presente divulgación pueden ser de diseño modular, de tal [ forma que varios de los componentes (por ejemplo, pistones, j miembros de reacción, montaje de control, y componentes de montaje de control) se pueden cambiar en el campo durante los cambios de la broca. Como se destacó previamente, otra ¡ característica ventajosa del aparato es que la placa : superior giratoria (o mango) del montaje de medición de ¦ fluido puede ser desactivado para que la herramienta perfore directamente cuando la desviación del pozo no es requerida, y así promover por más tiempo la vida de la batería (por ejemplo, para componentes de montaje de , control de potencia con baterías) y así extender la longitud del tiempo que la herramienta puede operar sin cambiar las baterías .

El montaje de control para aparatos de perforación giratorios dirigibles de acuerdo con la presente divulgación puede ser de cualquier tipo funcionalmente adecuado. Por medio del único ejemplo no limitante, el montaje de control puede ser similar a o adaptado desde un montaje de control accionado con fluido del tipo de acuerdo con el sistema de perforación vertical divulgado en la Solicitud Internacional No. PCT/US2009/040983 (publicada como Publicación Internacional No. WO 2009/151786) . En otras modalidades, el montaje de control puede girar la placa superior giratoria o el mango que usa, por ejemplo, un motor eléctrico o turbinas opuestas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades de acuerdo con la presente divulgación serán ahora descritas con referencia a las Figuras acompañantes, en las cuales las referencias numéricas denotan partes similares, y en las cuales: La FIGURA 1 es una vista isométrica de una primera modalidad de un aparato de perforación giratorio de acuerdo con la presente divulgación, con los pistones que desvían la broca adaptada para el contacto directo con el muro de un pozo.

La FIGURA 2A es una sección transversal longitudinal a través de una primera variante del aparato de perforación giratoria en la FIG. 1, en la cual el montaje de medición de flujo incluye un mango superior giratorio y un mango inferior fijo.

La FIGURA 2B es un detalle ampliado del montaje de medición de fluido en la FIG. 2A.

Las FIGURAS 3A, 3B y 3C son isométricas, cruzadas seccionalmente y vistas laterales, respectivamente, del mango superior giratorio del aparato en la FIG. j 2A. ; Las FIGURAS 4A, 4B y 4C son isométricas, cruzan ' las secciones, y tienen vistas laterales, ¡ respectivamente, del mango inferior fijo del aparato en la FIG. 2A.

La FIGURA 5 es una sección transversal a través del aparato en la FIG. 2A, que muestra la ranura de medición de flujo en el mango superior giratorio alineada con una entrada de fluido en el mango inferior fijo para permitir el flujo del fluido en el canal de fluido correspondiente en la broca de perforación, y que muestra el pistón ampliado correspondiente .

La FIGURA 6 es una sección longitudinal parcial a través de una región medial del aparato en la FIG. 2A, que muestra el mango superior giratorio, el mango inferior fijo con entradas de fluido, y canales de fluido en la sección de dirección.

La FIGURA 7 es una vista inferior del aparato de la FIG. 2A, que muestra la broca de perforación y los alojamientos del pistón, con un pistón ampliado desviando una broca.

La FIGURA 8A es una sección transversal a través de una variante de un montaje de mango que se muestra en las FIGS. 2 a 6, con el mango superior giratorio en una posición superior en la cual el fluido accionador del pistón fluye hacia todos los canales de los fluidos .

La FIGURA 8B es una sección transversal a través del montaje del mango en la FIG. 8 A, que ilustra el flujo del fluido accionador del pistón en todas las entradas del fluido.

La FIGURA 9A es una sección transversal a través de un montaje de mango variante en la FIG. 8 A, con el mango superior giratorio en una posición intermedia en la cual el fluido accionador del pistón fluye solo en una entrada de fluido.

La FIGURA 9B es una sección transversal a través del montaje del mango en la FIG. 9 A, ilustrando el flujo del fluido accionador del pistón en la entrada del fluido alineado con la ranura en el mango superior giratorio.

La FIGURA 10A es una sección transversal a través del montaje del mango variante en la FIG. 8 A, con el mango superior rotatorio en una posición inferior en la cual el fluido accionador no puede fluir a ninguna de las entradas de fluido.

La FIGURA 10B es una sección transversal a través del montaje del mango en la FIG. 10A, ilustrando el flujo del fluido a las entradas del fluido bloqueadas.

La FIGURA 11 es una sección transversal longitudinal similar a la FIG. 2A, que muestra el aparato de perforación giratorio en operación dentro de un pozo, con un pistón radialmente ampliado y ejerciendo una fuerza desviadora de la broca contra ; una pared lateral del pozo.

La FIGURA 12 es una sección transversal longitudinal a través de una segunda modalidad del aparato de perforación giratorio en la FIG. 1, con un miembro de reacción montado resistentemente asociado con cada pistón, y en el cual el montaje de medición : de fluido incluye un plano superior giratorio y una , placa inferior fija.

La FIGURA 12A es una vista en plano de una placa ' superior giratoria del montaje de medición de fluido j en la FIG. 12.

La FIGURA 12B es una vista en plano de la placa : inferior fija del montaje de medición de fluido en la : FIG. 12. ! La FIGURA 13 es una sección transversal a través < del aparato en la FIG. 12, ilustrando la apertura de medición del fluido en la placa superior giratoria alineada con una entrada de fluido a través de la placa superior fija en la broca de perforación, y ' muestra el correspondiente pistón desviador de broca : ampliado. ! La FIGURA 14A es una vista isométrica de la ; sección direccional del aparato en la FIG. 12, con un miembro de reacción flexible montado en la sección direccional en asociación con cada pistón.

La FIGURA 14B es una vista del extremo superior del aparato en la FIG. 14A, que muestra las placas superior e inferior del montaje de medición del fluido, los alojamientos del pistón, y los miembros de la reacción flexible montados resistentemente.

La FIGURA 14C es una vista lateral del aparato en la FIG. 14A, con un pistón accionado y desviando su miembro de reacción flexible asociado.

La FIGURA 14D es una sección transversal longitudinal a través del aparato en la FIG. 14A, con un pistón accionado y desviando su miembro de reacción flexible asociado.

La FIGURA 15A es una vista isométrica de la sección de dirección del aparato en la FIG. 12, con un miembro de reacción girada montado a la sección de dirección en asociación con cada pistón.

La FIGURA 15B es una vista del extremo superior del aparato en la FIG. 15A, que muestra las placas superior e inferior del mecanismo accionador del pistón, los alojamientos del pistón, y los miembros de reacción girados.

La FIGURA 15C es una vista lateral del aparato en la FIG. 15A, con un pistón accionado y desviado su miembro de reacción girado asociado.

La FIGURA 15D es una sección transversal longitudinal a través del aparato de la FIG. 15A, con un pistón accionado y desviando su miembro de reacción girado asociado.

La FIGURA 16A es una vista isométrica de una variante de la sección de dirección del aparato en la FIG. 12, con el montaje de medición de fluido incorporando un montaje de mango como en las FIGS. 2 . a 6.

La FIGURA 16B es una vista del extremo superior del aparato en la FIG. 16A, que muestra los mangos superiores e inferiores del mecanismo accionador del pistón, los alojamientos del pistón, y los miembros de la reacción flexible montados resistentemente.

La FIGURA 16C es una vista lateral del aparato en la FIG. 16A, con un pistón accionado y desviando su miembro de reacción flexible asociado.

La FIGURA 16D es una sección transversal longitudinal a través del aparato en la FIG. 16A, con un pistón accionado y desviando su miembro de reacción flexible asociado.

La FIGURA 17A es una sección transversal a través de una modalidad de un montaje de pistón de acuerdo con la presente divulgación, que se muestra en una posición replegada.

La FIGURA 17B es una sección transversal a través de un montaje del pistón en la FIG. 17A, que se muestra en una posición ampliada (y con resortes de empuje que no se muestran para claridad de la ilustración) .

La FIGURA 18A es una vista lateral de un montaje del pistón en las FIGS. 17A y 17B, que se muestran en una posición replegada.

La FIGURA 18B es una vista lateral del montaje del pistón en las FIGS. 17A y 17B, que se muestran en una posición ampliada.

La FIGURA 19A es una vista isométrica del montaje de pistón en las FIGS. 17A-18B, que se muestran en una posición replegada.

La FIGURA 19B es una vista isométrica del montaje del pistón en las FIGS. 17A-18B, que muestran una posición ampliada.

La FIGURA 20A es una vista isométrica del miembro externo del montaje del pistón en las FIGS. 17A- 19B.

La FIGURA 20B es una vista isométrica del miembro interno del montaje del pistón en las FIGS. 17A- 19B.

La FIGURA 21 es una vista isométrica del resorte de empuje del montaje del pistón en las FIGS. 17A-19B.

La FIGURA 22 es una sección transversal a través de la sección de dirección del aparato de perforación en la FIG. 2A, que incorpora montajes de pistones de acuerdo con las FIGS . 17A a 21.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Las FIGS. 1 y 2 ilustran (en vistas isométricas y transversales, respectivamente) un aparato de perforación giratorio dirigible (o "herramienta SGD") (100) de acuerdo con una primera modalidad. La herramienta SGD (100) incluye un alojamiento cilindrico (10) , que guarda un montaje de control (50) ; y una broca de perforación (20) . Un espacio anular (12) se forma alrededor del montaje de control (50) dentro del alojamiento (10), de tal forma que el fluido de perforación que fluye al alojamiento (10) fluirá hacia abajo a través del espacio anular (12) hacia la broca de perforación (20) . La broca de perforación (20) comprende una sección de dirección (80) conectada al extremo inferior del alojamiento (10) , y una estructura de corte (90) conectada con el extremo inferior de la sección de dirección (80) para ser giratorio con el mismo. La sección de dirección (80) está preferentemente formada o dispuesta con los medios para facilitar la eliminación del alojamiento (10) , como ranuras del interruptor de la broca (15) . La estructura de corte (90) de cualquier tipo adecuado (por ejemplo, una broca compacta de diamante policristalino o una broca de estilo de rodillo de cono) , y estructura de corte (90) no forma parte de las modalidades más amplias de los aparatos de conformidad con la presente divulgación .

La sección de dirección (80) tiene uno o más canales de fluidos (30) extendiéndose hacia abajo desde el extremo superior de la sección de dirección (80) . Como se aprecia en la FIG. 2A, la sección de dirección (80) también tiene un canal axial central (22) para transportar fluido de perforación a la estructura de corte (90), donde el fluido de perforación puede salir bajo presión a través de chorros (24) (para mejorar la efectividad de la estructura de corte (90) conforme éste perfora hacia los materiales de formación de la subsuperficie) . Cada uno de los canales de fluidos (30) lleva al extremo interno radialmente de un pistón correspondiente (40) radialmente ampliable hacia afuera desde la sección (80) en respuesta a la presión de un fluido accionador fluyendo bajo presión a través del canal del fluido (30) . Típicamente, cada canal de fluido (30) se extiende más allá de su pistón correspondiente (40) a un chorro de la broca terminal (34) , que permite que el drenaje del fluido y el purgado de la presión del fluido.

La sección de dirección (80) define e incorpora una pluralidad de alojamientos de pistón (28) que sobresalen hacia afuera de la sección de dirección (80) (el cuerpo principal el cual típicamente tendrá un diámetro coincidente o cerca a ese alojamiento (10) . El viaje radial de cada uno de los pistones (40) es preferentemente restringido por un medio adecuado (indicado por medio del ejemplo en la FIG. 12 en la forma de un pasador transversal (41) que atraviesa una abertura ranurada (43) en el pistón (40) y asegurado dentro del alojamiento del pistón (28) en cada uno.de los lados del pistón (40). Esta característica particular es solo por medio de ejemplo, y los expertos en la técnica apreciarán que los otros medios para restringir el viaje del pistón pueden estar fácilmente ideados sin salirse del alcance de la presente divulgación. Los pistones (40) también son preferentemente proporcionados con medios de desviación adecuados (tales como, por medio de ejemplos no limitantes, resortes de empuje) pistones de empuje (40) hacia una posición replegada dentro de sus alojamientos de pistones respectivos (28) .

En un caso típico, el fluido accionador del pistón será una porción de un fluido de perforación desviado a partir del flujo del fluido a través del canal axial (22) hacia la estructura de corte (90) . Sin embargo, el fluido accionador del pistón puede ser alternativamente un fluido diferente de y/o a partir de una fuente diferente a la del flujo del fluido de perforación hacia la estructura de corte (90) .

La herramienta SGD (100) incorpora un montaje de medición de fluido que en la modalidad que se muestra en la FIG. 2A comprende un mango superior (110) que es giratorio por medio del montaje de control (50) dentro y relativo a un mango inferior (120) , es fijada a o integral con el extremo superior de la sección de dirección (80) . Como se puede ver mejor en las FIGS. 2A, 3A, 3B y 3C, el mango giratoria superior (110) tiene un orificio (114) que se extiende a través de una sección cilindrica (116) extendiéndose hacia debajo de una brida superior anular (112) . La sección cilindrica (116) tiene una apertura de medición de fluido que se muestra en forma de una ranura vertical (118) . Como se ve en las FIGS. 2A, 4A, 4B, y 4C, el mango inferior fijada (120) tiene un orificio (121) y un número de entradas de fluidos (122) geométricamente configurado para corresponder con los canales de fluidos (30) en la sección de dirección (80). En las modalidades ilustradas, entradas de fluidos (122) están organizados en un patrón circular centrado aproximadamente en la línea central longitudinal CLRSS de la herramienta SGD (100) .

Los rebajes (124) están formados en una región superior del mango inferior (120) que proporcionan comunicación de fluido entre cada una de las entradas del fluido (122) y el orificio (121) . Consecuentemente, y como se puede ver mejor en las FIGS. 2A y 6, cuando la sección cilindrica 116) del mango superior (110) está dispuesto : dentro del orificio (121) del mango inferior (120), con una ; ranura de medición de fluido (118) alineado con una rebaje determinado (124) en el mango inferior (120), orificio (114) del mango superior (110) estará en comunicación con ; el fluido con el canal de fluido correspondiente (30) en la sección de dirección (80) , vía ranura (118) , rebaje j (124) , y entrada de fluido (122) . Como se puede ver en la FIG. 5, el flujo resultante del fluido accionador bajo presión dentro del canal del fluido correspondiente (30) resulta en el accionamiento y la extensión externa radialmente del pistón correspondiente (indicado en la FIG. 5 por referencia numeral 40A para denotar un pistón i accionado) .

El montaje y la operación del montaje de medición ¡ de fluido descrito arriba pueden ser comprendidos además con referencia a la FIG. 6. El montaje de control (50) es proporcionado con medios de acoplamiento de montaje de medición para girar el mango superior (110) , y esto puede tomar cualquier forma funcionalmente efectiva. Por medio de un ejemplo no limitante, los medios de acoplamiento del montaje de medición se muestran en la FIGS. 2, 2A, y 6 que comprende un eje (52) operablemente conectado en su extremo superior para el montaje de control (50), y conectado en su extremo inferior a un yugo cilindrico (54) que tiene una placa del extremo superior (53) con una o más aperturas de fluido (53A) . El yugo cilindrico (54) está conectado : concéntricamente en su extremo inferior (54L) a la brida ¦ (112) del mango superior (110), de tal forma que el mango superior (110) rotará relativo al mango inferior (120) cuando el eje (52) es girado mediante el montaje de control (50) . Un flujo (70) fluyendo hacia abajo dentro del espacio anular (12) que rodea el montaje de control (50) dentro del alojamiento (10) fluye a través de las aperturas de fluido (53A) en la placa del extremo superior del yugo (54) , en la cavidad cilindrica (55) dentro del yugo (54), y luego dentro del orificio (114) del mango superior (110) . Una porción del fluido (70) se desvía a través de la ranura (118) en la sección cilindrica (116)' del mango superior (110) en la entrada del fluido (120) alineado en ese momento con la ranura (118), y luego en el canal de fluido ¡ correspondiente (30) para accionar el pistón correspondiente (40) . El resto del fluido (70) fluye a un canal axial principal (22) en la sección de dirección (80) ; para administrarlo en una estructura de corte (90). ! La FIG. 7 es una vista inferior de la broca de perforación (20), que muestra una estructura de corte (90) con elementos o dientes de corte (92) chorros de la broca : (24), pistones (40), y alojamientos de pistones (28). En la FIG. 13, un pistón, marcado (40A) se muestra en una posición accionada, extendido radialmente hacia afuera desde el alojamiento del pistón (28) .

La FIG. 8A ilustra una variante del montaje del mango que se muestra en las FIGS. 2 y 6 y los dibujos detallados relacionados. El mango superior (210) en la FIG. 8A es generalmente similar al mango superior (110) en las FIGS. 3A- 3C, con una brida (212) y un orificio 214) similar a la brida (112) y al orificio (214) similar a la brida 112) y al orificio (114). en el mango superior (110), excepto que este tiene una sección cilindrica (216) más larga que la sección cilindrica (116) en el mango superior (110). La sección cilindrica (216) tiene una ranura para medir el fluido (218) similar a la ranura de medición de fluido (118) en la sección cilindrica (116), ubicada en la región inferior de la sección (216) . El mango inferior (220) en la FIG. 8A es generalmente similar al mango inferior (120) en las FIGS. 4A-4C, con entradas de fluidos (222) debajo de los rebajes correspondientes (224) (similar a las entradas de los fluidos (122) y los rebajes (24) en el mango inferior (120) formado en una cuerpo inferior (225) que tiene un orificio (221) análogo al orificio (121) en el mango inferior (120), más una placa de la tapa (226) extendidas a lo largo de la parte superior del cuerpo inferior (25) y que tiene una apertura central para recibir la sección cilindrica (216) del mango superior (210) .

Como se pueden comprender con la referencia a las FIGS. 8A y 8B, cuando el mango superior (210) está en una posición superior relativa al mango inferior (220) , con sección cilindrica (216) elevada por lo menos parcialmente libre de rebajes (224) en la manga inferior (220) , las porciones del fluido (70) que fluyen al orificio (214) en un mango superior (210) y un orificio (221) en un mango inferior (220) será desviado directamente a todos los rebajes (224) y las entradas del fluido (222) para accionar todos los pistones (40) . En el modo operacional, los pistones accionados servirán para centralizar y estabilizar la broca de perforación (20) cuando se perfora una sección desviada de un pozo. Esto puede ser particularmente benéfico y ventajoso cuando se perfora una sección directa pero no vertical del pozo, y o cuando es deseable maximizar el área de flujo total (AFT) en la broca (AFT siendo definida como el área total de todas las toberas o chorros a través de los cuales el fluido puede fluir hacia la broca) . AFT será más grande cuando el mango superior (210) es una posición más alta, en la cual el fluido puede fluir a todos los canales de fluido (30) . Esto se debe a que el fluido será capaz de fluir hacia todos los chorros terminales de la broca (34) conectado a los canales de fluidos (30) , adicionalmente al flujo hacia todos los chorros de toda la broca (24) en la estructura de corte (90) . En contraste, la AFT será menor cuando el mango superior (210) está en su posición inferior (como se muestra en las FIGS. 10A y 10B) , en las cuales el flujo del fluido fluye a todos los canales de fluido (30) está bloqueado, y el fluido puede salir de la herramienta solo a través de los chorros de la broca (24) .

La estabilización de la broca de perforación con todos los pistones extendidos también puede ser deseable durante la perforación "derecha" para mitigar la "rotación de la broca" que pueden resultar en una calidad pobre del pozo cuando se perfora a través de formaciones suaves .

Las FIGS. 9A y 9B ilustran la situación cuando el mango superior (210) está en una posición intermedia relativa al mango inferior (220), con la sección cilindrica (216) extendiéndose debajo de la placa de la tapa (226) para permitir que fluya el fluido desde el orificio (214) a través de la ranura de medición de fluido (218) , y luego en la entrada de fluido correspondiente (222) para accionar el pistón correspondiente (40); es decir, esencialmente el mismo que el del montaje del mango que se muestra en la FIG. 2B.

Las FIGS. 10A y 10B ilustran la situación cuando el mango superior (210) está en una posición inferior relativa al mango inferior (220) , con una ranura (218) dispuesta debajo de los rebajes (224) de tal manera que el fluido no puede entrar a ninguno de los rebajes (224) y las entradas de los fluidos (222) . En este modo operacional, todo el fluido (70) fluirá directamente a la estructura de corte (90) , sin desviación. Esto puede ser deseable para la perforación derecha/directa a través de materiales del subsuelo estables comparativamente, con un AFT menor a la broca .

Para operar un montaje de medición de fluido que incorpora mangos superiores e inferiores (210) y (220) como en las FIGS. 8A- 10B, montaje de control (50) incorporará o será dispuesto con medios para levantar y bajar el mango superior 210) adicionalmente al mango superior giratorio (210) . Los expertos en la materia apreciarán que haya varios medios para mover axialmente el mango superior (210) relativo al mango inferior (220) se puede desviar de acuerdo con las tecnologías conocidas, y la presente divulgación no está limitada al uso de un medio particular.

La FIG. 11 ilustra la herramienta SGD (100) como en la FIG. 2A, en operación dentro de un pozo WB. En esta vista, una porción (70A) del fluido (70) desde un espacio anular (12) del SGD 100) ha sido desviado al canal de fluido "activo" (30 A) en la sección de la dirección 80) vía una ranura de medición de fluido (118) en el mango superior giratorio (110) del montaje de medición de fluido. El flujo del fluido bajo presión en el canal del fluido (30 A) acciona el pistón correspondiente 40A, causando que un pistón accionado (40A) se extienda radialmente hacia fuera desde la sección de dirección (80) y en un contacto de reacción con el muro de pozo WB en una región de contacto WX, así ejerciendo una fuerza transversa contra la sección de dirección (80) desviando la estructura de corte (90) en la dirección lejos de la región de contacto WX por una desviación D, siendo el desplazamiento lateral de la línea central del eje desviado CLRSS de la herramienta SGD (100) relativo a la línea central CLWB del pozo WB. La región de contacto WX, para una orientación determinada fija del mango superior (110) y su ranura de medición de fluido (118) relativo al pozo WB, no será un punto fijo específico o una región en el muro del pozo, sino que se moverá conforme la perforación progresa de forma más profunda en el suelo. Sin embargo, en modos operacionales que disponen de accionamiento de solo un pistón (40) en un momento determinado, la región de contacto WX siempre corresponderá a la posición angular de la ranura de medición de fluido (118) .

A medida que la herramienta (100) continúa girando, el flujo del fluido accionador (70A) en un canal de fluido activo (30A) será bloqueado, así liberando la fuerza hidráulica que acciona el pistón (40A) que será retraído entonces del cuerpo de la sección de la dirección (80) . El giro adicional de la herramienta (100) causará que el fluido accionador fluya al siguiente canal de fluido (30) en una sección de dirección (80), así accionando y extendiendo el siguiente pistón (40) en secuencia, y ejerciendo otra fuerza transversa en la región de contacto WX del pozo WB.

Consecuentemente, por cada giro de la herramienta (100) , una fuerza transversa desviadora de la broca será ejercida contra el pozo WB en la región de contacto WX, el mismo número de veces que el número de canales de fluido (30) en la sección de dirección (80), así manteniendo una desviación efectivamente constante (D) de la estructura de corte (90) en una dirección transversa constante relativa al pozo WB. Como resultado de esta desviación, la orientación angular del pozo WB gradualmente cambiará, creando una sección curvada en el pozo WB.

Cuando se ha logrado el grado deseado de desviación o curvatura del pozo para perforar una sección desviada del pozo, la operación del montaje de control (50) es ajustada para girar el mango superior (110) de tal forma que la ranura de medición de fluido (118) está en una posición neutral entre un par adyacente de rebajes (124) en el mango inferior (120), de tal forma que el fluido (70) no puede ser desviado a ninguna de las entradas de fluido (122) en el mango inferior (120). El montaje de control (50) (o medios de acoplamiento de montaje de medición asociado) luego es desacoplado del mango superior (110), dejando el mango superior (110) libre para girar con la manga inferior (120) y la sección de dirección (80), o alternativamente es accionado para girar al mismo rango como la herramienta (100) , así en cualquiera de los casos de la ranura de mantenimiento (118) en una posición neutral relativa al mango inferior (120) de tal forma que el fluido no puede fluir a ninguno de los pistones (40) . Las operaciones de perforación pueden ser continuadas sin ninguna fuerza transversa actuando para desviar la estructura de corte (90) .

En las modalidades variantes en las cuales el montaje de medición de fluido incluye un mango superior movible axialmente (210) y un mango inferior (220) en las FIGS . 8A-10B, la transición a las operaciones de perforación no desviadas efectuadas mediante el movimiento del mango superior (210) (por medio del montaje de control (50) ) a cualquier de las posiciones superior o inferior relativa al mango inferior (220), según sea deseado o adecuado respecto a las consideraciones operacionales . El flujo de fluido a los canales de fluido (30) será prevenido sin importar si el mango superior (210) continúa girando relativo al mango inferior (220) .

La FIG. 12 ilustra una herramienta SGD (200) de acuerdo con una modalidad alternativa en la cual el montaje de medición de fluido incluye una placa giratoria superior (60) y una placa inferior" (35) fija a o formada integralmente al extremo superior de una sección de dirección modificada (280). La placa inferior (35) tiene uno o más de entradas de fluidos (32) análogos a las entradas de fluidos (122) en el mango inferior (120) que se muestra en las FIGS . 2 y 6 (y en este documento en cualquier otro apartado) . En la modalidad ilustrada, y como se muestra en la FIG. 12B, las entradas de fluido (32) están organizadas en un patrón circular aproximadamente en la línea central CLRSS de la herramienta SGD (200) . La placa superior (60) es giratoria, relativa al alojamiento (10), aproximadamente en un eje de rotación coincidente con la línea del centro CLRSS. Como se muestra en la FIG. 12A, la placa superior (60) tiene un orificio de medición de fluido (62) desplazado desde la línea central CLRSS en un radio correspondiente al radio del círculo de las entradas del fluido (32) formado en placas inferiores fijas (35). La placa superior (60) también tiene una apertura central (63) que permite que el flujo del fluido baje hacia el canal axial (22) de la sección de dirección (80) , y una placa inferior (35) tiene una apertura central (33) para el mismo propósito .

El montaje de medición de fluido que se muestra en las FIGS. 12, 12A, y 12B funciona esencialmente en la misma forma como se describe previamente con respecto a las modalidades de la herramienta SGD que tienen un montaje de medición de fluido incorporando un mango superior (110) o (210) y un mango inferior (120) o (220). La placa superior es girada por el montaje de control (50) (eso mediante un yugo (54) como se describe previamente) para mantener el orificio de la medición del fluido (62) en una orientación fija relativa al pozo WB sin importar la rotación del alojamiento (10) y la sección de dirección (80) . Como alojamiento (10) y la sección de dirección (80) rota relativo al pozo WB, el orificio de medición del fluido (62) en una placa superior (60) entrará en alineación con cada una de las entradas del fluido (32) en la placa inferior (35) en secuencia, así permitiendo que una porción del fluido fluya desde el espacio anular (12) a través de aperturas de fluidos 53A en una placa del extremo superior (53) del yugo (54) para ser dividido en cada uno de los canales del fluido (30) en secuencia, y causando que los pistones correspondientes (40) sean extendidos radialmente en secuencia, así induciendo a una desviación en la orientación del pozo WB como se describe previamente.

La FIG. 13 es una sección transversal a través de alojamiento (10) sobre la placa superior giratoria (60), mostrando el desplazamiento ' del orificio (62) en una placa superior (60) y, en un contorno discontinuo, entradas de fluido (32) (cuatro en total en la modalidad ilustrada) en la placa inferior fija (35) dispuesta debajo de la placa superior (60). Así mismo, la FIG . 13 ilustra los pistones (40) y sus alojamientos para pistones correspondientes (28) (cuatro en total correspondientes al número de entradas de fluido (32)) y, debajo del mismo, la estructura de corte (90) con broca de perforación dentada (92). La FIG. 13 ilustra la alineación del orificio de la medición del fluido (62) de la placa superior (60) de las entradas del fluido (32) en la placa inferior (35), resultando en extensiones radialmente exteriores de un pistón accionado correspondiente (40 A) .

Para la transición de la herramienta SGD (200) a las operaciones de perforación desviada, el montaje de control (50) es accionado para girar la placa superior (60) a una posición neutral relativa a la placa inferior de tal forma que el orificio medidor de fluido (62) no está alineado con ninguna de las entradas del fluido (32) en una placa inferior (35), y la placa superior (60) es rotada entonces al mismo rango que la sección de dirección (80) para mantener el orificio de medición de fluido (62) en una posición neutral relativa a la placa inferior (35) .

En una modalidad alternativa del aparato (no se muestra) , la placa superior (60) puede ser selectivamente movida axialmente y hacia arriba lejos de la placa inferior (35), así permitiendo que el flujo del fluido llegue a todos los canales de fluidos (30) y provocando una extensión externa de todos los pistones (40) . Esto resulta en fuerzas transversas iguales que son ejercidas alrededor del perímetro de la sección de dirección (80) y efectivamente causando que la estructura de corte (90) perfore directo/derecho, sin desviación, mientras que también estabiliza la estructura de corte (90) dentro del pozo WB, similar al caso de las modalidades previamente descritas que incorporan mangos superiores e inferiores (210) y (220) cuando el mango superior (210) está en su posición superior relativa al mango inferior (220) . El control de sistema (50) puede ser desactivado o ser colocado en modo de hibernación cuando la placa superior (60) y la placa inferior (35) no estén en contacto, así se ahorra vida de la batería y no se desgastan los componentes del sistema de control.

En una modalidad, el montaje de control (50) incluye un motor de desplazamiento positivo controlado electrónicamente (PD) que gira sobre la placa superior (60) (o el mango superior (110) o (210) , pero el montaje de control (50) no está limitado a éste o a cualquier otro tipo particular de mecanismo.

Los sistemas dirigibles giratorios de perforación de acuerdo con la presente divulgación pueden ser ; fácilmente adaptados para facilitar el cambio de los pistones altamente ciclados durante los cambios de broca.

Esta capacidad para cambiar los pistones independientemente del sistema de control, en un diseño que proporciona una interfaz cambiable de campo, hace que el sistema sea más compacto, más fácil para darle servicio, más versátil, y más confiable que los sistemas dirigibles convencionales. Las herramientas SGD de acuerdo con la presente divulgación también permitirán que los diferentes tamaños y tipos de ¦ brocas y/o pistones sean usados en conjunción con el mismo sistema de control sin haber cambiado nada más que el sistema de dirección y/o la estructura de corte. Esto significa, por ejemplo, que el sistema puede ser usado para ¡ perforar un pozo de 12-1/4" (311 mm) , y subsecuentemente ' ser usado para perforar un pozo de 8-3/4" (222 mm) , sin cambiar el tamaño de alojamiento del sistema de control, así se ahorra tiempo y requiere menos equipo.

El sistema también puede ser adaptado para permitir el uso de la broca separadamente del sistema de control. Opcionalmente, el montaje de control puede ser un diseño modular para controlar no solo las brocas sino también otras herramientas de perforación que pueden tener | un uso benéfico de la placa superior (o mango) de la herramienta para desempeñar las tareas útiles.

Las FIGS. 14A, 14B, 14C, y 14D ilustran la sección de dirección (280) de una herramienta SGD de acuerdo con la modalidad que se muestra en la FIG. 12. La sección de dirección (280) es substancialmente similar a la sección de dirección (80) descrita con referencia a la FIG. 12, y números de referencia similares son usados para componentes comunes en ambas modalidades. La sección de dirección (280) se muestra mediante un ejemplo no limitante con un extremo del pasador superior (16) para fines de conexión roscada en el extremo superior de la estructura de corte (90) . La sección de dirección (280) se distingue de la sección de dirección (80) que se muestra en la FIG. 2A con la provisión de paneles de reacción flexibles (240) , cada uno de los cuales tiene un extremo superior resistentemente montado al cuerpo completo de la sección de dirección (280) y un extremo inferior libre (241) que se extiende sobre un alojamiento de pistón correspondiente (28) . En la modalidad ilustrada, el montaje resistente de los paneles de reacción flexibles (240) al cuerpo de la sección de dirección (280) se lleva a cabo teniendo los extremos superiores de los paneles de reacción (240) formados integralmente con una banda circular (242) dispuestos dentro de una ranura anular (243) extendido alrededor de la circunferencia de la sección de la dirección (280) en un punto debajo del extremo del pasador (16) . Sin embargo, esto solo se puede lograr por ejemplo. Los expertos en la técnica apreciarán que las otras formas de montaje resistente en los extremos superiores de los paneles de reacción (240) a la sección de dirección (280) pueden ser fácilmente ideados, y la presente divulgación no está limitada al uso de cualquier medio particular o método de montaje de paneles de reacción (240) .

Como se puede apreciar mejor con referencia a la porción superior de la FIG. 14D, cuando un pistón determinado (40) está en una posición replegada, el extremo inferior libre (241) de su panel de reacción flexible asociado (240) quedará a ras o casi con la superficie externa del alojamiento del pistón asociado (28) . Sin embargo, cuando un pistón es accionado (como se ilustra en el pistón accionado (40A) en la porción inferior de la FIG. 14D) , se desviará al extremo inferior libre (241) del panel de reacción asociado (indicado con el número de referencia (240a) en la FIG. 14D) radialmente externo. El panel de reacción flexible desviado (240 A) será presionado hacia y contra el muro del pozo, resultando en la sección de dirección (280) y la estructura de corte (90) siendo presionada en la dirección opuesta radialmente. Cuando el pistón es accionado (40A) se repliega a su alojamiento del pistón (28) , el extremo inferior libre del panel de reacción (240A) recuperará su estado y posición sin tensión elásticamente.

Las FIGS. 15A, 15B, 15C, y 15D ilustran la sección de dirección (380) de una herramienta SGD de acuerdo con una modalidad alterna. La sección de dirección (380) es substancialmente similar a la sección de dirección (80) descrita con referencia a la FIG. 12, y los números de referencia similares se usan para componentes comunes de ambas modalidades. La sección de dirección (380) se distingue de la sección de dirección (80) mediante la provisión de paneles de reacción (340) , cada uno de los cuales se extiende sobre un alojamiento del pistón correspondiente (28), para el cual el panel de reacción (340) , está montado en uno o más puntos de articulación (342) a fin de que se pueda pivotear sobre un eje de articulación substancialmente paralelo al eje longitudinal de la sección de dirección (380) . Los puntos de articulación (342) están ubicados preferentemente en los bordes principales de los paneles de la reacción con articulaciones (340) (el término "borde principal" es relativo a la dirección de rotación de la herramienta) .

Como se puede apreciar con la referencia de la porción superior de la FIG. 15D, cuando un pistón determinado (40) está en una posición replegada, su panel de reacción de articulación asociado (340) preferentemente quedará al ras o muy cerca de la superficie del alojamiento del pistón asociado (28). Sin embargo, cuando un pistón es accionado (como se ilustra en el pistón accionado (40A) en la porción inferior de la FIG. 15D) , empujará hacia afuera contra su panel de reacción con articulación correspondiente (340A) , provocando que el panel (340A) pivote sobre el punto de articulación (342) y desvía hacia afuera y contra el muro del pozo, como se ve en las FIGS 15C y 15D. Esto resulta en la sección de dirección (380) y la estructura de corte (90) siendo empujado en la dirección radialmente opuesta. Cuando el pistón accionado ( 0A) se repliega en el alojamiento del pistón (28) , el panel de reacción de la articulación (340A) se puede regresar a su posición original, asistido de forma adecuada por los medios de polarización adecuados.

Las FIGS. 16A, 16B, 16C y 16D ilustran una variante (280-1) de la sección de dirección (280) que se muestra en las FIGS. 14A, 14B, 14C, y 14D, con la única diferencia que el montaje de medición del fluido en la sección de dirección (280-1) incorpora los mangos superior e inferior (110 y 120) como en las Figuras 3A-3C y 4A-4C, en lugar de las placas superior e inferior (60 y 35) como en la sección de dirección (280). Los componentes y las características que no tienen números de referencia en las FIGS . 16A, 16B, 16C, y 16D corresponden a los componentes y características similares que se muestran y se referencian en las FIGS. 14A, 14B, 14C, y 14D. Los expertos en la materia también apreciarán que la sección de dirección (380) que se muestra en las FIGS. 15A, 15B, 15C, y 15D ; puede ser adaptada similarmente .

Las herramientas SGD de acuerdo con la presente ' divulgación pueden usar pistones y construcción de ! cualquier tipo funcionalmente adecuado descrito o ilustrado en este documento. Las FIGS. 12, 14D, 15D, y 16D, por ; ejemplo, muestran pistones unitarios o de una sola pieza ' (40). Las FIGS. 17A a la 21 ilustran una modalidad de un · montaje de pistón alternativo (140) compuesto de un miembro exterior (y superior) (150) , un miembro interno (o ' inferior) (160), y, en las modalidades preferentes, un resorte de empuje (170) . En esta descripción del montaje del pistón (140) y sus elementos constitutivos, los : adjetivos "interno" y "externo" son usados relativos a la línea central de una sección de dirección (80) junto con la ; cual el pistón (140) es instalado; es decir, el miembro 1 I interno (160) estará dispuesto radialmente hacia adentro i del miembro externo (150), mientras que el miembro externo ¡ (150) es radialmente expandible hacia afuera desde la ¡ sección de dirección (80) (y lejos del miembro interno ; (160) ) . Sin embargo, para me or conveniencia en la : descripción de estos componentes, los adjetivos "superior" e "inferior" pueden ser usados intercambiablemente con "externo" e "interno", respectivamente, de acuerdo con la representación gráfica de estos elementos en las FIGS . 17A a 21.

Como se muestra en un detalle particular en las FIGS. 17A y 17B, el miembro exterior (150) del montaje del pistón (140) tiene una pared lateral cilindrico (152) con un extremo superior (152U) cerrado por un miembro de la tapa (151), y un extremo inferior abierto (152L) . La superficie superior (o exterior) (151A) del miembro de la tapa (151) puede ser opcionalmente contorneada como se muestra en las FIGS. 17A, 17B, 18A, y 18B para conformar el diámetro efectivo de una estructura de corte (90) montada a la sección de dirección (80) , en la modalidad que tiene la intención para el contacto directo con el pistón con un muro del pozo, sin los miembros de reacción que intervienen. La modalidad del miembro exterior (150) que se muestra en las FIGS. 17A y 17B está adaptado para recibir el extremo superior del resorte de empuje (170) (en una manera descrita más adelante) , y para ese fin está formado con una saliente cilindrica (153) que proyecta coaxialmente hacia abajo del miembro de la tapa (151) y que tiene una cavidad de fondo abierto y de roscado interno (154) . Un espacio anular de fondo abierto (155) se forma así entre la saliente (153) y la pared lateral (152) del miembro externo (150) .

Extendiéndose hacia abajo desde la pared lateral cilindrica (152) son un par de extensiones de paredes laterales diametralmente opuestas, espaciadas y curvilíneas (156), cada una teniendo una porción inferior (157) formada con una agarradera que se proyecta circunferencialmente o un elemento de detención (157A) en cada uno de los extremos circunferenciales de la porción inferior (157). Cada una de las extensiones de la pared lateral (156) puede ser descrita como que toma la forma general de una "T" invertida, con un par de aperturas de pared lateral opuestas diametralmente (156A) estando formadas entre las dos extensiones de la pared lateral (156) .

El miembro interno (160) del montaje del pistón (140) tiene una pared lateral cilindrica (161) que tiene un extremo superior (160U) y un extremo superior (160U) y un extremo inferior (160L), y adjuntando una cavidad cilindrica (165) que está abierta en cada uno de los extremos. Un par de aperturas de pasador de retención diametralmente opuestos (162) se forman a través de las paredes laterales (161) para recibir el pasador de retención (145) para asegurar al miembro interno (160) a y dentro de la sección de dirección (80) , de tal forma que la posición del miembro interno (160) relativo a la sección de dirección (80) será fijado radialmente . Un par de aperturas de fluido diametralmente opuestas (168) (semicirculares o semiovalados en la modalidad ilustrada) se forman en la pared lateral (161) del miembro interno (160), interceptando el extremo inferior (160L) y en los ángulos derechos para las aperturas del pasador de retención (162), para estar generalmente alineado con los canales de fluidos correspondientes (30) cuando el pistón (40) está instalado en la sección de dirección (80) , para permitir el paso del fluido de perforación hacia abajo más allá del miembro interno (160) y en un chorro de la broca correspondiente (34) en la sección de dirección (80) . Como se puede ver en la FIG. 17B, y para los fines que se describirán posteriormente en este documento, una ranura anular (169) se forma alrededor de la cavidad (165) en el extremo inferior (160U) del miembro interno (160). En la modalidad ilustrada, la ranura anular (169) es discontinua, siendo interrumpida por las aperturas de los fluidos (168) .

Extendiéndose hacia arriba desde la pared lateral cilindrica (161) están un par de extensiones de la pared lateral opuestos diametralmente y están espaciados y curvilíneos (163), cada uno teniendo una porción superior (164) formada para definir una agarradera que se proyecta circunferencialmente o un elemento de detención (164A) en cada uno de los extremos circunferenciales de la porción superior (164) . Cada una de las extensiones de la pared lateral (163) puede así ser descrita como que generalmente tiene forma de T, con un par de aperturas de paredes laterales opuestas diametralmente (163A) estando formadas entre las dos extensiones de las dos paredes laterales (163). En combinación, las agarraderas (157A) y (164A) fungen como medios que limitan el viaje definiendo el movimiento radial máximo del miembro exterior (150) del montaje del pistón (140) .

Como se puede entender mejor con referencia a las FIGS. 18A, 18B, 19A y 19B, el miembro externo (150) y el miembro interno (160) pueden ser ensamblados mediante la inserción de extensiones de pared lateral en las porciones, superiores (163) del miembro interno (160) en las aperturas de la pared lateral (156A) del miembro externo (150) de tal forma que el miembro exterior (150) y el miembro interno (160) están en una alineación coaxial. El miembro externo (150) es axialmente movible relativo al miembro interno (160) (es decir, radialmente relativo a la sección de dirección (80)), con un movimiento axial externo del miembro exterior (150) estando limitado por los empalmes de las agarraderas (157A) en el miembro exterior (150) contra las agarraderas (164A) en el miembro interior (160) , como se ve en las FIGS. 17B, 18B, y 19B.

El resorte de empuje (170), que se muestra en la vista isométrica en la FIG. 21, incluye una pared lateral cilindrica (173) que tiene un extremo superior (173U) y un extremo inferior (173L), y definiendo una cámara interna cilindrica (174). El extremo superior extremo superior (173U) de la pared lateral (173) se forma o se dispone con una brida anular que se proyecta hacia dentro (171), y un extremo inferior (173L) de la pared lateral (173) se forma o se dispone con un borde anular que se proyecta hacia afuera (179) . Una ranura helicoidal (175) se forma a través de la pared lateral (173) de tal forma que la pared lateral (173) toma la forma de un resorte helicoidal, con una ranura helicoidal (175) que tiene un término superior adyacente a la brida anular (171) y un término inferior adyacente al borde anular (179) . Una ranura helicoidal (175) se forma a través de la pared lateral (173), de forma tal que la pared lateral (173) toma la forma de un resorte helicoidal, con una ranura helicoidal (175) teniendo un término superior adyacente a una brida anular (171) y un término inferior adyacente al borde anular (179) . Un par de aperturas con pasadores de retención diametralmente opuestos (172) se forman a través de las paredes laterales (173) para recibir un pasador de retención (145) cuando el resorte de empuje (170) está ensamblado con un miembro interno (160) del montaje del pistón (140) e instalado en una sección de dirección (80) (como se describirá posteriormente en este documento) . En la modalidad ilustrada del resorte (170) , el término inferior de la ranura helicoidal (175) coincide con una de las aperturas del pasador de retención (172) , pero esto es para mejor referencia más que por una razón esencial funcionalmente. Un par de aperturas de fluidos opuestos diametralmente (168) (semicircular o semiovalado en la modalidad ilustrada) están formadas en la pared lateral (173), interceptando el extremo inferior (173L) de la pared lateral (173) y en los ángulos derechos de las aperturas de los pasadores retenedores (172), para que esté generalmente alineado con las aperturas de fluidos (168) en la pared lateral (161) del miembro interno (160) cuando el resorte de empuje (170) está ensamblado con el miembro interno (160) .

El montaje del montaje del pistón (140) puede ser entendido mejor con referencia a las FIGS. 17A, 17B, y 22. El primer paso de montaje es insertar el resorte de empuje (170) hacia arriba dentro de la cavidad (165) del miembro interno (160) de tal forma que el borde anular (179) en el resorte de empuje (170) está acoplado con retención dentro de la ranura anular (169) en un extremo inferior (160L) del miembro interno (160). El siguiente paso es ensamblar el sub-montaje del miembro interno (160) y el resorte de empuje (170) con el miembro exterior (150), mediante la inserción del extremo superior del resorte de empuje (170) en el extremo inferior del miembro externo (150) de tal forma que la brida (171) del resorte de empuje (170) está dispuesta dentro del espacio anular (155) en un miembro exterior (150) . Un espaciador generalmente cilindrico (180) que tiene una brida anular que se proyecta hacia dentro (180A) en su extremo inferior es entonces posicionado sobre y alrededor de la saliente cilindrica (153), y un tornillo de casquete (182) es insertado hacia arriba a través de la apertura en el espaciador (180) y roscado en la cavidad roscada (154) en la saliente (153), así asegurando el espaciador (180) y el extremo superior del resorte de empuje (170) al miembro exterior (150).

Así ensamblado, el pistón (140) incorpora un resorte de empuje (170) con su extremo superior (externo) retenido de forma segura dentro del miembro externo (150) y con su extremo inferior (interno) retenido de forma segura por el miembro interno (160) . Consecuentemente, cuando un fluido accionador de pistón fluye hacia el canal del fluido asociado, (30) en la sección de dirección (80) , el fluido fluirá dentro del pistón (140) y ejercerá presión contra el miembro de la tapa (151) del miembro exterior (150), a fin de superar la fuerza de empuje del resorte de empuje (170) y se extienda el miembro externo (150) radialmente hacia fuera de la sección de dirección (80) . Cuando la presión del fluido es liberada, el resorte de empuje (170) regresará al miembro exterior (150) a su posición retraída como se muestra en las FIGS. 17A y 18A. La magnitud de la fuerza de empuje que proporciona el resorte de empuje (170) puede ser ajustada al ajustar la posición axial del tornillo de casquete (182) , y/o mediante el uso de espaciadores (180) de longitudes axiales diferentes.

El (los) pistón(es) ensamblado (s ) (140) entonces puede (n) ser montado (s) dentro de la sección de dirección (80) como se muestra en la FIG. 22. Los pasadores de retención (145) son insertados a través de las aperturas transversales en la sección de dirección (80) y a través de las aperturas de los pasadores de retención (162) y (172) en el miembro interno (160) y en los resortes de empuje (170) respectivamente, de esa manera asegurando el miembro (160) y el extremo inferior del resorte de empuje (170) contra el movimiento radial relativo a la sección de dirección (80) .

La configuración particular del resorte de empuje (170) que se muestra en las Figuras, y los medios particulares usados para ensamblar resortes de empuje (170) con un miembro externo (150) y un miembro interno (160), son exclusivamente para ejemplificar. Los expertos en la técnica apreciarán que las configuraciones alternativas y los medios de montaje pueden ser diseñados de acuerdo con las técnicas conocidas, y tales configuraciones alternativas y medios de montaje están destinados a entrar en el alcance de la presente divulgación.

El montaje del pistón (140) proporciona beneficios significativos y ventajas sobre los diseños de pistones existentes. El diseño del montaje del pistón (140) facilita un golpe de pistón largo dentro de un montaje de pistón corto comparativamente, con una fuerza de retorno mecánica alta proporcionada por el resorte de empuje integrado (170) . Este montaje de pistón también es menos propenso a escombros causados por los pistones para unirse a la sección de dirección o limitación del golpe del pistón cuando se opera en los ambientes de fluidos sucios . También permite un montaje de pistón precargado de resorte para ser ensamblado y asegurado en su lugar dentro de la sección de dirección usando un pasador simple, sin la necesidad de precargar el resorte durante la inserción dentro de la sección de dirección, haciendo que el montaje del pistón sea más fácil de darle servicio o ser reemplazado.

Los expertos en la materia podrán apreciar fácilmente que las diferentes modificaciones de las modalidades que se enseñan en esta presente divulgación se pueden idear sin salirse de la enseñanza y el alcance de la presente divulgación, incluyendo las modificaciones que usan estructuras o materiales equivalentes en lo sucesivo concebidas o desarrolladas. Es especialmente importante que se comprenda que la presente divulgación no tiene la intención de ser limitada a ninguna modalidad descrita o ilustrada, y que la sustitución de una variante de un elemento o característica reivindicados, sin ningún cambio resultante substancial en la operación, no constituirá una salida del alcance de la presente divulgación. También se aprecia que las diferentes enseñanzas de las modalidades descritas y comentadas aquí pueden ser empleadas separadamente o en cualquier combinación adecuada para producir diferentes modalidades que proporcionen los resultados deseados.

Los expertos en la materia también apreciarán que los componentes de las modalidades divulgadas que están descritos o ilustrados aquí como componentes unitarios también pueden ser construidos a partir de los múltiples subcomponentes sin efecto material en función u operación, a menos que el contexto claramente requiere que tales componentes sean una construcción unitaria. Similarmente, los componentes descritos o ilustrados como que fueron ensamblados a partir de múltiples subcomponentes pueden ser proporcionados como componentes unitarios a menos que el contexto requiera otra cosa.

En este documento de patente, . cualquier forma de la palabra "comprende" se entenderá en su sentido no limitativo para indicar que cualquier artículo siguiendo a tal palabra se incluye, pero los artículos no especificados mencionados no están excluidos. Una referencia a un elemento por el artículo indefinido "un, una, uno" no excluye la posibilidad de que más de uno de tales elementos esté presente, a menos que el contexto claramente lo requiera que habrá uno o exclusivamente uno solo elemento.

Cualquier uso de cualquier forma de los términos "conectar", "acoplar", "unir", "anexar", u otros términos que describen una interacción entre los elementos no tiene la intención de limitar tal interacción hacia una interacción directa entre los elementos sujetos, y puede también incluir interacción indirecta entre los elementos igual que a través de estructuras secundarias o intermediarias.

Los términos relaciónales como "paralelo", "perpendicular", "coincidente", "de intersección", "igual", "coaxial", y "equidistante" no tienen la finalidad de denotar o requerir precisión absoluta matemática o geométrica. Consecuentemente, tales términos se entienden como que denotan o requieren exclusivamente precisión sustancial (por ejemplo "sustancialmente paralelo") a menos que el contexto claramente disponga otra cosa.

Siempre que se use en este documento, los términos "típico" y "típicamente" serán interpretados en el sentido de ser representativos o de uso o práctica común, y no son comprendidos como que implicarán esencial idad o : invariabilidad. i En este documento de patente, ciertos componentes de las modalidades de la herramienta SGD divulgadas se describen usando adjetivos como "superior" e "inferior". : Tales términos son usados para establecer un marco | conveniente de referencia para facilitar la explicación y : mejorar el entendimiento del lector respecto a las > relaciones espaciales y locaciones relativas de los varios 1 elementos y características de los componentes en cuestión. \ El uso de tales términos no será interpretado como que ; implican que . serán técnicamente aplicables en todas las ' aplicaciones y usos prácticos de las herramientas SGD de ; acuerdo con la presente divulgación, o que tales sub . herramientas deben ser usadas en orientaciones espaciales j que son consistentes estrictamente con los adjetivos mencionados arriba. Por ejemplo, las herramientas SGD de : acuerdo con la presente divulgación pueden ser usadas en la , perforación horizontal o en los pozos orientados angularmente . Para más certeza, por lo tanto, los adjetivos "superior" o "inferior", cuando se usan con referencia a '¦ una herramienta SGD, serán entendidos en el sentido de 1 "hacia el extremo superior (o inferior) del varillaje de perforación", sin importar la orientación espacial real de la herramienta SGD y la sarta de perforación pueden estar en un uso práctico determinado. La interpretación adecuada de los adjetivos "interno", "exterior", "superior", e "inferior" para fines específicos de los montajes de los pistones ilustrados y los componentes de los mismos serán aparentes de las porciones correspondientes de la Descripción Detallada.

Claims (30)

' REIVINDICACIONES Un aparato dirigible giratorio de perforación, que incluye: Un montaje de control dispuesto dentro de un alojamiento que tiene un extremo inferior; Una sección de dirección que tiene un canal axial central, un extremo superior montado al extremo inferior del alojamiento, y un extremo inferior conectable a una estructura de corte, dicha o sección de dirección alojando uno o más pistones radialmente expandibles, y teniendo uno o más canales de fluidos cada uno asociado con uno de los pistones y permitiendo que el flujo de un fluido accionador del pistón fluya al pistón asociado; y Los medios de medición del fluido operativamente acoplados con el montaje de control, para medir selectivamente el fluido accionado con el pistón del alojamiento hasta uno o más de los canales de fluido en la sección de dirección, dichos medios de medición de fluido incluyendo: c.
1. l. un mango inferior asociado con el extremo superior de la sección de dirección, . dicho mango inferior que tiene un orificio central y una o más entradas de fluidos; y c.2 un mango superior que tiene un orificio central y una apertura de medición de fluido, dicho mango superior estando dispuesto giratoriamente dentro del orificio central del mango inferior a fin de que el orificio del mango superior entre en comunicación de fluido con cada una de las entradas de fluido en el mango inferior, vía la apertura de medición del fluido, conforme el mango superior gira.
2. 2. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 1 caracterizado porque la apertura de medición del fluido está configurada para permitir que el flujo fluya a más de una de las entradas del fluido.
3. 3. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el orificio central del mango inferior es cilindrico.
4. 4. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el mango superior es axialmente movible en relación con el mango inferior entre: (a) una posición superior que permite que el fluido fluya hacia todas las entradas simultáneamente; (b) una posición intermedia que permite que el fluido fluya hacia sólo una entrada de fluido a la vez; y (c) una posición inferior que evita que el flujo del fluido se vaya a cualquiera de las entradas del fluido.
5. 5. Un aparato dirigible giratorio de perforación que comprende: (a) un montaje de control dispuesto dentro de un alojamiento que tiene un extremo inferior; (b) una sección de dirección que tiene un canal axial central, un extremo superior montado al extremo inferior del alojamiento, y un extremo inferior conectable a una estructura de corte, dicha sección de dirección alojando a uno o más de los pistones radialmente expandibles, y que tiene uno o más canales de fluido cada uno asociado con uno de los pistones y que permite que el flujo del fluido accionador del pistón esté asociado al pistón; y (c) los medios de medición de fluido operativamente acoplados con el montaje de control, para selectivamente medir el fluido accionador del pistón desde el alojamiento hasta uno o más de los canales de los fluidos en la sección de dirección, dichos medios de medición de fluido comprendiendo: c.l una placa inferior que tiene una apertura central, dicha placa inferior estando fija a o integral con el extremo superior de la sección de dirección con su apertura central en comunicación con el fluido con el canal axial en la sección de dirección, dicha placa inferior teniendo una o más entradas de fluido; y c.2 una placa superior que tiene una apertura central y un orificio de medición de fluido de desplazamiento radial, dicha placa superior siendo giratoria en relación a y en contacto con la placa inferior al orificio de medición del fluido entrará en comunicación de fluido con las entradas del fluido en la placa inferior conforme gira la placa superior.
6. 6. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 5 caracterizado porque la placa superior puede ser movida axialmente lejos de la placa inferior para permitirle al fluido que fluya a través de la apertura central de la placa superior y hacia todas las entradas del fluido simultáneamente.
7. 7. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un panel de reacción está montado a la sección de dirección en asociación con cada uno de los pistones, de tal manera que cuando el pistón es extendido radialmente en respuesta al flujo del fluido accionador del pistón a través del canal del fluido asociado en la sección de dirección, el pistón reaccionará contra el panel de reacción y lo desviará radialmente lejos de la sección de dirección .
8. 8. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 7, caracterizado porque el panel de reacción comprende un miembro flexible elásticamente montado a la sección de dirección.
9. 9. un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 7, caracterizado porque el panel de reacción incluye un miembro articulado pivotable alrededor de un aproximadamente eje articulado paralelo al eje longitudinal de la sección de dirección.
10. 10. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, incluyendo, además, medios de empuje para retraer los pistones a la sección de dirección al cese del flujo del fluido accionador del pistón de los pistones.
11. 11. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque al menos uno o más de los pistones es un montaje de pistón de dos piezas que comprende: (a) un miembro interno montado a la sección de dirección a fin de que esté en una posición fija radialmente relativa al mismo; y (b) un miembro externo coaxialmente acoplado con el miembro interno a fin de que sea expandible axialmente y externamente relativo al miembro interno y radialmente expandible externamente relativo a la sección de dirección; y caracterizado porque el montaje del pistón incorpora medios de limitación de viaje restringiendo el movimiento del miembro exterior relativo al miembro interno y a la sección de dirección.
12. 12. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 11, caracterizado porque los medios de limitación de viaje incluyen una pluralidad de los primeros elementos de detención en el miembro externo y una pluralidad de los segundos elementos de detención formados en el miembro interno, dichos primero y segundo elementos de detención están configurados y arreglados para que cada uno de los primeros elementos de detención reaccione contra uno de los segundos elementos de detención cuando el movimiento del miembro superior alcanza un límite preestablecido.
13. 13. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 11, incluyendo, además, medios de empuje para retraer los miembros externos del montaje de pistón en la sección de dirección respecto al cese del flujo del fluido accionador del pistón a los montajes del pistón.
14. 14. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 13, caracterizado porgue los medios de empuje incluyen un miembro de resorte helicoidal dispuestos dentro del montaje del pistón, con dicho miembro de resorte helicoidal teniendo un extremo externo asegurado al miembro externo del montaje del pistón, y teniendo un extremo interno asegurado al miembro interno del montaje del pistón.
15. 15. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, incluyendo, además una estructura de corte montada al extremo inferior de la sección de dirección a fin de que sea giratoria con el mismo.
16. 16. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el montaje de control es seleccionado del grupo consistente de un montaje de control accionado con fluido, un montaje de control accionado con motor eléctrico, y un montaje de control accionado con una turbina .
17. 17. Un aparato dirigible giratorio de perforación que comprende: (a) una sección de dirección que tiene un canal de eje central, un extremo superior, y un extremo inferior conectable a una estructura de corte, dicha sección de dirección alojando a uno o más pistones ampliables radialmente, y teniendo uno o más canales de fluido cada uno asociado con uno de los pistones y permitiendo que el flujo de un fluido accionador de pistón al pistón asociado; y (b) medios de medición de fluidos operativamente acoplables con un montaje de control, para medir selectivamente el fluido accionador del pistón en uno o más de los canales de fluidos en la sección de dirección, dichos medios de medición de fluido comprendiendo: b.l un mango inferior asociado con el extremo superior de la sección de dirección, dicho mango inferior teniendo un orificio central y una o más entradas de fluidos; y b.2 un mango superior que tiene un orificio central y una apertura de medición de fluido, dicho mango superior estando dispuesto giratoriamente dentro del orificio central del mango inferior a fin de que el orificio del mango superior entre en comunicación de fluido con cada una de las entradas del fluido en el mango inferior, vía la apertura de medición del fluido, conforme el mango superior gira.
18. 18. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 17, caracterizado porgue la apertura de medición del fluido está configurada para permitir que el flujo del fluido entre a más de una entrada de fluido.
19. 19. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado porgue el orificio central del mango inferior es cilindrico.
20. 20. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque el mango superior es axialmente movible relativo al mango inferior entre: (a) una posición superior que permite que el fluido fluya a todas las entradas del fluido simultáneamente ; (b) una posición intermedia que permite que el flujo del fluido fluya solo a una de las entradas del fluido en un momento; y (c) una posición inferior que evita que el flujo del fluido se vaya a cualquiera de las entradas de los fluidos .
21. 21. Un aparato dirigible giratorio de perforación que comprende: (a) una sección de dirección que tiene un canal axial central, un extremo superior, y un extremo inferior conectable a la estructura de corte, dicha sección de dirección alojando a uno o a más pistones ampliables radialmente, y que tiene uno o más canales de fluidos cada uno asociado con uno de los pistones que permite que el flujo de un fluido accionador de pistones fluya al pistón asociado; y (b) medios de medición de fluido operativamente acoplables con el montaje de control, para medir selectivamente el fluido del pistón medidor en uno o más de los canales de fluidos en la sección de dirección, dichos medios de medición de fluidos comprendiendo: b.l una placa inferior que tiene una apertura 1 central, dicha placa inferior estando fija a o integral al ' extremo superior de la sección de dirección con su apertura , central en comunicación de fluido con el canal axial en la ¡ sección de dirección, dicha placa inferior teniendo una o más entradas de fluidos; y b.2 una placa superior que tiene una apertura central y un orificio de medición de fluido radialmente desplazado, dicha placa superior rotable relativa a y en contacto con la placa inferior para que el orificio medidor de fluido se ponga en comunicación de fluido con las entradas de los fluidos en la placa inferior conforme la placa superior gira.
22. 22. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 21, caracterizado porque la placa giratoria puede ser movida axialmente lejos de la placa inferior para permitir que el fluido fluya a través de la apertura central de la placa superior y hacia todas las entradas de fluido simultáneamente.
23. 23. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, caracterizado porque un panel de reacción está montado a la sección de dirección en asociación con cada uno de los pistones, de forma tal que cuando el pistón es extendido radialmente en respuesta al flujo del fluido accionador del pistón a través del canal del fluido asociado en la sección de dirección, el pistón reaccionará contra el panel de reacción y lo desviará radialmente lejos de la sección de dirección.
24. 24. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 23, caracterizado porque el panel de reacción incluye un miembro flexible elásticamente montado a la sección de dirección.
25. 25. Un aparato dirigible giratorio de perforación según la reivindicación 23, caracterizado porque el panel de reacción incluye un miembro articulado pivotable alrededor del eje articulado paralelo al eje longitudinal de la sección de dirección.
26. 26. Un aparato dirigible giratorio de perforación según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 25, incluyendo, además, medios de empuje para retraer los pistones en la sección de dirección con el cese del flujo del fluido accionador del pistón a los pistones.
27. 27. Un montaje de pistón para su uso en conjunción con la sección de dirección de un aparato dirigible giratorio de perforación, dicho montaje de pistón comprendiendo : (a) un miembro interno montable a la sección de dirección a fin de que esté en una posición fija radialmente relativa al mismo; y (b) un miembro externo coaxialmente acoplado al miembro interno a fin de que sea expandible axialmente y externamente en relación con el miembro interno, y radialmente expandible externamente en relación con la sección de dirección, en respuesta a que el miembro externo está expuesto a la presión del fluido desde un fluido ¡ accionador de pistón que fluye dentro de la sección de 1 dirección; caracterizado porque el montaje del pistón incorpora medios de limitación de viaje restringiendo el movimiento del miembro externo en relación con el miembro interno y la sección de dirección. i
28. 28. Un montaje de pistón según la ! reivindicación 27, caracterizado porque los medios de limitación de viaje que incluyen una pluralidad de los primeros elementos de detención formados en el miembro externo y una pluralidad de los segundos elementos de detención formados en el miembro interno, dichos primeros y segundos elementos de detención estando configurados y arreglados para que cada uno de los primeros elementos de paro reaccione contra uno de los segundos elementos de paro : cuando el movimiento del miembro superior alcance un límite presente. |
29. 29. Un montaje de pistón según la reivindicación 27 o la reivindicación 28, incluyendo, además, medios de empuje para retraer los miembros externos del montaje del pistón hacia la sección de dirección al ; cese de flujo del fluido accionador del pistón a los ¡ montajes del pistón.
30. 30. Un montaje de pistón según la reivindicación 29, caracterizado porque los medios de empuje incluyen un miembro de resorte helicoidal dispuesto dentro del montaje de pistón, dicho miembro de resorte helicoidal teniendo un extremo exterior asegurado al miembro exterior del montaje del pistón, y teniendo un extremo interno asegurado al miembro interno del montaje del pistón.