TUBERÍA ENROLLADA Y SISTEMA DE PERFORACIÓN ANTECEDENTES Se utiliza una variedad de equipos de perforación en la formación y preparación de pozos de sondeo para producción de fluidos de pozo o para otros procedimientos relacionados con el pozo. Los equipos de perforación se han diseñado para perforar selectivamente usando tubería enrollada y tubería unida. En un ejemplo, un equipo incluye una base, un mástil y un inyector de tubería usado para inyectar tubería enrollada hacia el pozo de sondeo y para retirar tubería enrollada del pozo de sondeo. El equipo también incluye una impulsión superior montada al mástil para realizar una variedad de operaciones relacionadas con la perforación. La impulsión superior es funcional para proporcionar rotación de vástago de perforación para ambos, perforación y formación de sarta de herramienta. La impulsión superior también soporta la carga de tubería giratoria y proporciona una disposición de oscilación sellada para transportar fluido de perforación. Las impulsiones superiores también se pueden usar para manejar componentes de sarta de perforación y para conexiones de par de torsión entre los componentes de sarta de perforación. Sin embargo, las
impulsiones superiores son dispositivos relativamente costosos que tienen elevados requerimientos de energía hidráulica e imponen riesgo substancial a la operación de perforación en el evento de falla de impulsión superior. El potencial para falla de impulsión superior también es de interés, debido a que las impulsiones superiores tienden a ser dispositivos relativamente complejos que se requieren para proporcionar movimiento rotacional para una variedad de tareas . COMPENDIO En general, la presente invención proporciona un sistema y una metodología para operaciones de perforación y de tubería enrollada en donde los componentes se combinan en un vehículo transportable. El sistema y metodología también proporcionan una cantidad substancial de la funcionalidad de una impulsión superior sin el gasto y la complejidad de las impulsiones superiores. La presente técnica utiliza un lecho y un mástil montado al lecho. Un inyector de tubería enrollada se monta al mástil para mover la tubería enrollada hacia y fuera del pozo. Una cabeza de arranque también está montada al mástil para proporcionar funcionalidad lineal y rotacional que permite la manipulación, conexión, y desconexión de los componentes de sarta de herramienta.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ciertas modalidades de la invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos que se acompañan, en donde los números de referencia similares denotan elementos similares, y: La Figura 1 es una vista lateral de un equipo de perforación y tubería enrollada, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista similar a aquella de la Figura 1, pero que muestra el equipo de perforación y tµberia enrollada en otra configuración operacional, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 3 es una vista similar a aquella de la Figura 1, pero que muestra el equipo de perforación y tubería enrollada en otra configuración operaciones, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 4 es una vista expandida de una modalidad de una cabeza de dispositivo de arranque ilustrado en la Figura 1, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 5 es una ilustración esquemática de la cabeza de arranque que se usa para levantar un componente de sarta de herramienta hacia posición para acoplarse hacia la
sarta de herramienta, de conformidad con una modalidad de la presente invención; y La Figura 6 es una ilustración esquemática de la cabeza de arranque que se usa para hacer girar y conectar el componente de sarta de herramienta con el siguiente componente de sarta de herramienta adyacente, de conformidad con una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles para proporcionar un entendimiento de la presente invención. Sin embargo, se entenderá por aquellos de experiencia ordinaria en el ramo que la presente invención se puede practicar sin estos detalles y que numerosas variaciones o modificaciones de las modalidades descritas pueden ser posibles. La presente invención se relaciona con un sistema y metodología para operaciones de perforación y operaciones de entubado enrollado con un solo equipo. El equipo combinado de entubado enrollado y perforación está diseñado para evitar el uso de una impulsión superior o sistema de oscilación de energía, reduciendo de esta manera el requerimiento hidráulico, factores de riesgo y factores de costo de unidades convencionales de perforación de tubería enrollada.
Generalmente, el sistema y metodología utilizan un equipo que tiene un lecho con un mástil montado al lecho Un carrete de tubería enrollada también está montado giratorio al lecho a través de un husillo, y un inyector de tubería enrollada está montado al mástil para facilitar las operaciones de tubería enrollada. Adicionalmente, una cabeza de arranque movible está montada al mástil para facilitar la formación y rotura de conexiones entre los componentes de sarta de herramienta, v.gr., componentes de conjunto de fondo de pozo u otros componentes de sarta de herramienta. La cabeza de arranque no activa la perforación real, sino que más bien usa un motor menor, tal como un motor eléctrico o un motor hidráulico, dimensionado para impartir movimiento rotacional a los componentes de sarta de herramienta suficiente para hacer, es decir, conectar, y romper, es decir, desconectar, los componentes de sarta de herramienta. La energía para la perforación real se proporciona por un motor de perforación de fondo de pozo que se mueve en el fondo de pozo hacia un pozo de sondeo con la sarta de perforación. La cabeza de arranque típicamente no gira durante la perforación y se puede diseñar para contrarrestar el par de torsión generado por la operación de perforación. Haciendo referencia generalmente a la Figura 1, se
ilustra una modalidad de la presente invención. En esta modalidad, un equipo 20 de tubería enrollada y perforación se ilustra como comprendiendo un lecho 22. Por vía de ejemplo, el lecho 22 se puede formar como un remolque, tal como un remolque de camión, sustentado por una pluralidad de ruedas 26. En esta modalidad, el lecho 22 está diseñado para acoplamiento con un vehículo 28 motorizado, v.gr., un tractor, para formar un vehículo de tractor-remolque que puede ser impulsado desde un sitio de pozo a otro. En muchas modalidades, el remolque 24 y el vehículo 28 motorizado están diseñados para ser legales de camino, permitiendo el transporte de la tubería enrollada y equipo de perforación sobre sistemas de carretera pública. Se debe observar, sin embargo, que el lecho 22 se puede construir en otras formas, incluyendo formas auto impulsadas que no se basan en un tractor separado para movimiento de la tubería enrollada y equipo de perforación. El lecho 22 también puede comprender equipo de estabilización, tal como una pluralidad de patas 30 de estabilizador que se pueden presionar selectivamente contra la superficie de tierra tanto para nivelar como estabilizar el lecho 22 durante operaciones de perforación y operación de tubería enrollada. El equipo 20 de tubería enrollada y perforación
comprende además un mástil 32 montado al lecho 22. En la modalidad ilustrada, el mástil 32 está montado a una estructura 34 que tiene una plataforma 36 en la que está montada una estructura 38 de4 soporte de componente, tal como una mesa giratoria. La estructura 38 de soporte de componente está diseñada para acoplar componentes de sarta de herramienta, tal como tubería, mediante mecanismos de acoplamiento apropiados (no mostrados), v.gr., deslizadores, como son conocidos por aquellos de experiencia ordinaria en el ramo. El mástil 32 completo puede estar montado pivotalmente en un miembro 40 de pivote para permitir que el mástil sea pivotado hacia abajo a una posición de almacenamiento para transporta a otro sitio de pozo. Un cilindro 42 hidráulico se puede usar para mover el mástil 32 entre la posición de almacenamiento y una posición de operación, vertical, como se ilustra en la Figura 1. Un inyector 44 de tubería enrollada se monta al mástil 32 a través de una estructura 46 de montaje. La estructura 46 de montaje se puede diseñar para proporcionar una plataforma 48 en la que el inyector 44 de tubería enrollada está montado moviblemente a través de un mecanismo 50 de lanzadera. El mecanismo 50 de lanzadera se puede usar para mover el inyector 44 de tubería enrollada hacia y fuera
de alineamiento con el mástil 32, por ejemplo, dependiendo del tipo de operación de perforación u operación de tubería enrollada que se está realizando. El inyector 44 de tubería enrollada también puede comprender un lubricador 52 diseñado para guiar una tubería 54 enrollada fuera del inyector 44 de tubería enrollada cuando la tubería enrollada se está desplegando hacia un pozo 56 de sondeo. Un arco 58 de inyector puede estar conectado a o colocado arriba del lado superior del inyector 44 de tubería enrollada. El arco 58 de inyector es una estructura arqueada que facilita la flexión de la tubería 54 enrollada y movimiento de la tubería 54 enrollada hacia el inyector 44. El equipo 20 de tubería enrollada y perforación puede comprender además un carrete 6t0 de tubería enrollada montado giratoriamente en el lecho 22. La tubería 54 enrollada está envuelta alrededor del carrete 60 para entrega al inyector 44 de tubería enrollada, como se ilustra. Durante las operaciones de tubería enrollada, el carrete 60 se gire selectivamente alrededor de un husillo 61 para entregar la tubería 54 enrollada hacia el pozo 56 de sondeo o para retirar la tubería enrollada desde el pozo de sondeo. El carrete 60 puede hacerse girar mediante un motor de carrete de tubería enrollada convencional. En una modalidad, la
energía para hacer girar el carrete 60 de tubería enrollada, para extender y contraer el cilindro 42, y para realizar diversas otras operaciones activadas en el equipo 20 que se puede proporcionar hidráulicamente a través de un suministro 62 hidráulico y una fuente 64 de energía para presurizar el fluido hidráulico, v.gr., un motor de combustión interna y bomba hidráulica. Una cabeza 66 de arranque también está montada al mástil 32 para movimiento a lo largo del mástil 32. Por ejemplo, la cabeza 66 de arranque se puede bajar o elevar a lo largo del mástil 32 mediante un mecanismo 68 que puede tener una variedad de formas dependiendo de la aplicación específica. Por ejemplo, el mecanismo 68 puede comprender un bloque de recorrido, un bloque de recorrido integrado hacia el mástil, un sistema de cremallera y piñón, una manivela u otros mecanismos apropiados para elevar y bajar mecánicamente la cabeza 66 de arranque. Como se explicará con mayor detalle abajo, la cabeza 66 de arranque se puede usar en el conjunto de componentes de sarta de herramienta, para soportar la carga de tubería, para proporcionar una disposición de oscilación sellada para transportar el fluido de perforación, para proporcionar elevadores hidráulicamente manipulados para mover los componentes de sarta de herramienta, y para aplicar
par de torsión apropiado a la conexión entre los componentes de sarta de herramienta, v.gr., componentes de sarta de perforación. La cabeza 66 de arranque también se puede montar en un aparato, tal como la plataforma 48 y el mecanismo 50 de lanzadera, para permitir el movimiento de la cabeza 66 de arranque fuera del centro de pozo cuando es necesario. Durante una operación de tubería enrollada, tal como un descenso de un conjunto de fondo de hoyo hacia el pozo 56 de sondeo, el inyector 44 de tubería enrollada se mueve hacia alineamiento general con el mástil 32, como se ilustra mejor en la Figura 2. El inyector 44 de tubería enrollada se mueve a través del mecanismo 50 de lanzadera que transfiere el inyector desde una posición fuera de alineamiento, como se ilustra en la Figura 1, hacia alineamiento general con el mástil 32 y el pozo 56 de sondeo. En esta posición, el inyector 44 de tubería enrollada se puede operar para mover la tubería 54 enrollada hacia posición para acoplamiento con los componentes de sarta de herramienta, v.gr., componentes de conjunto de fondo de perforación, que se van a mover hacia el pozo de sondeo. En algunas aplicaciones, la tubería enrollada se puede usar en una operación de perforación. En estas aplicaciones, el inyector de tubería enrollada se mueve hacia alineamiento con
el área en la que el pozo de sondeo se va a formar. Cuando se cambia de una operación de tubería enrollada a otra operación, tal como una operación de perforación con tubería unida, el inyector 44 de tubería enrollada nuevamente se puede mover a través del mecanismo 52 de lanzadera a una posición fuera de alineamiento. Se debe observar que en algunas aplicaciones, la estructura 46 de montaje y el inyector 44 de tubería enrollada se pueden diseñar para movimiento a lo largo del mástil 32. Haciendo referencia generalmente a la Figura 3, la cabeza 66 de arranque se ilustra en una posición bajada. La cabeza 66 de arranque se puede mover a lo largo del mástil 32, como sea necesario, para realizar una variedad de operaciones de perforación y operaciones de tubería enrollada. Por ejemplo, el cabeza 66 de arranque se puede usar en el conjunto de tubería unida para una operación de perforación. Sin embargo, la cabeza 66 de arranque se puede usar para asegurar, levantar, colocar, conectar y conexiones de par de torsión entre los componentes de conjunto de fondo de perforación que se acoplan subsecuentemente a la tubería 54 enrollada debajo del inyector 44 de tubería enrollada. Una modalidad de cabeza 66 de arranque ilustra en la Figura 4. En esta modalidad, la cabeza 66 de arranque está
acoplada al mecanismo 68 para impartir movimiento mediante una estructura 70 de acoplamiento apropiada. Como se ilustra, una modalidad de estructura 70 de acoplamiento comprende un par de poleas divididas. La cabeza 66 de arranque también puede comprender una conexión 72 de linea de lodo acoplada a una manivela 74 giratoria que se puede diseñar para retener la presión mientras que se bombea material a través de la conexión 72 de línea de lodo. La manivela 74 giratoria puede o no estar clasificada para retener presión mientras que gira, dependiendo de las aplicaciones particulares en las que se utiliza la cabeza 66 de arranque. La porción inferior de lá manivela 74 giratoria comprende un manguito 76 usado para conectar los componentes de sarta de herramienta. Por ejemplo, el manguito 76 se puede usar para conectar componentes de un conjunto de fondo de perforación de perforación. Un aparato 78 mecánico se usa para hacer girar el manguito 76, permitiendo de esta manera la formación o "hilado ascendente" de una conexión entre los componentes de sarta de herramienta. El aparato 78 mecánico también permite la aplicación apropiada de par de torsión a la conexión una vez formada. Por vía de ejemplo, el aparato 78 mecánico comprende un engranaje 80 montado al manguito 76 e impulsado
por un motor 82. El motor 82 puede ser un motor eléctrico o un motor hidráulico que es un motor convencional relativamente sencillo, de baja energía, bajo costo, relativo a aquel que se requeriría para una impulsión superior. La energía mucho más elevadea requerida para perforación se suministra por un motor 84 de perforación separado que se mueve en. el fondo de perforación hacia el pozo 56 de sondeo con una sarta 86 de perforación. De esta manera, el motor 84 de perforación de fondo de perforación proporciona la energía para girar una broca 88 de perforación completamente de manera independiente del motor 82 que mejora grandemente la conflabilidad, simplifica la construcción, y reduce el costo de la cabeza 66 de arranque. La cabeza 66 de arranque también puede comprender un vástago 90, tal como un vástago de perforación, que se puede usar para acoplar componentes que se están conectando o desconectando. Adicionalmente, un respado 92 hidráulico se puede usar para impedir que los componentes de sarta de herramienta, tales como los componentes de conjunto de fondo de perforación, giren cuando se hacen conexiones o desconexiones de componente. El dispositivo de respaldo también se puede usar para sujetar el manhguito 76 e impedir la rotación del manguito 76 durante la operación de
perforación con el motor 84 de perforación de fondo de perforación. Para prevenir adicionalmente la rotación de los componentes de cabeza de arranque durante las operaciones de perforación, y el mecanismo 93 de contra rotación, tal como una o más barras de par de torsión, se puede colocar entre la cabeza 66 de arranque y una estructura adyacente, tal como el mástil 32, para impedir la rotación no deseada debida al par de torsión transferido a través de la sarta 86 de perforación durante la perforación. La cabeza 66 de arranque también puede comprender elevadores 94 que se pueden usar para manejar componentes de sarta de herramienta. Por ejemplo, los elevadores 94 se pueden usar para manejar los componentes de conjunto de fondo de perforación durante las operaciones de "formación" o "rotura". Dependiendo de la aplicación, los elevadores 94 se pueden formar como elevadores activados Los elevadores activados tienen la capacidad de abrirse y cerrarse remotamente. Los elevadores 94 también pueden incorporar arietes 96 hidráulicos construidos para controlar la posición de ganchos que soportan los elevadores 94. Esto proporciona a los elevadores con mayor capacidad de colocación para alinear apropiadamente los componentes de sarta de herramienta durante la instalación o remoción.
Un ejemplo del uso de la cabeza 66 de arranque y los elevadores 94 para acoplar los componentes como se ilustra en las Figuras 5 y 6·. Inicialmente, la cabeza 66 de arranque se mueve hacia el fondo del mástil 32 para permitir la fijación de un componente 98 de sarta de herramienta, v.gr., un componente de conjunto de fondo de perforación, como se ilustra en la Figura 5. La cabeza 66 de arranque luego se eleva a lo largo del mástil 32 permitiendo que los elevadores 94 pivoten a medida que el componente 98 se mueve a través de gravedad hacia alineamiento con la estructura 38 de soporte de componente, v.gr., una mesa giratoria. Una vez que la cabeza 66 de arranque se levanta suficientemente de moto que el componente 98 esté suspendido generalmente de manera vertical arriba de la estructura 38 de soporte de componente, el componente se puede bajar hacia posición mediante el descenso de la cabeza 66 de arranque. Por ejemplo, el componente 98 se puede bajar hacia una abertura 100 a través de la estructura 38 de soporte de componente para conexión a un componente subsecuente . Si un componente 102 ya se ha suspendido en la estructura 38 de soporte de componente, entonces la cabeza 66 de arranque se usa para mover el componente 98 descendentemente hacia acoplamiento con el componente 102, como se ilustra mediante la flecha 104
de la Figura 6. Después del acoplamiento de los componentes 102 y 98 de sarta de herramienta, la cabeza 66 de arranque se puede bajar para acoplar el manguito 76 con el componente 98. Como se discute arriba, el motor 82 luego se usa para girar el manguito 76 y conectar los componentes 98, k 102. El motor 82 también se puede usar para aplicar el par de torsión apropiado a la conexión. Los componentes y disposición de componentes en el equipo 20 de tubería enrollada y perforación permiten el uso del equipo en una amplia variedad de operaciones de perforación y operaciones de tubería enrollada, incluyendo operaciones de perforación de tubería enrollada. Adicionalmente, la cabeza 66 de arranque única proporciona gran funcionalidad en el manejo, conexión y desconexión de componentes relacionados con el pozo pero con un aparato de bajo riesgo, altamente confiable y relativamente económico. Se debe observar, sin embargo, que una variedad de componentes se puede añadir al equipo 20 o intercambiar con los componentes ilustrados. Adicionalmente, la cabeza 66 de arranque se puede usar en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo el ensambla y desensamblado de conjuntos de fondo de perforación, el ensamblado y desensamblado de tubería unida, y en numerosas otras
aplicaciones. Asimismo, el inyector 44 de tubería enrollada y el carrete 60 de tubería enrollada se puede usar en muchos tipos de operación de tubería enrollada. Consecuentemente, aún cuando solamente unas pocas modalidades de la presente invención se han descrito con detalle arriba, aquellos de experiencia ordinaria en el ramo apreciarán fácilmente que muchas modificaciones son posibles sin abandonar materialmente las enseñanzas de esta invención. Estas modificaciones se pretende que estén incluidas dentro del alcance de esta invención como se define en las reivindicaciones.