MX2011004398A - Estructura de encabezamiento para un aparato de manipulación de tuberías. - Google Patents

Abstract

Un sistema tiene un aparato de manipulación de tubería (10) con un brazo (24) que se mueve entre una primera posición y una segunda posición, una torre de perforación (234) que tiene una ventana (238) a través de la cual el sistema de manipulación de tubería suministra una tubería a un cabezal de pozo y un cabezal (228) montado en la ventana de la torre de perforación; el cabezal recibe el brazo (24) del sistema de manipulación de tubería cuando el brazo está en la segunda posición; una superficie externa del cabezal (228) se ajusta adecuadamente dentro de la ventana de la torre de perforación; una superficie interna de la torre de perforación recibe adecuadamente el brazo; la superficie interna resiste un movimiento ascendente y un movimiento hacia los lados del brazo; el cabezal (228) tiene un cuerpo que tiene una cabeza y patas.

Description

ESTRUCTURA DE ENCABEZAMIENTO PARA UN APARATO DE MANIPULACIÓN DE TUBERÍAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al suministro de tubulares desde una orientación horizontal hasta una orientación vertical en una boca de pozo. Más en particular, la presente invención se relaciona con un aparato de manipulación de tuberías que ubica tubulares en una boca de pozo. Más en particular, la presente invención se relaciona con el control de las fuerzas indeseables que se crean mientras se ubica un tubular en una boca de pozo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las plataformas de perforación han utilizado muchos métodos para transferir tubulares desde un estante de tubos adyacente al piso de perforación hasta un hueco de conexión en el piso de perforación o el pozo perforado, para conectarlo a un tubular o sarta tubular previamente transferido. El término "tubular" como se usa en la presente incluye todas las formas de tubería, tubo de perforación, collares de perforación, ademes, forros, ensambles de fondo de pozo (BHA), y otros tipos de tubulares conocidos en la técnica.

Convencionalmente los equipos de perforación han utilizado una combinación de grúas de torre y el sistema de traslado para transferir un tubular desde el estante de tubos hasta una posición vertical arriba del centro del pozo. La obvia desventaja de los sistemas de la técnica anterior es que hay mucho involucramiento manual en la unión de los elevadores de tubería con el tubular y el movimiento de la tubería desde el estante de perforación hasta la mesa giratoria en I acabeza del pozo. Esta operación de transferencia manual cerca de los trabajadores es potencialmente peligrosa y ha causado numerosas lesiones en las operaciones de perforación. Además, el sistema de izado puede permitir que el tubular haga contacto con la pasarela u otras porciones del equipo cuando el tubular es transferido desde el estante de tubos hasta el piso de perforación. Esto puede dañar al tubular y puede afectar la integridad de las conexiones entre los tubulares sucesivos en el pozo.

Un método para transferir la tubería desde el estante hasta la plataforma del pozo comprende atar un extremo de una línea en la torre alrededor de un tubo seleccionado en el estante de tubos. Después el tubo es elevado hasta la plataforma y el extremo inferior del mismo se coloca dentro del hueco de conexión. El hueco de conexión es simplemente un contenedor vertical, alargado y cilindrico adyacente a la mesa giratoria que soporta temporalmente la tubería. Cuando es necesario añadir el tubo a la sarta de perforación, se aseguran cuñas alrededor de la sarta de perforación en la mesa giratoria, soportando así a la misma en el pozo perforado. El tubo se desconecta del equipo de traslado, y se conectan elevadores, o el vástago cuadrado de transmisión, a la tubería en el hueco de conexión. Después se eleva el bloque de traslado ubicando el tubo sobre la sarta de perforación. Se utilizan tenazas para asegurar el tubo al extremo superior de la sarta de perforación. Los elevadores de tubos de perforación suspenden el tubo de perforación de un collar, que se forma alrededor de un extremo del tubo y no sujeta el tubo, permitiendo con esto un movimiento de rotación del tubo para acoplar el mismo de forma roscada a la sarta de perforación.

Una técnica antecedente para mover los acoplamientos de ademe de estantes adyacentes a la plataforma de perforación comprende atar una línea desde la plataforma a un extremo de un acoplamiento de ademe seleccionado en el estante. La línea se eleva mediante al levantar el acoplamiento de ademe por una rampa que conduce a la plataforma de perforación. Conforme la soga levanta el ademe del estante, el extremo inferior del ademe se mueve en vaivén a través de la plataforma de manera peligrosa. El peligro aumenta cuando un sistema de flotación se utiliza en relación con la perforación. Debido a que la soga se ata alrededor del ademe en un extremo del mismo, éste no cuelga verticalmente, sino más bien se inclina un poco. Un hombre que trabaja en una plataforma elevada por encima del piso de la plataforma debe sostener la parte superior del ademe y enderezarla mientras el ademe se enrosca en la sarta de ademe que está suspendida en el pozo perforado mediante cuñas colocadas en la mesa giratoria.

Es deseable poder sujetar el ademe o el tubo colocado en un estante al lado de un pozo de perforación, mover el mismo a una orientación vertical sobre el pozo perforado, y luego bajar el mismo en la sarta suspendida en el pozo perforado.

En el pasado se crearon varios dispositivos que movían mecánicamente un tubo dése una orientación horizontal hasta una orientación vertical, de manera que el tubo orientado verticalmente podía instalarse dentro del agujero del pozo perforado. Normalmente estos dispositivos han utilizado varios brazos interconectados que se asocian con una pluma. Para mover el tubo se debe realizar una sucesión de movimientos individuales de las palancas, brazos y otros componentes de la pluma, de una manera coordinada para lograr el resultado deseado. Normalmente se conecta una amplia variedad de accionadores hidráulicos a cada uno de los componentes, para llevar a cabo el movimiento prescrito. Un complejo mecanismo de control se conecta a cada uno de estos accionadores para lograr el movimiento deseado. Se necesita de una programación avanzada del controlador para coordinar adecuadamente los movimientos, para lograr este resultado deseado.

Desafortunadamente, con estos sistemas, los accionadores hidráulicos, junto con otros componentes, con el tiempo se pueden desgastar. Además, con el tiempo también se puede ver comprometida la integridad hidráulica de cada uno de los accionadores. Por lo tanto pueden ocurrir pequeñas variaciones en los accionadores. Cuando ocurren estas variaciones, pueden hacer que el mecanismo complejo se vuelva impreciso. La falla de un componente hidráulico puede exacerbar los problemas asociados con la alineación del tubo en una orientación vertical. Con frecuencia son necesarios ajustes en la programación para poder seguir obteniendo los resultados deseados. Fundamentalmente, mientras más accionadores hidráulicos estén incorporados en dicho sistema, mayor es la probabilidad de que ocurran errores, imprecisiones y desviaciones en el perfil de suministro deseado del tubular. Típicamente se necesitan operadores muy experimentados y conocedores para llevar a cabo esta operación de movimiento de tubería. Esto aumenta significativamente el costo asociado con el suministro de tubos.

En el pasado, no se había utilizado un aparato de manipulación de tuberías para la instalación del ademe. El problema asociado con el ademe es que los roscados del ademe se forman en una pared interior y en una pared exterior en los extremos de cada una de los tramos de ademe. Cada vez que se forman estos roscados, también se reduce al mínimo el espesor de pared del ademe ya de por si relativamente delgado. También se requiere de una gran precisión para atornillar apropiadamente los roscados de un tramo de ademe dentro del roscado de un tramo de ademe adyacente. En el pasado no era suficiente la precisión que se requiere para el suministro del ademe por medio de un aparato de manipulación de tuberías, para lograr el grado deseado de precisión para la instalación de los tramos de ademe en su conexión roscada. La instalación no adecuada de un tramo de ademe sobre otro tramo de ademe puede dañar potencialmente los roscados asociados con dichos tramos de ademe. Además, en el pasado, el aparato de manipulación de tuberías podía dañar potencialmente los tramos de ademe de paredes dobles durante el suministro. Por lo tanto ha surgido la necesidad de adaptar un aparato de manipulación de tuberías para poder lograr la precisión deseada en la instalación de tramos de ademe.

Para resolver estos problemas y necesidades, la solicitud de E.U.A. No. 1 1/923,451 , presentada 24 de octubre de 2007, describe un aparato de manipulación de tuberías que tiene una pluma que se puede mover pivotalmente entre una primera posición y una segunda posición, un ensamble de tubo ascendente conectado pivotalmente con la pluma, un brazo conectado pivotalmente en un extremo con la primera porción del ensamble de tubo ascendente y que se extiende hacia afuera desde el mismo, un sujetador que se fija en un extremo opuesto del brazo, que es adecuada para sujetar un diámetro de la tubería, un enlace que se conecta al ensamble de tubo ascendente y es pivotal, de manera que se pueda mover con relación al movimiento de la pluma entre primera y segunda posiciones, y un tirante que tiene un extremo que está conectado pivotalmente a la pluma y un extremo opuesto que está conectado pivotalmente con el brazo entre los extremos del brazo. El ensamble de tubo ascendente tiene una primera porción que se extiende hacia afuera en un ángulo obtuso con respecto a la segunda porción.

El aparato de manipulación de tuberías suministra un tubo a una boca de pozo en la segunda posición. Los tubos pueden pueden tener longitudes y pesos extraordinarios. Una vez que un tubo está conectado a otro tubo en la boca de pozo, los sujetadores del aparato de manipulación de tuberías liberan el tubo. Un problema asociado con el aparato de manipulación de tuberías es que una vez que los sujetadores liberan el tubo en la boca de pozo, el aparato rebota hacia arriba y lejos de la boca de pozo. Esto se debe a la liberación del peso masivo del tubo. Esta recuperación elástica causa tensiones innecesarias sobre el aparato de manipulación de tubos y puede causar daño estructural en el aparato, como grietas y flexionamiento. Tras la liberación del tubo, las tenazas y el brazo del aparato de manipulación de tubos pueden tener una recuperación elástica de hasta veinticinco centímetros. Además de crear tensiones innecesarias en el aparato, la recuperación elástica puede hacer que el tubo se doble en la boca de pozo. También, la precisión del aparato de manipulación de tuberías disminuye cuando ocurre esta recuperación elástica. Por lo tanto existe la necesidad de evitar la recuperación elástica y reducir al mínimo la deflexión del aparato causada por la liberación del tubo en la boca de pozo. Estos problemas también pueden ocurrir cuando se coloca ademe en la boca de pozo por medio del aparato de manipulación de tuberías.

Varias patentes y solicitudes de patente se refieren a aparatos y métodos para rigidizar y mejorar la integridad de un sistema de manipulación de tuberías. Por ejemplo, la solicitud de patente de E.U.A No. 12/013,979, presentada el 14 de enero de 2008 por el presente inventor, describe un sistema de precarga para un aparato de manipulación de tuberías en el que se monta pivotalmente una pluma en un extremo en un patín, y en el cual se interconecta un brazo con el extremo opuesto de la pluma. El sistema de precarga tiene un sistema tensionador con un extremo fijo en el brazo y un extremo opuesto montado fijamente, para aplicar una tensión al brazo cuando éste último tiene una carga aplicada en un extremo del mismo, opuesto a la pluma. El sistema tensionador incluye un primer ensamble de cable que tiene un extremo interconectado con el brazo y un extremo opuesto montado fijamente, y un segundo ensamble de cable interconectado con el brazo y que tiene un extremo opuesto montado fijamente. El primero y segundo ensambles de cable se extienden desde lados opuestos del brazo.

La solicitud de patente de E.U.A. No. 1 1/923,451 , presentada 24 de octubre de 2007 por el presente inventor, describe un aparato de manipulación de tuberías que tiene una pluma que se puede mover pivotalmente entre una primera posición y una segunda posición, un ensamble de tubo ascendente conectado pivotalmente con la pluma, un brazo conectado pivotalmente en un extremo con la primera porción del ensamble de tubo ascendente y que se extiende hacia afuera desde el mismo, un sujetador que se fija en un extremo opuesto del brazo, que es adecuada para sujetar un diámetro de la tubería, un enlace que se conecta al ensamble de tubo ascendente y es pivotal, de manera que se pueda mover con relación al movimiento de la pluma entre primera y segunda posiciones, y un tirante que tiene un extremo que está conectado pivotalmente a la pluma y un extremo opuesto que está conectado pivotalmente con el brazo entre los extremos del brazo. El ensamble de tubo ascendente tiene una primera porción que se extiende hacia afuera en un ángulo obtuso con respecto a la segunda porción.

La patente de E.U.A. No. 3,177,944, emitida el 13 de abril de 1965 de R.N. Knight, describe un mecanismo de trasiego para un equipo de perforación de tierra que proporciona el almacenamiento horizontal de longitudes de tubería a un lado de y lejos de la torre. Esto se logra por medio de un brazo de transporte que pivota hacia la base de la torre para un movimiento de balanceo en un plano vertical. El extremo exterior del brazo trabaja entre una posición sustancialmente vertical, en la que puede aceptar la longitud de un tubo desde, o suministrar la longitud de un tubo a una estación en la torre, y una porción sustancialmente horizontal en la que el brazo puede suministrar la longitud de un tubo a, o aceptar la longitud de un tubo desde una estación asociada con medios de almacenamiento en un lado de la torre.

La patente de E.U.A. No. 3,464,507, emitida el 2 de septiembre de 1969 de E.L. Alexander et al., enseña un sistema de manejo de tubería portátil y giratorio. Este sistema incluye un mástil montado en forma pivotal y móvil entre una posición de transporte de reclinable a una posición deseada en el sitio de operaciones de perforación que puede estar en cualquier ángulo hasta la vertical. El mástil tiene guías para un mecanismo de desplazamiento que incluye un bloque que se mueve hacia arriba y hacia abajo del mástil por la operación de cables que pasan desde el bloque de desplazamiento sobre las poleas del bloque de corona hacia un malacate. Una transmisión de energía de perforación es transportada por el bloque de desplazamiento. Un elevador para tubería de perforación es transportado por un brazo que está montado de manera oscilatoria con relación a la unidad de energía. Las tenazas eléctricas, cuñas y caequillos de desplazamiento están soportados en forma adyacente al extremo inferior del mástil y adaptados para recibir una extensión de tubería de perforación a través de los mismos desde una unidad de buje conectada a una unidad de energía, con lo que la tubería de perforación se extiende en la dirección del agujero que será perforado.

La patente de E.U.A. No. 3,633,771 , publicada el 11 de enero de 1972 de Woolslayer et al., describe un aparato para mover una tubería de perforación dentro y fuera de una torre de pozo petrolero. Un segmento de tubería es sujetado por una cadena de cerramiento que está montada pivotalmente en un extremo de una pluma. La pluma hace oscilar el larguero sobre la mesa giratoria, de tal modo alineando verticalmente el soporte de tubos con la sarta de perforación. Cuando se agrega o remueve un tubo de la sarta de perforación, todo el movimiento vertical del tubo se logra con el elevador suspendido desde el bloque de desplazamiento.

La patente de E.U.A. No. 3,860,122, emitida el 14 de enero de 1975 de L. C. Cernosek, describe un aparato para transferir un miembro tubular, como un tubo, desde un área de almacenamiento hasta una plataforma de perforación de pozo petrolero. El aparato de posicionamiento incluye un posicionador montado en una plataforma para mover el tubo a una posición de liberación, en la que el tubo puede ser liberado para bajarlo a una posición sumergida. Un cargador está unido o asociado operativamente con la plataforma y un posicionador para mover el tuvo dése una posición almacenada hasta una posición de transferencia, en la que el tubo es transferido al posicionador. El posicionador incluye una torre que tiene una vía de tubo montada pivotalmente en el mismo con ensambles de sujeción de tubo que están adaptados para recibir un tramo de tubo. La vía de tubo se puede mover pivotalmente por medio de un mecanismo de energía hidráulica o mecanismo de engranajes, entre una posición de transferencia en la que el tubo es movido dentro de los ensambles de sujeción, y la posición de liberación en la que el tubo es liberado para moverlo a una posición sumergida.

La patente de E.U.A. No. 3,986,619, publicada el 19 de octubre de 1976 de Woolslayer et al., muestra un aparato de manipulación de tuberías para una torre de pozo petrolero. Un extremo interior de la pluma está soportado pivotalmente en un eje horizontal enfrente de un pozo. Un medio de sujeción está conectado pivotalmente con el extremo exterior de la pluma en un eje paralelo al eje horizontal en un extremo. El medio de sujeción permite que el extremo libre del tubo de perforación oscile a través de la pluma conforme el extremo exterior de la pluma se eleva o desciende. Se conecta una línea en un extremo con el bloque de desplazamiento que sube y baja los elevadores, y en el otro extremo con la pluma para pasar alrededor de poleas acanaladas.

La patente de EE.UU. No. 4,172,684, otorgada el 30 de octubre de 1979 a C. Jenkins, describe un aparato de manipulación de tubos a nivel del piso que se monta en el piso de una torre de pozos de petróleo. El aparato incluye un soporte que se puede balancear sobre un eje perpendicular a la línea central de un pozo en perforación. Un extremo de un brazo se monta pivotalmente en el soporte, en un eje transversal a la línea central del pozo. El extremo opuesto del brazo porta un par de zapatas que tiene asientos de recepción de tubo que se abren lateralmente, orientadas en alejamiento del brazo. El extremo libre del brazo se puede balancear hacia y desde la línea central del pozo, y el soporte del brazo puede ser movido para balancear lateralmente el brazo.

La patente de E.U.A. No. 4,403,666, emitida el 13 de septiembre de 1983 de C. A. Willis, muestra tenazas de auto centrado y un brazo de transferencia para un aparato de perforación. Las abrazaderas del brazo de transferencia se montan de manera flexible al brazo de transferencia con el fin de proporcionar un movimiento axial limitado de las abrazaderas y por lo tanto de un conjunto de tubos sujetados en el fondo del pozo. Se proporciona un par de tenazas hidráulicas automáticas de auto centrado para constituir y deshacer conexiones roscadas de los tubulares.

La patente de E.U.A. No. 4,407,629, emitida el martes, 04 de octubre de 1983 de C. A. Willis, enseña un aparato de elevación para tubulares de fondo de pozo. Este aparato de elevación incluye dos abrazaderas montadas giratoriamente que pueden girar entre una posición de carga lateral para facilitar la carga y descarga en la posición horizontal, y una posición central, en la que un tubular sujetado se alinea con el eje de perforación cuando la pluma está en la posición vertical. Se proporciona un circuito de secuenciación hidráulica automática, para hacer girar automáticamente las abrazaderas en la posición de carga lateral cada vez que la pluma pivota con un tubular de fondo de pozo ubicado en la abrazadera. En esta posición, el tubular atrapado se alinea con una placa de seguridad que está montada en la pluma, para evitar que el tubular atrapado se deslice de las abrazaderas.

La patente de E.U.A No. 4,492,501 proporciona un sistema de posicionamiento de plataforma para una operación de perforación, que incluye una estructura de soporte y un brazo de transferencia que está conectado pivotalmente con la estructura de soporte, para girar alrededor de un primer eje. Este sistema de posicionamiento de plataforma incluye una plataforma que se conecta pivotalmente con la estructura de soporte para girar alrededor de un segundo eje, y una varilla que está montada entre el brazo de transferencia y la plataforma. La posición de los ejes del brazo y la plataforma y la longitud de la varilla se seleccionan de tal manera que el brazo de transferencia eleve de manera automática y progresiva la plataforma a la posición elevada por medio de la varilla, a medida que el brazo de transferencia se mueve a la posición elevada. El brazo de transferencia hace descender de manera automática y progresiva la plataforma a la posición inferior por medio de la varilla, a medida que el brazo de transferencia se mueve a la posición inferior.

La patente de E.U.A. No. 4,595,066, publicada el 17 de junio de 1986 de Nelmark et. al., proporciona un aparato de manipulación de tuberías de perforación y que se usa en asociación con agujeros de lodo. Este sistema permite conectar y desconectar más fácilmente un tubo de perforación a una sarta de perforación en un agujero que está siendo perforado en un ángulo. Se forma un receptáculo en el extremo inferior del portador, que tiene puertas que funcionan hidráulicamente aseguradas por un seguro que funciona hidráulicamente. Una compuerta que está cerca del extremo superior funciona neumáticamente como respuesta a la operación hidráulica del seguro del receptáculo.

La patente de E.U.A. No. 4,822,230, publicada el 18 de abril de 1989 de P. Slettedal, muestra un aparato de manipulación de tuberías que está adaptado para operaciones de perforación automáticas. Los tubos de perforación son manipulados entre sustancialmente las posiciones horizontal y vertical. El aparato se utiliza con un dispositivo de perforación montado arriba que puede girar sobre un eje sustancialmente horizontal. El aparato utiliza un larguero con abrazaderas para sostener y manipular los tubos. El larguero se conecta mediante giro con el mismo eje que el dispositivo de perforación. El larguero se mueve hacia arriba o hacia abajo con el dispositivo de perforación. Una unidad de refuerzo se une al larguero para girar alrededor de un segundo eje.

La patente de EE.UU. No. 4,834,604, otorgada el 30 de mayo de 1989 a Brittain et al., proporciona un aparato para movimiento de tubos y un método para mover el ademe o el tubo desde una posición horizontal adyacente a un pozo a una posición vertical sobre el pozo perforado. La máquina incluye una pluma movible entre una posición baja y una posición elevada por un cilindro hidráulico. Un largero sujeta el tubo y sostiene el mismo hasta que el tubo está en posición vertical. A partir de entonces, un cilindro hidráulico en el larguero se acciona de tal modo bajando el tubo o el ademe en la sarta suspendida en el pozo perforado y el tubo o acoplamiento de ademe se enrosca a éste.

La patente de EE.UU. No. 4,708,581 , otorgada el 24 de noviembre de 1987 a H.L. Adair, proporciona un método para colocar un brazo de transferencia para el movimiento de tubos de perforación. Un mástil de perforación y un brazo de transferencia se monta en un primer eje al lado del mástil para moverse entre una posición baja cerca del nivel del suelo y una posición superior alineada con el mástil. Un punto de anclaje de reacción se fija con respecto al mástil de perforación y está separado del primer eje. Un eslabón de longitud fija se monta a manera de giro al brazo de transferencia en un segundo eje, separado del primer eje, y un primer cilindro de una sola etapa se monta a manera de giro en un extremo al extremo distal del eslabón y en el otro extremo al brazo de transferencia. Un segundo cilindro hidráulico de una sola etapa se monta a manera de giro en un extremo al extremo distal del eslabón y en el otro extremo al punto de reacción.

La patente de EE.UU. No. 4,759,414, otorgada el martes, 26 de julio de 1988 a C.A. Willis, ofrece una máquina de perforación que incluye un patín de superestructura de perforación que define dos correderas de patín paralelas y separadas y una plataforma. La plataforma sostiene un malacate montado en un patín de malacate y una pluma para tubos se monta en un patín de pluma para tubos del tamaño adecuado ara caber entre las correderas de patín del patín de subestructura de perforación. El patín de subestructura de perforación sostiene cuatro patas que, a su vez, sostienen una plataforma de perforación sobre la cual se monta un tramo del mástil inferior. El patín de pluma para tubos monta una pluma para tubos así como un eslabón para pluma, un motor y una bomba hidráulica adaptada para energizar el eslabón de la pluma para tubos. Seguros mecánicos de posición mantienen el patín superior en posición relativa sobre el patín inferior.

La patente de EE.UU. No. 5,458,454, otorgada el 17 de octubre de 1995 a R.S. Sorokan, describe un método de manipulación de tuberías que se usa para mover tubulares, los cuales se mueven de una posición horizontal en un estante de tubos adyacente al pozo perforado, hasta una posición vertical sobre el centro del pozo. Este método utiliza ensambles de bíceps y antebrazo, y un cabezal de sujeción para unirse al tubular. La trayectoria en la que se mueve el tubular es cercana a la trayectoria convencional del tubular utilizando las técnicas conocidas de transferencia con cables, para permitir el acceso el suelo de perforación a través de la puerta en V del equipo de perforación. La patente de E.U.A No. 6,220,807 describe un aparato para llevar a cabo el método de la patente de E.U.A No. 5,458,454.

La patente de E.U.A. No. 6,609,573, emitida el 26 de agosto de 2003 de H.W.F. Day, enseña un sistema de manipulación de tuberías para una estructura fuera de la costa. El sistema de manipulación de tuberías transfiere las tuberías de un estante de tubería horizontal adyacente al piso de perforación a una orientación vertical en un área de reserva del piso de perforación donde la sarta de perforación está hecha para bajar el fondo de pozo. El piso de perforación en voladizo se utiliza con el sistema de manipulación de tubería para ahorrar espacio de plataforma.

La patente de E.U.A. 6,705,414, presentada el 16 de marzo de 2004 para Simpson et al., describe un sistema de transferencia tubular para mover la tubería entre una posición horizontal sustancial en la pasarela y una posición sustancialmente vertical en la entrada del piso de plataforma. Los haces de tubulares individuales se mueven a un área de procedimiento donde una máquina autónoma de formación/escape forma los soportes tubulares. La máquina para remachado alinea y enchufa las conexiones y prepara la conexión para el par de torsión correcto. El soporte tubular entonces se transfiere de la máquina a un área de almacenamiento de soportes. Un carro se mueve en la posición sobre el área de levantamiento para recuperar los soportes. Los soportes se sujetan al carro y la carro se mueve de una posición sustancialmente horizontal a una posición sustancialmente vertical en la entrada del piso de plataforma. La máquina de apilado de tubería vertical transfiere los soportes al equipo de desplazamiento. El equipo de desplazamiento forma la conexión de soporte y el soporte se encuentra con el agujero.

La patente de EE.UU. No. 6,779,614 presentada el 24 de agosto de 2004 a M.S. Oser, muestra otro sistema y método para transferir la tubería. Un transportador de tubería se utiliza para mover una junta de tubería hacia una primera posición y después levantarla hacia una segunda posición.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema y método para prevenir la recuperación elástica de un aparato de manipulación de tuberías cuando se suministra una tubería a una boca de pozo.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que disminuye la cantidad de calibración requerida para mover la tubería de una orientación horizontal a una orientación vertical.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que funciona dentro de un solo grado de libertad para mover la tubería sin ajustes entre los componentes.

Es incluso otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que utiliza una torre existente.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que evita los daños de los componentes del aparato de manipulación de tuberías.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que evita los movimientos a los lados del aparato de manipulación de tuberías causado por el viento.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema y método de refuerzo que logra una precisión mayor en el suministro y en la instalación de la tubería y/o ademe.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para reforzar un aparato de manipulación de tuberías que aumenta la rigidez estructural del sistema.

Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la lectura de la especificación y reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un sistema para instalar una tubería que comprende un aparato de manipulación de tubería que tiene una primera posición y una segunda posición, una torre que tiene una ventana a través de la cual el aparato de manipulación de tuberías suministra una tubería a una boca de pozo y un cabezal montado en la ventana de la torre. El cabezal recibe una porción del aparato de manipulación de tuberías cuando el aparato de manipulación de tuberías está en la segunda posición.

El aparato de manipulación de tuberías comprende un fondo pivotalmente movible entre una primera posición y una segunda posición, un ensamble de palanca pivotalmente conectado al fondo, un brazo que tiene un extremo pivotalmente conectado al ensamble de palanca y que se extiende hacia arriba desde el mismo cuando el fondo está en la segunda posición, y un medio de sujeción fijo a un extremo opuesto del brazo para sujetar un diámetro de la tubería. El cabezal recibe una porción del brazo cuando el fondo está en la segunda posición.

La torre tiene una pluralidad de miembros estructurales. La pluralidad de los miembros estructurales dispuesta para formar la ventana. La pluralidad de los miembros estructurales forman una forma de V invertida. La ventana tiene una parte superior y una parte inferior. El cabezal está montado adyacente a la parte superior de la ventana. El cabezal está montado a la pluralidad de miembros estructurales para extenderse en una orientación generalmente horizontal o en relación generalmente paralela al piso de la torre.

El cabezal tiene una superficie externa y una superficie interna. La superficie externa está formada para ajustarse adecuadamente adentro de la ventana de la torre. La superficie interna está formada para recibir adecuadamente el brazo. La superficie interna resiste un movimiento ascendente del brazo. La superficie interna del cabezal ejerce una fuerza vertical sobre el brazo. La superficie interna resiste un movimiento hacia los lados del brazo. La superficie interna del cabezal ejerce una fuerza horizontal sobre el brazo.

El cabezal tiene un cuerpo. El cuerpo tiene un cabezal y por lo menos una pierna. El cabezal y la pierna están integralmente formados. El cabezal está montado en la ventana para resistir un movimiento ascendente del brazo cuando el aparato de manipulación de tuberías está en la segunda posición. La pierna se extiende hacia abajo desde el cabezal del cuerpo. El pierna está montada en la ventana para resistir un movimiento hacia los lados del brazo cuando el aparato de manipulación de tuberías está en la segunda posición. El cuerpo tiene una forma adecuada para el montaje en la ventana y es adecuado para recibir el brazo en el mismo. El cabezal recibe el brazo cuando el aparato de manipulación de tuberías está en la segunda posición. La pierna recibe el brazo cuando el aparato de manipulación de tuberías está en la segunda posición.

La presente invención es un método de movimiento de una tubería de una orientación horizontal para la instalación en una orientación vertical. El método incluye los pasos de extender una pluma sobre la tubería orientada horizontalmente de tal manera que los sujetadores están colocadas adyacentes a la tubería orientada horizontalmente, sujetando la tubería orientada horizontalmente con los sujetadores, mover en pivote la pluma hacia arriba de tai modo que la tubería se mueve angularmente a través de un interior de la parte inferior y hasta que la tubería está en orientación vertical, y recibir una porción del brazo en un cabezal montado en una ventana de una torre. Los sujetadores están fijos a un brazo pivotalmente conectado a un ensamble de palanca. El ensamble de palanca está montado pivotalmente al fondo. El método además incluye los pasos de mover el brazo y las pinzas y la tubería a través de la ventana de la torre, suministrar la tubería a una boca de pozo en la orientación vertical, resistir un movimiento ascendente del brazo con el cabezal, y resistir un movimiento hacia los lados del brazo con el cabezal. El método también incluye formar una superficie externa del cabezal para ajustarse adecuadamente en la ventana de la torre, formar una superficie interna del cabezal para recibir de manera adecuada la porción del brazo y montar el cabezal en la ventana de la torre.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías de acuerdo con las enseñanzas de la modalidad preferida de la presente invención.

La figura 2 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías en una primera posición.

La figura 3 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías que se mueve de la primera posición hacia la segunda posición.

La figura 4 es una vista en elevación lateral del aparato de manipulación de tuberías que muestra el aparato de manipulación de tuberías mientras mueve la tubería adicionalmente hacia la segunda posición.

La figura 5 es una vista en elevación lateral que muestra el aparato de manipulación de tuberías en su segunda posición en la que la tubería se extiende en una orientación vertical.

La figura 6 es una ilustración del ensamble de sujeción mientras traslada verticalmente la tubería.

La figura 7 es una vista en elevación lateral de una primera modalidad alternativa del ensamble de sujeción del aparato de manipulación de tuberías.

La figura 8 es una vista en elevación lateral que muestra una segunda modalidad alternativa del ensamble de sujeción del aparato de manipulación de tuberías.

La figura 9 es una vista en elevación lateral que muestra una tercera modalidad alternativa del ensamble de sujeción del aparato de manipulación de tuberías.

La figura 10 muestra una vista en elevación lateral de una modalidad preferida del sistema de la presente invención, con el aparato de manipulación de tuberías en una primera posición.

La figura 1 1 muestra una vista en elevación lateral de la modalidad preferida del sistema de la presente invención, con el aparato de manipulación de tuberías en una segunda posición.

La figura 12 muestra una vista en elevación frontal de la modalidad preferida del sistema de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con respecto a la figura 1 , se muestra el aparato de manipulación de tuberías 10 de acuerdo con el sistema de la presente invención. El aparato de manipulación de tuberías 10 está montado en un patín 12 que está soportado a la base 14 de un vehículo, como un camión. El aparato de manipulación de tuberías 10 en particular incluye una parte inferior 16 que es pivotalmente movible entre una primera posición y una segunda posición. En la figura 1 , se muestra particularmente una posición intermedia del aparato de manipulación de tuberías 10. En esta posición, la tubería 18 está ilustrada en su posición antes de la instalación en la plataforma de perforación 20. Un ensamble de palanca 22 está conectado pivotalmente a la parte inferior 16. Un brazo 24 está conectado pivotalmente a un extremo del ensamble de palanca 22 opuesto a la parte inferior 16. Un medio de sujeción 26 está fijamente conectado a un extremo opuesto del brazo 24 opuesto al ensamble de palanca 22. El medio de sujeción 26 incluye el cuerpo 28 y los sujetadores 30 y 32. Un enlace 34 tiene un extremo conectado al patín 12 y un extremo opuesto conectado pivotalmente al extremo del ensamble de palanca 22 opuesto al brazo 24. Un tirante 36 está conectado pivotalmente a la parte inferior 16 y también pivotalmente conectada al brazo 24 entre el ensamble de palanca 22 y el cuerpo 28 del medio de sujeción 26.

En la presente invención, la parte inferior 16 es un armazón estructural de puntales, miembros cruzados y vigas. En particular, en la presente invención, la parte inferior 16 está configurada para tener una parte interna abierta de tal modo que la tubería 18 podrá levantarse de una manera que pase a través del interior de la parte inferior 16. De tal modo, el extremo 38 de la parte inferior 16 debe reforzarse sólidamente para proveer la integridad estructural necesaria a la parte inferior 16. Una oreja 40 se extiende hacia afuera desde un lado de la parte inferior 16. Esta oreja 40 es adecuada para la conexión pivotable al ensamble de palanca 22. La parte inferior 16 está conectada pivotalmente a un extremo opuesto 42 a una ubicación en el patín 12. La conexión giratoria en el extremo 42 de la parte inferior 16 está ubicada en relación compensada y sobre la conexión pivotable 44 del enlace 34 con el patín 12. Un miembro de marco pequeño 46 se extiende hacia afuera desde el lado de la parte inferior 16 opuesta al enlace 34. Esta parte inferior 16 del ensamble de marco 46 tiene una conexión giratoria con el tirante 36.

El ensamble de palanca 22 incluye una primera porción 48 y una segunda porción 50. La primera porción 48 se extiende a un ángulo obtuso con respecto a la segunda porción 50. Un enlace 34 está conectado pivotalmente al extremo de la segunda porción 50 opuesta a la primera porción 48. El brazo 24 está conectado pivotalmente al extremo de la primera porción 48 opuesta a la segunda porción 50. La oreja 40 de la parte inferior 16 está conectada pivotalmente en un área generalmente entre la primera porción 48 y la segunda porción 50. Esta disposición única del ensamble de palanca 22 facilita la capacidad de la presente invención de llevar a cabo el movimiento de la tubería 18 entre la orientación horizontal y la orientación vertical.

El brazo 24 tiene un extremo conectado pivotalmente al extremo de la primera porción 48 del ensamble de palanca 22. El extremo opuesto del brazo 24 está conectado al medio de sujeción 26. En particular, un par de conexiones de pasador acoplan una superficie del cuerpo 28 del medio de sujeción 26 para colocar fijamente el medio de sujeción 26 con respecto al extremo del brazo 24. Las conexiones de pasador 52 y 54 pueden ser pernos, u otros sujetadores para conectar firmemente el cuerpo 28 del medio de sujeción 26 con el brazo 24. Los pernos asociados con las conexiones de pasador 52 y 54 pueden desprenderse de tal manera que otro medio de sujeción 26 puede fijarse al extremo del brazo 24. De este modo, el aparato de manipulación de tubería 10 de la presente invención puede ser adaptable a varios tamaños de tubería 18 y varias alturas de equipos de perforación 20.

El medio de sujeción 26 incluye el cuerpo 28 con los sujetadores 30 y 32 que pueden trasladarse a lo largo de la longitud del cuerpo 28. Esta traslación vertical de los sujetadores 30 y 32 permite que la tubería 18 se mueva adecuadamente hacia arriba y hacia abajo una vez que la orientación vertical de la tubería 18 se alcanza. Los sujetadores 30 y 32 son en la naturaleza de sujetadores convencionales que pueden abrirse y cerrarse para acoplarse al diámetro exterior de la tubería 18, como se desee.

El enlace 34 es un miembro alargado que se extiende desde la conexión pivotable 44 hacia la conexión pivotable 68 de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22. El enlace 34 no es extensible y 17 generalmente se extiende adyacente al lado opuesto desde la la parte inferior 16 de aquélla del brazo 24. El enlace 34 generalmente se moverá en relación con el movimiento de la parte inferior 16. El tirante 36 está conectado pivotalmente al armazón pequeño 46 asociado con la parte inferior 16 y también puede conectarse pivotalmente a una ubicación a lo largo del brazo 26 entre los extremos del mismo. El tirante 36 proporciona soporte estructural al brazo 24 y también facilita el movimiento deseado del brazo 24 durante el movimiento de la tubería 18 entre la orientación horizontal y la orientación vertical.

Los accionadores 56 y 58 están ilustrados con un extremo conectado al patín 12 y un extremo opuesto conectado a la parte inferior 16 en una ubicación arriba del extremo 42. Cuando los accionadores 56 y 58 se activan, moverán en pivote la pluma 16 hacia arriba desde la orientación horizontal finalmente a una posición más allá de la vertical para causar que la tubería 18 alcance una orientación vertical. Dentro del concepto de la presente invención, puede utilizarse un solo accionador hidráulico en vez del par de accionadores hidráulicos 56 y 58 como se ilustra en la figura 1.

El equipo de perforación 20 se ilustra como tuberías de perforación 60 y 62 que se extienden hacia arriba para tener un extremo arriba del piso de perforación 64. Cuando la tubería 18 está en su posición vertical, el movimiento de traslación de los sujetadores 30 y 32 puede utilizarse para causar que el extremo de la tubería 18 se acople con la caja de una de las tuberías de perforación 60 y 62.

En la figura 1 , el movimiento general del extremo inferior de la tubería 18 se ilustra por la línea 66. El movimiento del punto de pivote 68 de la conexión entre el ensamble de palanca 22 y el enlace 34 se ilustra por la línea 70. La línea curva 72 ilustra el movimiento de la conexión pivotable 40 entre la parte inferior 16 y el ensamble de palanca 22.

En la presente invención, se logra el movimiento coordinado de cada miembro no extensible del aparato 10 con la conformación y las relaciones angulares adecuadas. En esencia, la presente invención proporciona un enlace de cuatro barras entre varios componentes. Como un resultado, el movimiento de la tubería de perforación 18 entre un orientación horizontal y una orientación vertical puede alcanzarse puramente a través de los mecanismos asociados con los diferentes componentes. Como puede observarse, únicamente puede ser necesario un solo accionador hidráulico para alcanzar este movimiento deseado. No es necesario que haya un movimiento coordinado de los accionadores hidráulicos. Los accionadores hidráulicos únicamente se utilizan para mover en pivote la pluma. Ya que el patín 12 se localiza en la base de un vehículo 14, el vehículo 14 puede maniobrarse en el lugar para alinearse adecuadamente con la línea centra de la tubería de perforación 60 y 62 del equipo de perforación 20. Una vez que la se ha logrado la alineación adecuada mediante el vehículo 14, el aparato 10 puede ponerse a funcionar para mover efectivamente la tubería de perforación a su posición deseada. Los ensambles de sujeción de la presente invención permiten que la tubería de perforación 18 se mueva hacia arriba y hacia abajo para el enchufado adecuado de las tuberías de perforación 60 y 62. La presente invención se puede adaptar a varios enlaces de la tubería 18.

Pueden instalarse varios tipos de medios de sujeción 26 en el extremo del brazo 24 para acomodar adecuadamente las longitudes más largas de la tubería 18. Estas variaciones se ilustrar aquí en conexiones de las figuras 6-9.

De este modo, en vez de los mecanismos de control complejos que se requieren con los sistemas de la técnica antecedente, la presente invención logra sus resultados mediante una simple maniobra del vehículo 14 junto con la operación de los cilindros hidráulicos 56 y 58. Los demás enlaces y el movimiento de la tubería 18 se alcanzan meramente debido a las conexiones mecánicas entre los diferentes componentes. De tal manera, la presente invención asegura un autocentrado preciso de la tubería 18 con respecto a la tubería de conexión deseada. Esto se logra únicamente con un grado de libertad en el sistema de manipulación de tuberías.

La figura 2 ilustra la tubería de perforación 18 en una orientación generalmente horizontal. En la presente invención, es importante observar que la tubería de perforación puede suministrarse al aparato 10 en una posición debajo de la pluma 16. En particular, la tubería de perforación puede cargarse con el patín 12 en una ubicación generalmente adyacente a los sujetadores 30 y 32 asociada con el medio de sujeción 26. De tal manera, la presente invención 19 facilita el suministro de la tubería de perforación a la ubicación deseada. El sujetador 30 y 32 sujetarán el diámetro exterior de la tubería 18 en esta orientación horizontal.

En la figura 2, puede observarse que la pluma 16 reside sobre la tubería de perforación 18 y en relación generalmente paralela a la superficie superior del patín 12. El ensamble de palanca 22 se mueve en pivote adecuadamente para que el brazo 24 se extienda a través del interior del armazón de la pluma 16 y de tal manera que el medio de sujeción 26 se acopla con la tubería 18. El tirante 36 reside en la conexión con el armazón de la pluma 16 y también está conectada pivotalmente al brazo 24. El enlace 34 residirá debajo de la pluma 16 generalmente adyacente a la superficie superior del patín 12 y está conectado a la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 debajo de la pluma 16.

La figura 3 muestra una posición intermedia de la tubería de perforación 18 durante el movimiento de la orientación horizontal a la orientación vertical. Como puede observarse, el medio de sujeción 26 se acopló con la tubería 18. El ensamble de palanca 22 está moviendo en pivote para que el extremo 70 de la tubería 8 pase a través del interior del armazón de la pluma 16. También, el brazo asociado con el medio de sujeción 26 sirve para mover el cuerpo 28 del medio de sujeción 26 a través del interior del armazón de la pluma 16. El tirante 36 se pone en la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 para que suceda este movimiento. El enlace 34 se pone en el extremo de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 para sacar la primera porción 48 hacia arriba para causar el movimiento del cuerpo 28 del medio de sujeción 26. Los accionadores hidráulicos 56 y 58 funcionaron para impulsar la pluma 16 hacia arriba pivotalmente.

La figura 4 muestra un movimiento intermedio adicional de la tubería de perforación 18. Una vez más, los accionadores hidráulicos 56 y 58 impulsan la pluma 16 hacia arriba de manera angular lejos de la superficie superior del patín 12. Esto causa que el enlace 34 tenga una fuerza de tracción en la conexión pivotante 68 de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22. Esto causa que la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 se mueva hacia arriba con lo cual causa que el brazo 24, en combinación con el tirante 36, eleve el medio de sujeción 26 adicionalmente 20 hacia arriba y saque la tubería 18 completamente a través del interior de la pluma 16. Como puede observarse, el tamaño y relación relativa de los componentes de la presente invención logran el movimiento de la tubería 18 sin la necesidad de separar los accionadores hidráulicos.

La figura 5 ilustra la tubería de perforación 18 en una orientación vertical. Como puede observarse, la tubería de perforación 18 está colocada directamente arriba de la tubería subyacente 62 sobre el equipo de perforación 20. El movimiento de pivote hacia arriba de la pluma 16 es ocasionado por los cilindros hidráulicos 56 y 58. Esto causa que el enlace 34 gire y saque el extremo de la segunda porción 50 del ensamble de palanca 22 hacia abajo. El ensamble de palanca 22 gira sobre el punto de pivote 40 de tal manera que la primera porción 48 del ensamble de palanca 22 tiene un pivote 72 en su extremo superior. El tirante 36 ahora se gira en una posición para proporcionar soporte para el brazo 24 en esta posición superior. El medio de sujeción 26 tiene sujetadores 30 y 32 alineados verticalmente y en relación paralela y separada entre sí. Si se requiere cualquier movimiento preciso adicional entre el extremo inferior 80 de la tubería 18 y el extremo superior 82 de la tubería 62, entonces el vehículo 14 puede moverse ligeramente para alcanzar movimiento preciso adicional. De la manera descrita anteriormente, la tubería de perforación 18 alcanzó una orientación completamente vertical debido a la interrelación de los diferentes componentes de la presente invención y sin la necesidad de mecanismos e hidráulica de control complejo.

Para instalar la tubería de perforación 18 con la tubería 62, únicamente es necesario trasladar verticalmente las pinzas 30 y 32 dentro del cuerpo 28 del medio de sujeción 26. De este modo, el extremo 80 puede enchufarse a la conexión de caja 82 de tubería 62. Las tenazas, los rotámetros u otros mecanismos pueden utilizarse para girar la tubería 18 para lograr una conexión deseada. Las pinzas 30 y 32 entonces pueden liberarse del exterior de la tubería 18 y regresarse a la posición original de tal manera que otra longitud de la tubería de perforación puede instalarse.

La figura 6 es una vista detallada del medio de sujeción 26 de la presente invención. En la figura 6 las conexiones de pasador 52 y 54 se han instalado en agujeros alternativos formados en el cuerpo 28 de los 21 medios de sujeción 26. Los orificios, tales como el orificio 84, pueden formarse en una superficie del cuerpo 28 para permitir la conexión selectiva entre el extremo del brazo 24 y el cuerpo 28 del medio de sujeción 26. Así, la posición del medio de sujeción 26 en relación con el brazo 24 puede adaptarse a varias circunstancias.

Puede observarse que la tubería 18 está acoplada mediante pinzas 30 y 32 del medio de sujeción 26. La configuración de las pinzas 30 y 32 como se muestra en la figura 6 está particularmente diseñada para longitud corta (aproximadamente 9.1 metros) de la tubería de perforación. En la figura 6, se puede observar que se instalan las pinzas 30 y 32 en relación con el cuerpo 28 para bajar el extremo 80 de la tubería 18 hacia abajo para la conexión a una tubería subyacente.

Ocasionalmente, es necesario acomodar las longitudes más grandes de la tubería. En otras circunstancias, se desea acomodar las tuberías que ya se ensamblaron en una longitud extendida. En la figura 7, puede observarse que la tubería de perforación 18 está formada de tramos separados 90, 92, 94 y 96 que están unidas en una conexión extremo a extremo para formar una longitud extendida de la tubería 18. Cuando tales disposiciones de tubería se requieren, el medio de sujeción 26 de la presente invención tendrá que adaptarse para acomodar tales longitudes extendidas. Afortunadamente, la estructura del aparato 10 de la presente invención puede acomodar tal una disposición. Como se puede ver en la figura 7, el brazo 24 está conectado a un primer ensamble de sujeción 100 y conectado mediante un bastidor de enchufado 102 a un segundo ensamble de sujeción 104. El segundo ensamble de sujeción 104 está ubicado directamente debajo y verticalmente alineado con el primer ensamble de sujeción 100. El bastidor de enchufado 102 incluye una conexión adecuada de pasador para acoplarse con el cuerpo 106 del segundo ensamble sujetador 104. El primer ensamble de sujeción 100 tiene un cuerpo 108 que está directamente conectado a las conexiones de seguro asociados con el brazo 24. El ensamble de sujeción 100 incluye pinzas 1 10 y 112 que se acoplan en posición intermedia a lo largo de la longitud de la tubería 18. Las pinzas 114 y 116 del segundo ensamble de sujeción 104 acoplan la porción inferior de la tubería 18. El método de mover el tubo 18 de la posición horizontal a la posición vertical es similar al descrito anteriormente 22 en la presente.

Debe observarse que el brazo 24 puede extenderse a varias longitudes con respecto a los ensambles de sujeción 100 y 104. En la modalidad preferida, el brazo 24 será en general transversal a la longitud del cuerpo asociado con los ensambles sujetadores 100 y 104. No obstante, si se necesita acomodar ciertas alturas y disposiciones de plataformas de perforación, el brazo 24 puede aumentar su ángulo a 30° desde la transversal con respecto al cuerpo asociado con los ensambles de sujeción 100 y 104.

En la figura 8, se puede ver que el brazo 24 tiene un primer bastidor de enchufado 120 que se extiende hacia arriba desde la parte superior del brazo 24 y un segundo bastidor de enchufado 122 que se extiende por debajo del brazo 24. El bastidor de enchufado 120 incluye un ensamble sujetador 124 fijado al mismo. El bastidor de enchufado 122 incluye un ensamble sujetador 126 conectado al mismo. El brazo 24 incluirá conexiones de pasador adecuados ubicados en la superficie superior del mismo y una superficie inferior del mismo para acoplarlo con los bastidores de enchufado 120 y 122. El ensamble de sujeción 124 tiene pinzas adecuadas 128 y 130 para acoplar una porción superior de la tubería 132. El ensamble de sujeción 126 incluye pinzas 134 y 136 para acoplarse con una porción inferior de la tubería 132. Como se ilustra en la figura 8, la tubería 132 es una tubería de múltiples tramos. Sin embargo, la tubería 132 puede ser una longitud extendida de una sola sección de tubería.

La figura 9 muestra otra modalidad de la estructura del ensamble de sujeción de la presente invención. En la figura 9, el brazo 24 está conectado al bastidor de enchufado superior tubería 150 y al bastidor inferior de enchufado 152. Se proporcionan os ensambles de sujeción 154, 156 y 158. El ensamble de sujeción 154 está conectado a un extremo superior del bastidor de enchufado superior 150. El ensamble de sujeción 158 está conectado a un extremo inferior del bastidor de enchufado inferior 152. El ensamble de sujeción 156 está ubicado de manera intermedia directamente en el lado opuesto del extremo del brazo 24 y está conectado al extremo inferior del bastidor de enchufado superior 150 y al extremo superior del bastidor de enchufado inferior 152. De tal manera, la presente invención provee más de tres ensambles de sujeción 54, 156 y 158 a conectar. Se puede utilizar esto para dar cabida a segmentos incluso más largos 23 del tubo, si es necesario.

La presente invención logra un número de ventajas sobre la técnica antecedente. Lo que es más importante, la presente invención provee un aparato y método de manipulación de tuberías que disminuye el número de mecanismos de control, sensores y sistemas hidráulicos asociados con el sistema de manipulación de tuberías. Puesto que el movimiento del tubo se realiza de manera puramente mecánica, es necesario sólo un accionador hidráulico individual para el movimiento de la pluma. Todos los otros movimientos se lograr mediante la interrelación de los diferentes componentes. De este modo, la presente invención logra libertad de los errores y desviaciones que puedan ocurrir a través del uso de múltiples sistemas hidráulicos. La simplicidad de la presente invención facilita la capacidad de un trabajador con relativamente poca experiencia para operar el sistema de manipulación de tuberías. La cantidad de calibración es relativamente mínima. Ya que el patín 12 asociado con la presente invención puede transportarse mediante un camión, pueden lograrse varios movimientos finos y la ubicación del aparato de manipulación de tuberías 10 puede alcanzarse a través del movimiento simple del vehículo. El aparato de manipulación de tuberías 10 de la presente invención es independiente de la plataforma de perforación. De este modo, un solo aparato de manipulación de tuberías que está construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención puede utilizarse en muchas plataformas y puede utilizarse en cualquier momento cuando se requiera. No es necesario modificar la plataforma de perforación de ninguna manera para acomodar el aparato de manipulación de tubenas de la presente invención. Dado que los tubos se cargan por debajo de la pluma, se puede lograr de manera muy simple la provisión del tubo al aparato de manipulación de tuberías. No es necesario elevar las tuberías a una elevación u orientación en particular para encender el sistema de manipulación de tuberías.

Haciendo referencia a la figura 10, se muestra una vista lateral en elevación de la forma de la modalidad preferida del sistema 210 de la presente invención, con el aparato de manipulación de tuberías 212 en una primera posición. El aparato de manipulación de tuberías 212 tiene una pluma 214, un ensamble de palanca 216, un brazo 218 y un sujetador 226. La pluma 214 está conectada pivotalmente al patín 215. El ensamble de palanca 216 está conectado pivotalmente a la 24 pluma 214. El brazo 218 está conectado pivotalmente al ensamble de palanca 216. El brazo 218 está conectado pivotalmente al medio sujetador 226. El medio sujetador 226 tiene un tubular 244 para transferir un uso en orientación horizontal a una orientación vertical, mientras que el aparato de manipulación de tuberías 212 se mueve de la primera posición a la segunda posición, descrita a continuación. El tubular 244 puede ser un tubo, un ademe o cualquier otro miembro tubular. El tubular 244 está mostrado en la orientación horizontal. La torre 234 está asentada arriba de una boca de pozo 240. Como se usa en la presente, el término 'torre' se refiere a torres, mástiles y estructuras similares asociadas a producción de petróleo y gas. La torre 234 está centrada sobre una boca de pozo 240. La torre 234 tiene miembros estructurales 236. Los miembros estructurales 236 puede ser de cualquier orientación adecuada para una torre típica de un pozo de petróleo. Los miembros estructurales 236 de la torre 234 están dispuestos para dar rigidez a la torre 234. Los miembros estructurales 236 de la torre 234 están dispuestos para formar una abertura llamada una ventana 238. La ventana 238 está ubicada en el frente 245 de la torre 234. Un encabezamiento 228 está montado en la ventana 238 en el frente 245 de la torre 234. Más particularmente, el encabezamiento 228 está montado cerca de la parte superior 239 de la ventana 238. Como se describe a continuación, los tubulares 244 son suministrados por el aparato de manipulación de tuberías 212 a la boca de pozo 240 a través de la ventana 238.

Haciendo referencia a la figura 1 1 , se muestra una vista lateral en elevación de la forma de la modalidad preferida del sistema 210 de la presente invención, con el aparato de manipulación de tuberías 212 en una segunda posición. En la segunda posición, el aparato de manipulación de tuberías 212 suministra tubular 244 en orientación vertical en la boca de pozo 240. La pluma 214 está también en la segunda posición, que está orientada verticalmente. El ensamble de palanca 216 es pivotado con respecto a la pluma 214. El extremo 220 del brazo 218 está conectado pivotalmente al ensamble de palanca 216. El brazo 218 se extiende hacia fuera desde el ensamble de palanca 216. El sujetador 226 se fijará a un extremo opuesto 222 del brazo 218. Cuando la pluma 214 en la segunda posición, el encabezamiento 228 recibe una porción 224 del brazo de 218 en el mismo. El encabezamiento 218 ayuda a guiar el brazo 218 hacia la boca de pozo 240 para que el tubular 244 puede estar alineado con la boca de pozo 240. Una vez 25 que el tubular 244 se suministra a la boca de pozo 240 en una orientación vertical, el sujetador 226 libera el tubular 244. Normalmente, el sujetador 226 y el brazo 218 saltarían hacia arriba después de soltar el tubo 244. Este "recuperación elástica" del sujetador 226 y del brazo 218 puede ser hasta de 25.4 centímetros. Sin embargo, el encabezamiento 228 impide la recuperación elástica del sujetador 226 y del brazo 218. La fuerza ascendente del brazo 218 comprime el encabezamiento entre el brazo 218 y la ventana 238 de la torre 234. La torre 234 es una torre de petróleo. El encabezamiento 228 opone resistencia a la fuerza creada por el movimiento hacia arriba del brazo 218 después de que el sujetador 226 libera el tubular 244. En otras palabras, el encabezamiento 228 ejerce una fuerza descendente en el brazo 218. Se puede observar que el encabezamiento 228 se extiende también alrededor de los lados 217 del brazo 218. Por lo tanto, el encabezamiento 228 opone resistencia a cualquier movimiento lateral del brazo 218, debido a la recuperación elástica, el viento o cualquier otra fuente de movimiento lateral. En otras palabras, el encabezamiento 228 ejerce también una fuerza horizontal en el brazo 218.

Haciendo referencia a la figura 12, se muestra una vista frontal en elevación de la forma del sistema 210 de la presente invención, con el aparato de manipulación de tuberías 212 en la primera posición. La boca de pozo 240 puede verse tal como se extiende hacia arriba desde la base de pozo 241. En operación normal, el aparato de manipulación de tuberías 212 está ubicado debajo de la boca de pozo 240. La torre de petróleo 234 tiene miembros estructurales 236. Como se menciona anteriormente en la figura 10, los miembros estructurales 236 están dispuestos para formar la ventana 238. En la modalidad mostrada en la figura 12, la ventana 238 está formada por miembros estructurales 236 en forma de V invertida. Se refiere a menudo a la forma de V de los miembros estructurales 236 como la "puerta en V". En el punto más ancho, la ventana de 238 tiene un ancho aproximadamente igual a un ancho de una parte inferior 246 de la torre 234. La parte superior 239 de la ventana 238 se está ubicada entre la parte superior 247 de la torre 234 y la parte inferior 246 de la torre 234.

El encabezamiento 228 está montado a los miembros estructurales 236 cerca de la parte superior 239 de la ventana 238. En la figura 12, el encabezamiento 228 está montado cerca del vértice de la forma de V invertida, pero la presente invención contempla que el encabezamiento 228 se pueda montar en cualquier lugar de la ventana 238 que sea adecuado 26 para recibir el brazo de 218 del aparato de manipulación de tuberías 212. El encabezamiento 228 puede estar hecho de cualquier material y de cualquier forma que sea adecuado para colocar el encabezamiento 228 en la ventana 238 de la torre 234 y para recibir el brazo del aparato de manipulación de tuberías 212 en el mismo. El encabezamiento 228 tiene una superficie interior 230 y una superficie exterior 232. La superficie exterior 232 está formada de manera que encaje adecuadamente dentro de la ventana 238 de la torre 234. La superficie interior 230 está formada de manera que reciba adecuadamente el brazo 218 de la aparato de manipulación de tuberías 212 cuando el aparato de manipulación de tuberías 212 suministra un tubo al cabezal de pozo 240.

En la figura 12, el encabezamiento 228 tiene forma de A de manera que encaje adecuadamente cerca de la parte superior 239 de la ventana en forma de V 238. El encabezamiento 228 puede ser de cualquier otra forma adecuada dependiendo de la forma de una ventana determinada para una torre determinada. El encabezamiento 228 tiene un cuerpo 229. El cuerpo 229 tiene un cabezal 233 y patas 231 que se extienden hacia abajo del cabezal 233. El cabezal 233 del cuerpo 229 del encabezamiento 228 ejerce una fuerza hacia abajo cuando el brazo 218 se coloca adyacentemente al encabezamiento 228. Las patas 231 ejercen fuerzas horizontales en el brazo 218 para mantener el brazo alineado dentro del cabezal 233 y de las patas 231 del cuerpo 229 del encabezamiento 228. En el caso de fuertes ráfagas de viento, las patas 231 del encabezamiento 228 evitan que el aparatos de manipulación de tuberías 212 se balancee de lado a lado. Es decir, las patas 231 del encabezamiento 228 opone resistencia al movimiento lateral del brazo 218 del aparato de manipulación de tuberías 212. En el caso de que el aparato de manipulación de tuberías 212 no esté alineado con el centro de la boca de pozo 240, las patas 231 del encabezamiento 228 cumplen la función adicional de guiar el brazo 2 8 del aparato de manipulación de tuberías 212 al centro de la boca de pozo 240. El encabezamiento 228 mejora así la precisión del aparato de manipulación de tuberías 212. Al dirigir el aparato de manipulación de tuberías 212 y al mantener el aparato de manipulación de tuberías 212 en su lugar mientras los tubulares se suministran a la boca de pozo 240.

El encabezamiento 228 es único en el sentido de que no tiene partes móviles y se puede montar fácilmente a la ventana 238 formada por los miembros estructurales 236 de la torre 234. El encabezamiento 228 opone resistencia a los movimientos tanto hacia arriba 27 como hacia los lados del brazo del aparato de manipulación de tuberías 212. El cuerpo 229 del encabezamiento 228 hace contacto con el brazo del aparato de manipulación de tuberías 212 cuando el tubular está en orientación vertical. El encabezamiento 228 se comprime entre el brazo 218 y la ventana 238.

La exposición y la descripción precedentes de la invención son ilustrativas y explicativas de la misma. Se pueden hacer varios cambios de los detalles de la construcción y el método ilustrados dentro del alcance de las presentes reivindicaciones sin apartarse del espíritu verdadero de la invención. La presente invención debe estar limitada sólo por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema para instalar un tubo, que comprende: un aparato de manipulación de tuberías que tiene un brazo, dicho sistema de manipulación de tuberías siendo adecuado para mover dicho brazo entre una posición de primera y una segunda posición; una torre que tiene una ventana formada en la misma; y un encabezamiento montado en dicha ventana de dicha torre, dicho encabezamiento recibiendo una porción de dicho brazo cuando dicho brazo está en dicha segunda posición.

2. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho aparato de manipulación de tuberías comprende: una pluma movible pivotalmente entre una primera orientación y una segunda orientación; un ensamble de palanca conectado pivotalmente a dicha pluma, dicho brazo teniendo un extremo conectado pivotalmente al ensamble de palanca y extendiéndose hacia fuera del mismo, cuando dicha pluma está en dicha segunda orientación; y un medio sujetador fijado un extremo opuesto de dicho brazo, dicho medio sujetador siendo para agarrar un diámetro del tubo.

3. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha torre tiene una pluralidad de miembros estructurales dispuestos de manera que formen dicha ventana.

4. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicha pluralidad de elementos estructurales forma dicha ventana en forma de V invertida, dicha ventana tiene una parte superior y un parte inferior, dicho encabezamiento está montado adyacentemente a una parte superior de dicha ventana.

5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho encabezamiento recibe una porción de dicho brazo cuando dicha pluma está en dicha segunda orientación, dicho encabezamiento está montado a dicha pluralidad de miembros estructurales.

6.- El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho encabezamiento tiene una superficie exterior, dicha superficie exterior está formada de manera que encaje adecuadamente dentro de dicha ventana de dicha torre.

7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicho encabezamiento que tiene una superficie interior que define una ranura, dicha ranura teniendo un tamaño adecuado para recibir dicho brazo en el mismo.

8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque dicha ranura tiene una superficie superior que empuja contra dicho brazo cuando dicho brazo está en dicha segunda posición.

9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha ranura que tiene un par de paredes laterales que empujan contra los lados de dicho brazo cuando dicho brazo está en dicha segunda posición.

10.- El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho encabezamiento tiene un cuerpo, dicho cuerpo comprendiendo: un cabezal montado en dicha ventana para que empuje contra dicho brazo, cuando dicho braza está en dicha segunda posición; y al menos una pata que se extiende hacia abajo desde dicho cabezal, la pata estando montada en dicha ventana para que empuje dicho brazo, cuando dicho brazo está en dicha segunda posición.

1 1.- El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho cabezal y la pata están formados integralmente, dicho cuerpo teniendo una forma adecuada para el montaje en dicha ventana y adecuada para recibir dicho brazo en la misma cuando dicho brazo está en dicha segunda posición.

12.- Un método de mover un tubo orientado horizontalmente de una orientación horizontal a una orientación vertical, que comprende: extender una pluma y sujetadores sobre el tubo orientado horizontalmente, de tal manera que dichos sujetadores se colocan adyacentemente al tubo orientado horizontalmente, dichos sujetadores estando fijados un brazo, dicho brazo estando conectado pivotalmente a un ensamble de palanca, dicho ensamble de palanca estando montado pivotalmente a dicha pluma; sujetar el tubo orientado horizontalmente a dichos sujetadores; pivotar dicha pluma hacia arriba de tal manera que el tubo se mueva a través de un interior de la pluma y hasta que el tubo quede en la orientación vertical; y recibir una porción de dicho brazo en un cabezal montado en una ventana de una torre.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicionalmente: mover dicho brazo y dichos sujetadores y el tubo a través de dicha ventana de dicha torre; suministrar el tubo a un cabezal de pozo en la orientación vertical; liberar el tubo en dicho cabezal de pozo en la vertical orientación; y oponer resistencia a un movimiento hacia arriba de dicho brazo con dicha encabezamiento.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente: oponer resistencia a un movimiento lateral de dicho brazo con dicho encabezamiento.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende adicionalmente: formar una superficie exterior de dicho encabezamiento par que encaje adecuadamente en dicha ventana de dicha torre; formar una superficie interior de dicho encabezamiento para que reciba adecuadamente dicha porción de dicho brazo; montar dicho cabezal en dicha ventana de dicha torre.

16 - Un sistema para oponer resistencia al movimiento hacia arriba de un brazo de un aparato de manipulación de tuberías, el sistema comprendiendo: una torre que tiene una ventana formada en la misma; y un encabezamiento fijado dentro de dicha ventana de dicha torre, dicho encabezamiento teniendo una superficie sobre el mismo, adecuada para ponerse en contacto con el brazo del sistema de manipulación de tuberías donde el brazo está en una posición más alta.

17.- El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque dicho encabezamiento tiene un cuerpo, dicho cuerpo teniendo una superficie interior y una superficie exterior.

18 - El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque dicha superficie exterior se forma para que encaje adecuadamente dentro de la ventana de la torre, dicha superficie interior definiendo una ranura formada para que reciba adecuadamente el brazo del sistema de manipulación de tuberías.

19.- El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicho cuerpo comprende: un cabezal montado en la ventana para oponer resistencia a un movimiento hacia arriba del brazo cuando el sistema de manipulación de tuberías está en la segunda posición; y por lo menos una pata que se extiende hacia abajo desde dicho cabezal, la pata estando montada en la ventana para que oponga resistencia a un movimiento lateral del brazo cuando el sistema de manipulación de tuberías está en la segunda posición.

20.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque dicho cabezal y la pata están formados integralmente.