MXPA98001278A - Sistema de circulacion de lodo al fondo de la perforacion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una herramienta del fondo del pozo, construida para estar suspendida en un pozo mediante tubería, incluye un alojamiento, un pistón de circulación un miembro de desviación y un sistema de compensación de presión. El alojamiento define una cámara de flujo en comunicación fluida abierta con el interior de la tubería, un portillo de derivación para flujo de fluido entre la cámara de flujo y el pozo, una cámara de lodo en comunicación abierta con el pozo, y una cámara sellada separada de la cámara de flujo mediante una interfaz sellada. El pistón de circulación separa las cámaras de flujo y lodo y estádispuesto para movimiento entre una primera posición de bloqueo de portillo de derivación y una segunda posición de exposición de portillo de derivación en respuesta a la presión en la cámara de flujo. El miembro de desviación desvía el pistón de circulación a su primera posición y el sistema de compensación de presión limita la diferencia de presión entre las cámaras de flujo y sellada, limitando de esta manera la diferencia de presión a través de la interfaz sellada. La herramienta tiene aplicación particular a herramientas, v.gr., herramientas de diagrafía de pozo, adaptadas para conectarse en el fondo del pozo a un conector de cable de línea de sondeo que se bombea hacia abajo del pozo. También se describen los métodos de uso.

Description

SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE LODO AL FONDO DE LA PERFORACIÓN Este invento está relacionado con instrumentos en un cable de sondeo dotados de conectores eléctricos acoplados remotamente para usarse en pozos de petróleo. Una vez que se ha perforado un pozo de petróleo, -es habitual hacer una diagrafía de ciertas secciones del po zo con instrumentos eléctricos. Estos instrumentos se deno minan a veces instrumentos del "cable de sondeo", ya que se comunican con la unidad de diagrafía, en la superficie del pozo, a través de un cable eléctrico con el cual son desple gados. En pozos verticales, a menudo los instrumentos se -hacen descender simplemente al fondo del pozo en el cable -de sondeo. En pozos horizontales o muy desviados, sin embargo, la gravedad es a menudo insuficiente para mover los instrumentos a las profundidades a ser registradas. En estas situaciones, a veces es necesario empujar los instrumen tos a lo largo del pozo con una tubería de perforación. La diagrafía en un cable de sondeo con una tubería de perforación puede ser difícil, no obstante, debido a la presencia del cable. Es incómodo y peligroso extender -el cable eléctrico a través de toda la tubería de perforación antes de hacer descender los instrumentos al interior del pozo. Por este motivo se han desarrollado algunos sis-temas de despliegue, tales como el sistema de diagrafía para pozos difíciles (SDPD) de Schlumberger, con el que la -conexión eléctrica entre los instrumentos y el cable en el fondo de la perforación se hace después de hacer descender los instrumentos al fondo. En estos sistemas, los instrumentos eléctricos son desplegados fácilmente con tuberías -de perforación estándar, y luego el cable es introducido al interior de la tubería de perforación y conectado. Después de realizar la diagrafía, el cable puede desacoplarse fácil^ mente de la sonda de diagrafía y retirarse antes de retirar la sonda. El SDPD es muy eficaz y ha sido ampliamente reco nocido comercialmente. En el SDPD y en otros sistemas, el cable se conec ta remotamente a los instrumentos con un conector en el fon do de la perforación. Una mitad de este conector se une a los instrumentos y se hace descender al interior del pozo -en la tubería de perforación. La otra mitad del conector -se une al extremo del cable y es bombeada, a lo largo de la tubería de perforación, con un flujo de lodo que sale de los orificios abiertos en la parte inferior de la tubería de per foración y hacia el interior de la perforación. El conector es denominado a veces "conector húmedo" porque la conexión -se hace en el flujo del lodo de perforación bajo condiciones que desafían la fiabilidad de una conexión eléctrica. Para complicar aún más el uso en el campo de tales sistemas, ocasionalmente oleadas de fluidos del pozo pueden introducirse en la tubería de perforación, a través de los -orificios de circulación del lodo, cerca de la parte inferior de la tubería, separando el conector del cable o, lo que es peor, haciendo volar la tubería de perforación hacia los ope radores. La entrada de desechos a través de los mismos orificios de circulación puede afectar también el acoplamiento del conector.

EXTRACTO DE LA INVENCIÓN En un aspecto del invento, se trata de un instrumento para usarse en el fondo de la perforación, diseñado -para ser suspendido en un pozo mediante una tubería, que in-cluye un alojamiento, un pistón de circulación, un miembro -de derivación y un sistema de compensación de la presión. El alojamiento forma una cámara de flujo en comunicación abierta, por fluido, con el interior de la tubería, un puerto de paso para permitir que el fluido circule entre la c ma ra de flujo y el pozo, una cámara de lodo en comunicación -abierta con el pozo, y una cámara hermética, separada de la cámara de flujo por una superficie de separación hermética. El pistón de circulación separa las cámaras de flujo y de lo do y está dispuesto para que se mueva entre una primera posi ción de bloqueo de los puertos de paso y una segunda posición de exposición de los puertos de paso, respondiendo a la presión en la cámara de flujo. El miembro de derivación desvía el pistón de circulación a su primera posición, y el sistema de compensación de la presión limita la diferencia de presión entre las cámaras de flujo y hermética, limitando así la diferencia de presión a través de la superficie de separación hermética. En algunas representaciones físicas del invento, el sistema de compensación de la presión dispone de un pistón -flotante, situado entre la cámara de flujo y la cámara hermé tica, para transferir la presión entre la cámara de flujo y la cámara hermética. En algunos casos, el instrumento también cuenta con un conductor eléctrico en la cámara hermética, y un fluido -aislante que llena la cámara hermética alrededor del conductor eléctrico. El fluido aislante consiste, en algunos casos, en silicona u otro aceite hidráulico aislante eléctrico. En una representación física del invento de particu lar interés, la superficie de separación incluye un contacto eléctrico que se comunica eléctricamente con el conductor -eléctrico. En esta representación física, el sistema de compensación de la presión limita la diferencia de presión a tra vés del contacto. En algunos arreglos, la superficie de se-paración incluye una serie de contactos eléctricos.

En algunas representaciones físicas del invento, la cámara de lodo está situada entre la cámara de flujo y la cámara hermética. Este instrumento incluye también un tubo de presión en la cámara de flujo que se extiende a través de la cámara de lodo para transferir la presión desde el interior -del tubo al pistón flotante, además de un tubo conductor que se extiende a través del pistón flotante y la cámara de lodo para dirigir el conductor a través de la cámara de lodo, bajo la presión de la cámara hermética, hacia el contacto. En algunos casos, el tubo conductor se extiende a lo largo del interior del tubo de presión de la cámara de flujo. En algunas aplicaciones, el miembro de derivación incluye un resorte de compresión. El sistema de compensación de presión, en algunas -representaciones físicas del invento, también cuenta con una válvula de retención que limita la presión en la cámara hermética que excede la presión en la cámara de flujo. En algunos casos, la válvula de retención limita la diferencia de -presión, entre la cámara de flujo y la cámara hermética, a -menos de unas 100 libras por pulgada cuadrada. Algunas representaciones físicas del instrumento -incluyen, además, un sensor para medir una característica del pozo. De acuerdo con otro aspecto del invento, se propor-cionan mejoras para un instrumento a usar en el fondo de la -perforación diseñado para ser suspendido en un pozo mediante una tubería. El instrumento para el fondo de la perforación incluye un alojamiento que forma una cámara de flujo en comu nicación abierta, por fluido, con el interior del tubo, un -puerto de paso para permitir que el fluido circule entre la cámara de flujo y el pozo, y una cámara conductora llena de un fluido aislante eléctrico. El instrumento también tiene un contacto eléctrico hermético expuesto a la cámara de flujo, y un conductor eléctrico que se extiende, a través de la cámara conductora, hacia el contacto eléctrico. En este aspecto, la mejora incluye el hecho de que el alojamiento forma además una cámara de lodo y que el instrumento incluye -asimismo lo siguiente: a. un pistón de circulación que separa las cámaras de flujo y de lodo y dispuesto para que se mueva entre una primera posición de bloqueo de los puertos de paso y una segunda posición de exposición de los puertos de paso, en respuesta a la presión en la primera cámara; b. un miembro de derivación para desviar el pistón de circu lación a su primera posición; y c. un sistema de compensación de la presión para limitar la diferencia de presión entre las cámaras de flujo y conduc tora a fin de limitar de esta manera la diferencia de pre sión a través del contacto eléctrico hermético. Las funciones mencionadas anteriormente están orga-nizadas, en varios aspectos del invento, en diferentes combinaciones. En otro aspecto del invento, se proporciona un método para realizar una función en el fondo de un pozo. El -método incluye los siguientes pasos: 1. proporcionar el instrumento para el fondo de la perforación descrito anteriormente; 2. hacer descender el instrumento al fondo del pozo mediante una tubería; y 3. realizar la función en el fondo de la perforación. En algunas representaciones físicas del invento el método incluye, asimismo, después del paso de hacer descender el instrumento al interior del pozo, bombear un instrumento de conexión a lo largo de la tubería en un cable para acoplar lo mecánicamente al instrumento del fondo de la perforación, a fin de proporcionar una conexión eléctrica entre la tubería del fondo de la perforación y la superficie del pozo. El ins trumento de conexión es bombeado a lo largo de la tubería en un flujo de fluido que circula a través del puerto de paso -del instrumento del fondo de la perforación cuando el pistón de circulación es desplazado a su segunda posición, de exposición de los puertos de paso, por medio de la presión de la tubería. En algunos arreglos, la función a realizar en el -fondo de la perforación comprende la medición de una caracte-rística del fondo del pozo. En algunos casos, la función a realizar en el fondo de la perforación incluye desplazar el instrumento al fon do de la perforación a lo largo del pozo y, mientras se des-plaza el instrumento, registrar una medida de una característica del fondo del pozo. El invento puede mejorar la fiabilidad de las conexiones en el fondo de la perforación, en entornos húmedos, -al resistir la entrada de desechos y fluidos del pozo al in-terior de la tubería de perforación, mejorando así la capaci dad del conector para establecer una conexión eléctrica segu ra y permanecer conectado hasta que se desee separarlo. El invento también puede mejorar, si se aplica y usa apropiadamente, la seguridad de operación del instrumento en el pozo al reducir el riesgo de que los fluidos del pozo hagan volar la tubería de perforación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las Figuras 1-5 ilustran ordenadamente el uso de un conector eléctrico acoplado remotamente a una sonda de diagra fía de un pozo. Las Figuras 6A-6C ilustran la construcción de la mi tad del conector usada en el fondo de la perforación (CCFP) -de la Figura 1.

La Figura 6D es una vista transversal tomada a lo largo de la línea 6D-6D en la Figura 6B. Las Figuras 7A-7C ilustran la construcción de la -mitad correspondiente al cable del conector (CCBD) de la Fi-gura 1. La Figura 7D es una vista transversal tomada a lo largo de la línea 7D-7D en la Figura 7B. La Figura 8 muestra un arreglo alternativo del extremo superior del CCBD. La Figura 9 ilustra una función de la copa de limpieza en una tubería. La Figura 9A muestra una copa de limpieza ubicada en el extremo inferior de un instrumento. La Figura 10 es una vista ampliada y despiezada de la copa de limpieza y componentes relacionados. La Figura 11 es una vista ampliada del conjunto de conectores hembra de la Figura 7B. La Figura 12 es una vista despiezada, en perspectiva, de un subconjunto del conjunto de conectores hembra de la Figura 11. La Figura 13 es una vista ampliada del área 13 en la Figura 11. La Figura 14 es una vista ampliada del conector de varias espigas de la Figura 7B. La Figura 15 es una vista del conector, tal como se observaría desde la posición 15 en la Figura 14.

DESCRIPCIÓN DE LAS REPRESENTACIONES FÍSICAS PREFERIDAS DEL INVENTO Refiriéndonos primero a las Figuras 1 a la 5, el sistema de conexión en el fondo de la perforación es adecuado para usarse con sondas de diagrafía con cable de sondeo 0 tanto en un pozo sin entubar como en un pozo entubado 12, y es especialmente útil en situaciones donde el pozo está desviado y/o la zona a ser registrada (es decir, la zona 14) se encuentra a una profundidad considerable. En estas figuras, el pozo 12 tiene una sección horizontal 16 que debe ser registrada en la zona 14, y está revestido con una tubería 18 que se extiende desde la superficie del pozo a la zapata de la tubería de revestimiento 20. Tal como se muestra en la Figura 1, las sondas de diagrafía 10 están dotadas de un cabezal de conexión húmeda en el fondo de la perforación (CCFP) 22 que se conecta entre un extremo superior de las sondas de diagrafía y la tubería de perforación 24. Como se explicará más adelante, el CCFP 22 proporciona una sección macho de una conexión eléctrica -en el fondo de la perforación para establecer una comunicación eléctrica entre las sondas de diagrafía 10 y una unidad de diagrafía móvil 26. Durante el primer paso del procedí-miento de diagrafía, las sondas 10 y el CCFP 22 se hacen des_ cender en el pozo 12 en secciones conectadas de tubería de -perforación estándar 24 hasta que las sondas 10 alcanzan el extremo superior de la sección del pozo a ser registrada (es decir, la parte superior de la zona 14) . La tubería de perforación 24 se hace descender usando las técnicas normales y, mientras la tubería de perforación no se abre para permitir la entrada de fluido desde el pozo, a intervalos regulares - (es decir, cada 600 a 900 metros) la tubería de perforación se llena con fluido de perforación (es decir, lodo) . Como se muestra en la Figura 2, cuando las sondas 10 han alcanzado la parte superior de la zona 14, un cabezal de conexión húmeda es bombeado en dirección descendente (CC BD)28 a través de la superficie interna de la tubería de per foración en un cable eléctrico 30 que es desenrollado desde la unidad de diagrafía 26. El CCBD28 cuenta con un conector hembra que se acopla al conector macho del CCFP. Una entrada de cable lateral secundaria (ELSC) 32, donde se ha introducido cable previamente 30 para proporcionar una salida la-teral del cable desde la tubería de perforación empalmada, -es acoplada al extremo superior de la tubería de perforación 24, y una tapa para lodo (es decir, de una impulsión superior del tren de sondeo o sistema de circulación de lodo del vasta go de transmisión) es acoplada sobre el ELSC32 para bombear -el lodo, en sentido descendente, a través de la superficie in terna de la tubería de perforación. Para este propósito se -usa equipo de bombeo de lodo normal (.no mostrado) . Como se -describirá más adelante, una copa de limpieza construida especialmente en el CCBD ayuda a desarrollar una fuerza de pre-sión en el CCBD28, debido al flujo de lodo que baja por la -tubería de perforación, para empujar el CCBD al fondo del pozo y unirlo al CCFP 22 para formar una conexión eléctrica. Una válvula especial (descrita más adelante) en el CCFP 22 -permite que el flujo de lodo circule desde la tubería de per foración a la superficie interna del pozo. Como se muestra en la Figura 3, el CCBD 28 es bombeado en sentido descendente por la tubería de perforación 24 hasta que se acopla con el CCFP 22 para formar una conexión eléctrica entre las sondas de diagrafía 10 y la unidad de -diagrafía 26. En este punto, el flujo de lodo puede detenerse y se puede retirar la tapa para lodo 34 de la parte superior de la tubería de perforación. Las sondas de diagrafía 10 pueden activarse para verificar el funcionamiento del sistema o para realizar un sondeo preliminar mientras éstas se -hacen descender al fondo del pozo. Como se muestra en la Figura 4, las sondas de diagrafía 10, el CCFP 22 y el CCBD 28 se hacen descender o se -empujan al fondo del pozo mediante los métodos normales con -la tubería de perforación, agregando otras secciones de tube ría de perforación 24 a medida que son necesarias. Durante -este proceso, el ELSC 32 permanece acoplado a la tubería de perforación, proporcionando una salida lateral para el cable 30. Por encima del ELSC 32, el cable 30 descansa en la parte exterior de la tubería de perforación 24, evitando tener que ensartar previamente el cable 30 a través de cualquier -sección de la tubería de perforación a excepción del ELSC 32, El proceso de descenso es coordinado entre el operador de la unidad de diagrafía y el operador de la tubería de perforación para hacer descender simultáneamente la tubería de per-foración y el cable. En el fondo del pozo, los dedos sensores o dispositivos del cojín 36 de la sonda de diagrafía (si cuenta con -ellos) son desplegados, y las sondas de diagrafía son retiradas haciéndolas subir por el pozo hasta la parte superior de la zona 14 mientras se registran las lecturas de los sensores en la unidad de diagrafía del pozo 26. Al igual que -con el proceso de descenso, el ascenso de la sonda de diagra fía es coordinado entre el operador de la unidad de diagrafía y el operador de la tubería de perforación a fin de ha-cer ascender el cable y la tubería de perforación simultáneamente. Refiriéndonos a la Figura 5, después de completar la diagrafía, se desactiva la potencia del fondo de la perforación y el CCBD 28 se desacopla del CCFP 22 y se extrae del pozo. El ELSC 32 y el CCBD 28 son retirados de la tubería -de perforación y el resto de la tubería, incluyendo el CCFP y las sondas de diagrafía son retirados. Refiriéndonos a las Figuras 6A a 6C, el CCFP 22 -contiene dos subconjuntos principales, el cartucho de compen sacidn del conector húmedo del fondo de la perforación (CCCP) 38 y el conjunto de retención del conector húmedo del fondo de la perforación (CRCP) 40. El extremo inferior 41 del CC CP 38 se conecta a las sondas de diagrafía 10 (ver la Figura 1) . El CRCP 40 es el extremo superior del CCFP 22, y tiene un alojamiento externo 42 que se conecta, en su extremo inferior, al CCFP 38 en una junta roscada 44 (.Figura 6B) . Unido a la superficie interior del alojamiento del CRCP 42 -con fijadores roscados 46 se encuentra un conjunto de engan-che que contiene tres dedos de retención en voladizo 48 extendiéndose radialmente hacia adentro y hacia el CCCP para -asegurar el CCBD 28. Dos centralizadores separados axialmen te 50 están asegurados también alrededor del interior del -alojamiento del CRCP 42 a fin de guiar el extremo inferior -del CCBD para acoplarlo con el conjunto de conectores macho -52 del CCCP. El CCCP 38 contiene los componentes eléctricos e -hidráulicos del CCFP. Cuenta con un alojamiento externo 54 -acoplado mediante una junta roscada 55 a un bloque inferior 56 con roscas internas 57 en su extremo inferior para unir -provisionalmente el CCFP a las sondas de diagrafía. En el ex tremo superior del alojamiento 54 se halla una junta roscada 58 que une el alojamiento 54 a un acoplador 60. Unos mangui tos roscados partidos 62 en las juntas 44, 55 y 58 permiten -que los componentes del alojamiento del CCFP 54, 60, 42 y 56 se acoplen sin hacer girar ninguno de los extremos del CCFP. El bloque 56 contiene un conector eléctrico con armazón hermético 64 para realizar la conexión eléctrica del -CCFP con las sondas de diagrafía. Una función del CCCP 38 es proporcionar contactos eléctricos expuestos (en forma de un conjunto de conectores macho 52) que se acoplan eléctricamente a las sondas de diagrafía mediante el conector 64. Este acoplamiento eléctrico tiene lugar a través de un cable de múltiples hilos 66 que se extiende hacia arriba a través de una cámara de cables -hermética 68, hacia los contactos individuales 102 del conjunto de conectores 52. El cable 66 se extiende hacia arriba a través de un tubo de aceite 71, a través del centro del CCFP. La cámara 68 está sellada mediante juntas tóricas de contacto individuales 70 en el conjunto de conectores 52, -juntas tóricas 72 en el tubo de aceite 71, juntas tdricas 74 y 76 en el pistón 77, y juntas tóricas 78 en el bloque 56, -y está llena de un fluido aislante eléctrico, tal como aceite de silicona. La presión en la cámara 68 es mantenida apro ximadamente a la presión del interior de la tubería de perfo-ración 24 (Figura 1), cerca de la parte superior del CCFP 22, mediante el sistema de compensación de la presión descrito -más completamente a continuación. Un conjunto de pistón de lodo 80 (Figura 6B) , que consiste en un pistón 82, un collarín del pistón 84, un tope del pistón 86, juntas 88 y reductores de fricción deslizantes 90, es desviado, en dirección ascendente, contra la tuerca -limitadora del pistón 92, por un resorte del pistón del lodo 94. Con el conjunto del pistón del lodo en la posición mos-trada, con el tope 86 contra la tuerca 92, el pistón 82 bloquea eficazmente el fluido evitando que se mueva entre la co roña circular del pozo 96 Cel área entre la tubería de perfo ración y la superficie interior del pozo; ver la Figura 1) y el interior de la tubería de perforación (es decir, el área interior 98) a través de tres puertos laterales 100 repartidos alrededor del diámetro del CCFP. Cuando funciona, el -conjunto del pistón del lodo 80 permanece en esta posición -de bloqueo de los puertos hasta que existe la suficiente pre sidn en la corona circular del pozo 96 (actuando contra el -extremo superior del pistón 82) para superar la fuerza de -precarga desviante del resorte 94 y mover el conjunto del -pistón de lodo hacia abajo, comprimiendo el resorte 94 y exponiendo los puertos 100. Una vez expuestos, los puertos 100 permiten una circulación frontal normal del lodo descendiendo a lo largo de la tubería de perforación y saliendo por los -puertos 100 al interior del pozo. Una vez que se detiene la presión de bombeo, el resorte del pistón del lodo 94 obliga a retroceder al conjunto del pistón del lodo 80 a su posición de bloqueo de los puertos. Al bloquear los puertos 100 en el alojamiento del CRCP 42, ante la ausencia de presión -de bombeo en la tubería de perforación, el conjunto del pistón del lodo 80 evita eficazmente la entrada de flujo no deseado desde el pozo al interior de la tubería de perforación. Esto es especialmente útil cuando se trata de evitar una ex-plosión del pozo a través de la tubería de perforación, y -que los residuos transportados por el lodo desde el pozo interfieran con el funcionamiento apropiado de las secciones -de acoplamiento y eléctricas del sistema. También ayuda a -evitar el retorno de fluido, donde una irrupción súbita de -fluidos del pozo y el flujo de lodo ascendente resultante en la tubería de perforación pueden provocar que el CCFP y el -CCBD se separen prematuramente. El conjunto de conectores macho 52 está compuesto de una serie de nueve anillos de contacto 102, cada uno de -ellos sellado por dos juntas tóricas 70 y separados por aislantes 104. El interior de este conjunto de anillos de contacto y aislantes se encuentra a la presión de la cámara 68, mientras que el exterior de este conjunto está expuesto a la presión de la tubería de perforación (es decir, la presión -del área interna 98) . A fin de mantener la integridad estruc tural de este conjunto de conectores, además de la fiabilidad de las juntas 70, es importante que la diferencia de presión a través del conjunto de conectores (es decir, la diferencia entre la presión en la cámara 68 y la presión en el área 98) sea mantenida a un bajo nivel. Una gran diferencia de presión (es decir, superior a 100 psi) puede causar que las juntas 70 fallen o, en casos extremos, que el conjunto de conectores colapse. Incluso un escape mínimo de lodo de perforación conductor de la electricidad a través de las juntas 70 al interior de la cámara 68, debido en parte a una gran diferencia entre la presión de la tubería de perforación y la -presión en la cámara 68, puede repercutir negativamente en la fiabilidad de los sistemas eléctricos. El sistema de compensación de la presión mantiene la diferencia de presión a través del conjunto de conectores macho dentro de un nivel razonable, y desvía la diferencia -de presión de manera que la presión en la cámara 68 sea ligeramente superior (más de 50 y 100 psi) que la presión en -el área 98. Esta "sobrecompensacidn" de la presidn en la cá mará 68 hace que cualquier tendencia a sufrir escapes resulte en un escape de aceite de silicona no conductor desde la cámara 68 al área 98, en lugar de un flujo de lodos de perfo ración conductores de electricidad a la cámara 68. Una corona circular 106 alrededor del tubo de aceite 71, formada -en parte entre el tubo de aceite 71 y el eje de lodo 108 que rodea concéntricamente el tubo de aceite 71, transmite la -presión del lodo de perforación desde el área 98, a través de los orificios 110, para actuar contra el lado superior -del pistón 77. La presión del lodo es transferida a través del pistón 77, sellado por las juntas tdricas 74 y 76, al -interior de la cámara de aceite 68. Durante el montaje del CCCP, la cámara 68 se llena con un fluido aislante eléctrico, tal como aceite de silicona, a través de una válvula de retención de llenado de acei-te de una dirección 112 (Figura 6D) , tal como una válvula de retención de marca Lee CKFA1876015A. Para llenar apropiadamente la cámara de aceite, se aplica primero un aspirador a la cámara a través de un puerto de purga 114. Con el aspirador aplicado, el aceite se vuelve a introducir en la cáma-ra 68 a través del puerto de purga 114. Esto se repite varias veces hasta que se ha llenado completamente la cámara. Seguidamente se retira el aspirador, el puerto 114 es sellado con un tapón 116, y se bombea más aceite al interior de -la cámara 68 a través de una válvula de retención 112, exten diendo un resorte de compensación 118, hasta que se abre una válvula de retención limitadora de la presión 119 en el pistón 77, indicando que la presión en la cámara 68 ha alcanzado un nivel deseado por encima de la presión en la cámara 98 (la cual, durante el proceso de llenado, se encuentra gene-raímente a la presión atmosférica) . Cuando la válvula 119 -indica que se ha alcanzado la presión deseada (preferiblemen te de 50 a 100 psi, típicamente) , el tubo de llenado de acei^ te es retirado de la válvula de retención de una dirección -112, dejando la cámara 68 presurizada. Los puertos de relleno de la cámara de lodo 120, -en el acoplamiento 60, permiten que la corona circular del -lodo 106 y el volumen interno encima del pistón 77 se llenen previamente con un fluido de lubricación recomendado, tal co mo aceite para motor, antes del uso en el campo. El fluido de lubricación permanece típicamente en el CCFP (específicamente en la corona circular 106 y el volumen encima del pistón 77) durante la utilización en el pozo y no es desplazado fácilmente por el lodo de perforación, simplificando con eso el mantenimiento de los instrumentos. Además del fluido de lubricación, se recomienda la aplicación de abundante mate-rial reductor de la fricción, tal como LUBRIPLATE TM, en todas las superficies de contacto deslizantes. Refiriéndonos a las Figuras 7A a 7C , el CCBD 28 -contiene un conjunto de conectores hembra 140 que se acopla al conjunto de conectores macho 52 del CCFP 22 en el fondo -de la perforación. Mientras se hace descender al CCBD al -fondo del pozo, antes de acoplar el CCFP, se desvía un manguito 142 compuesto de un material aislante eléctrico al extremo inferior del CCBD. Una junta de cuatro aros 144 forma un sello contra el diámetro externo del manguito 142 para -mantener los fluidos del pozo fuera del CCBD hasta que el -manguito es desplazado por el conjunto de conectores macho del CCFP. Un saliente con la parte inferior cónica 146 ayuda a alinear el CCBD para acoplarlo con el CCFP. Cuando es empujado al interior del CCFP por unas cargas de inercia o presión de lodo suficientes, el extremo inferior del CCBD se extiende a través de los dedos de retención 48 del CCFP (Figura 6A) hasta que los dedos de retención se cierran a presión detrás de un anillo de rétención frangible 148 en el CCBD. Tan pronto como el aro de -retención 148 es acoplado por los dedos de retención del CC FP, resistirá el desacoplamiento del CCFP y CCBD, es decir, debido al movimiento de la tubería de perforación, vibración o retorno de fluido. El anillo de retención 148 puede selec cionarse de entre un surtido de aros con diferentes resisten cias de esfuerzo cortante máximas (es decir, de 1600 a 4000 libras, dependiendo de las condiciones del campo anticipadas) de manera que el CCBD pueda ser soltado del CCFP, después de recopilar datos, simplemente tirando hacia arriba del cable de despliegue hasta que el anillo de retención 148 se abra y suelte el CCBD. El CCBD tiene un alojamiento externo 150 y un conjunto soldado para casquillo sujetacable 152 conectado median te un acoplador 154 y unos anillos roscados partidos apropia-dos 156. Dentro del alojamiento exterior 150 se encuentra un subconjunto de mandriles para cable con un mandril superior 158 y un mandril inferior 160. Las ranuras 162 en el mandril superior y los orificios 163 CFigura 7D) a través del alojamiento exterior forman una vía de circulación abierta desde el interior de la tubería de perforación a una cámara de lodo 164 dentro del subconjunto de mandriles para cable. Los cables de señal 165 del conjunto de conectores hembra 140 -son dirigidos entre el alojamiento externo 150 y el mandril para cables, a lo largo de surcos axiales en la superficie -externa del mandril inferior 160, a través de orificios 166 en el mandril superior 158, a través de la cavidad para cables 168, y conectados individualmente a las espigas inferió res del conjunto de conectores 170. Al igual que el CCFP, el CCBD tiene un sistema de compensación de presión para igualar la presión a través del manguito 142 al mismo tiempo que mantiene los componentes -eléctricos rodeados de un fluido aislante eléctrico, tal como el aceite de silicona, hasta que el manguito es desplazado. Dentro del mandril inferior 160 se halla una cámara de aceite 172, separada de la cámara de lodo 164 por un pistón de compensación 174 con una junta tdrica 175. El pistdn -174 puede moverse libremente dentro del mandril inferior 160, de manera que la presión en las cámaras de lodo y aceite es sustancialmente la misma. Unos resortes superior e inferior 176 y 178 que se encuentran dentro de las cámaras de lodo y aceite 164 y 172, respectivamente, y desvían el manguito 142 hacia abajo. La cámara de aceite 172 se comunica, por fluido, con la cavidad del cable 168 y mediante los surcos de -direccionamiento de cables en el mandril inferior 160 y ori-ficios para cables 166 en el mandril superior 158, sellados contra la presión de la tubería de perforación mediante juntas 180 alrededor del mandril superior. Por lo tanto, con -el manguito colocado como se muestra, el fluido de la tubería de perforación actúa contra el extremo superior del pis-ton de compensación 174, el cual transfiere la presión a la cámara de aceite 172 y el extremo superior del manguito 174, equilibrando las fuerzas de presión del fluido en el manguito. Los puertos de llenado 182 y 184, en los extremos superior e inferior de la sección repleta de aceite del CCBD, -respectivamente, permiten llenar la cámara de aceite 172 y cavidad para cables 168 después del montaje. Una válvula de seguridad 186 en el pistdn de compensación permite que la cá mará de aceite sea presurizada en el montaje a un máximo de 100 psi sobre la presión en la cámara de lodo 164 (es decir, presión atmosférica durante el montaje) . El extremo superior del CCBD proporciona una conexión mecánica y eléctrica con el cable de sondeo 30 (Figura 2) . El conjunto de conectores 170 tiene nueve espigas aisla das eléctricamente, cada una de ellas con un cable de cone-xión flexible aislado 188 para hacer conexiones eléctricas -con hilos individuales del cable 30. Un fijador de conector 189 es enroscado al extremo expuesto del acoplamiento 154 pa ra sujetar el conector en posición^ La construcción específica del conjunto de conectores 170 se discute más detallada mente a continuación. Para montar el extremo superior del CCBD al cable, el alojamiento del casquillo s jetacable 152 es enroscado -primero sobre el extremo del cable, juntamente con la junta para cable partido 190, tuerca obturadora 192, y mandriles -de las copas de limpieza superior e inferior 194 y 196, respectivamente. Alrededor del extremo del cable se coloca un fijador de casquillo sujetacable estándar autotensante 197 para asegurar el extremo del cable al alojamiento del casqui lio sujetacable contra un reborde interno 198. Los hilos -del cable se conectan a los cables de conexión flexible 188 del conjunto de conectores, el alojamiento del casquillo suje tacables 152 se une al acoplamiento 154 con un aro roscado -partido 156, y en el alojamiento del casquillo sujetacables se bombea grasa aislante eléctrica, tal como grasa de silico-na, a través de orificios de engrase 200. La copa de limpieza 202, descrita más detalladamente a continuación, se instala entre los mandriles de las copas de limpieza superior e in ferior 194 y 196 para restringir el flujo, a través de la tubería de perforación alrededor del CCBD, y desarrollar una -fuerza de presión capaz de mover el CCPE a lo largo de la tu-bería de perforación y acoplar el CCBD al CCFP en el fondo -de la perforación. El mandril de la copa de limpieza superior 194 se enrosca al alojamiento del casquillo sujetacables 152 para sujetar la copa de limpieza 202 en posición, y se -aprieta la tuerca obturadora. Refiriéndonos a la Figura 8, un arreglo alternativo para el extremo superior del CCBD consta de dos copas de limpieza 202a y 202b, separadas por una distancia L, para -restringir más el flujo alrededor del CCBD. Este arreglo es útil cuando se vayan a usar lodos ligeros, de baja viscosidad para bombear, por ejemplo. Una extensión del alojamiento del casquillo sujetacables 204 conecta apropiadamente los mandriles a las dos copas de limpieza. También pueden usarse más -de dos copas de limpieza. Refiriéndonos a la Figura 9, la copa de limpieza - 202 crea una restricción del flujo con la correspondiente caí da de presión en el punto A. Puesto que la presión ascendente (es decir, la presión en el punto B) es mayor que la presión descendente (es decir, la presión en el punto C) , se de sarrolla una fuerza neta en la copa de limpieza para empujar la copa y su instrumento acoplado hacia abajo. Como se mués tra en la Figura 9A, una copa de limpieza íes decir, la copa de limpieza 202C) puede ser colocada alternativamente cerca -de la parte inferior de un instrumento 206 para tirar del ins trumento hacia el fondo de una tubería o pozo. Este arreglo puede ser particularmente útil, por ejemplo, para centrar el instrumento a fin de proteger funciones extendidas cerca de su extremo descendente o con relaciones grandes de diámetros de la tubería/instrumento o relaciones pequeñas de diámetro a la longitud del instrumento. El espacio radial ?. ?e-seado entre la superficie exterior de la copa de limpieza y la superficie interior de la tubería se trata de una función de varios factores, incluyendo la viscosidad del fluido. He mos observado que un espacio radial de aproximadamente 0,127 cm por lado (es decir, un espacio diametral de 0,254 cm) es adecuado para la mayoría de lodos de perforación de pozos. Refiriéndonos a la Figura 10, la copa de limpieza 202 está moldeada por inyección usando un material resiliente tal como VITON u otro elastómero fluorocarbonado, y tiene una hendidura 210 en un lado para facilitar la instalación y remoción sin necesidad de desenganchar el cable del instrumento. Las secciones cónicas 214 y 216 de la copa de limpieza caben dentro de los orificios correspondientes en los mandriles de la copa de limpieza superior e inferior 194 y -196, respectivamente, y tienen superficies exteriores inclinadas aproximadamente 7 grados con respecto al eje longitudinal de la copa de limpieza. La longitud de las secciones cónicas ayuda a retener la copa de limpieza dentro de los -orificios del alojamiento. Asimismo, se extienden seis per nos 217 a través de los orificios 218 en la copa de limpie-za, entre los mandriles de las copas superior e inferior, -para retener la copa de limpieza durante su uso. Unas guías circulares 219 estampadas en una superficie de la copa de -limpieza ayudan a ajustar la copa a diferentes diámetros ex ternos para adaptarla a varios tamaños de tubería. Para la copa de limpieza pueden usarse otros materiales resilientes, aunque, idealmente, el material de la copa de limpieza tiene que ser capaz de soportar la severa abrasión que puede ocurrir a lo largo de los muros de la tubería y la gran varíedad de sustancias químicas que pueden hallarse en los pozos. Otros materiales no resilientes que pueden ser útiles también son metales blandos, tales como bronce o aluminio, o -plásticos duros, tal como politetrafluoroetileno (TEFLON TM) o resina de homopolímero de acetal (DELRIN TM) . Las copas -de limpieza no resilientes pueden ser conformadas en dos pie zas sobrepuestas para instalarlas sobre un instrumento premontado. Refiriéndonos a la Figura 11, el conjunto de conec tores hembra 140 del CCBD tiene una serie de contactos hem-bra 220 dispuestos alrededor de un eje común 222. Los contactos tienen una separación lineal, d, que corresponde a -las separaciones de los contactos macho del conjunto de conectores macho del CCFP (Figura 6A) y una junta deslizante -224. Los contactos 220 y los anillos obturadores frotantes 224 son sostenidos dentro de un aislante respectivo 226.

La pila de contactos, anillos obturadores frotantes y aislan tes son sujetados dentro de un manguito exterior 228, entre un fijador de extremo 230 y un mandril superior 232. Refiriéndonos también a las Figuras 12 y 13, cada contacto 220 se fabrica a partir de una sola pieza de material conductor eléctrico, tal como cobre de berilio, y tiene una porción compuesta de un manguito 234 con ocho dedos -extensibles 236 (preferiblemente seis o más) . El contacto -220 está chapado preferentemente en oro. Cada uno de los de dos 236 está conformado para doblarse radialmente hacia aden tro, en otras palabras, para tener, desde la porción del man güito 234 al extremo distal 237, una sección principal 238 -que se extiende radialmente hacia adentro y una sección secundaria 240 que se extiende radialmente hacia afuera, for-mando una sección radialmente más interior 242 con una longitud de contacto d de aproximadamente 0,381 cm. Al fabricar el contacto 220 de una sola pieza de material, los dedos 236, en su estado relajado como se muestra, no tienen esfuer zos de flexión residuales que tienden a reducir su resisten-cia a la fatiga. El diámetro interior d. del contacto 220, tal como se mide entre las superficies de contacto 242 de dedos -opuestos, es ligeramente menor que el diámetro externo de -los contactos eléctricos macho 102 del CCFP (Figura 6A) , de modo que los dedos 236 son empujados hacia afuera durante el acoplamiento con el conector macho y proporcionan una presión de contacto entre las superficies de contacto 242 y los contactos macho 102. El ancho circunferencial, w, de cada -dedo es mínimo en la superficie de contacto 242. Hemos ob-servado que al fabricar el contacto de manera que la longitud d de los dedos, y el grosor radial, t, de los dedos -sea aproximadamente un 75 por ciento de la distancia radial, r, entre la superficie interna de la porción del manguito -234 y las superficies de contacto 242, da como resultado una construcción de contacto que soporta acoplamientos repetidos. Los anillos obturadores frotantes 224 son moldeados preferentemente con un elástomero fluorocarbonado resi-líente, tal como VITON TM. El diámetro interno d? de los -anillos obturadores frotantes 224 también es ligeramente me-ñor que el diámetro externo de los contactos macho, de modo que los anillos obturadores frotantes tienden a frotar los -residuos de la superficie de los contactos macho durante el acoplamiento. Preferiblemente, los diámetros internos d, y d. de los contactos y anillos obturadores frotantes son apro ximadamente iguales. Los anillos obturadores frotantes 224 son moldeados con un material aislante eléctrico para reducir la posibilidad de provocar un cortocircuito entre los -contactos ante la presencia de fluidos conductores de la -electricidad. El contacto 220 tiene un terminal soldado 224 ins-talado en un lado de la porción de su manguito 234 para conectar eléctricamente un cable 246. Como se muestra en la Figura 12, a medida que el contacto 220 es insertado en el aislante 226, el hilo 246 es dirigido a través de un orifi-ció 248 en el aislante. Las espigas de alineación 250 en -otros orificios 248 en el aislante caben en los surcos externos 252 del anillo obturador frotante 224 para alinear -el anillo obturador frotante con el aislante. Una muesca -254 en anillo obturador frotante se adapta alrededor del -terminal soldado 244. Los aislantes 226 y los anillos obtu radores frotantes 224 están conformados con suficientes ori ficios 248 y surcos 252, respectivamente, para poder dirigir todos los hilos 246 desde cada contacto 220 en el conector -hembra al extremo superior del conjunto para acoplarlo al -conjunto de anillos obturadores 170 (Figura 7B) . Con el contacto 220 insertado en el aislante 226, los extremos distales 237 de los dedos de contacto descansan dentro de un surco axial 256 formado por un labio inter no 258 del aislante. El labio 258 protege los extremos dis tales de los dedos para que no se enganchen en las superficies del conjunto de conectores macho cuando se desacopla -el CCBD del CCFP. Refiriéndonos a la Figura 14, el conjunto de conec tores 170 del CCBD tiene un armazón de conectores moldeado 280 con un material aislante eléctrico, tal como polietilace tona, polietileteracetona o poliarileteracetona. El armazón 280 está diseñado para soportar una presión diferencial est tica alta de hasta 15.000 psi, por ejemplo, a través de una junta tórica en un surco de la junta tdrica 281, y tiene ori ficios con salida 282 dentro de los que se introducen espigas conductoras eléctricas 284 unidas a hilos de plomo 286. (Los hilos de plomo 286 forman cables de conexión flexibles 188 de la Figura 7B) . Las espigas de acero inoxidable 17-4, chapadas en oro 284, son introducidas en posición hasta que sus rebordes inferiores 288 descansan contra la parte inferior de orificios escariados 290 en el armazón del conector. Para sellar la superficie de separación entre el armazón del conector y los hilos de plomo, se moldea un obturador de cables 292 en posición, alrededor de los hilos y el armazón del conector -después de decapar el aislante en los hilos de plomo individuales para obtener una mejor adhesión al material sellado. El obturador 292 también deberá soportar altas presiones diferenciales de hasta 15.000 psi como las soportadas por el -conjunto de conectores. Hemos observado que algunos elastó-meros fluorocarbonados de alta temperatura, tal como VITON TM y KALREZ TM dan buenos resultados para sellar los hilos 292. Para formar una barrera en forma de arco entre las espigas adyacentes 284, y entre las espigas y el acoplamien-to 154 (Figura 7B) , en la cara 294 del armazón del conector 280, se moldean unos aisladores individuales 296 en posición alrededor de cada una de las espigas 284 entre sus rebordes inferior y superior, 288 y 298, respectivamente. Los aislantes 296 se extienden hacia afuera, a través del plano de la cara 294 del armazón del conector, unos 0,3048 cm. y están moldeados preferentemente de un elastómero fluorocarbo-nado de alta temperatura tal como VITON TM o KALREZTM Los aislantes 296 ofrecen protección contra la formación de arcos eléctricos que pueden ocurrir a lo largo de la cara -294 del armazón del conector si, por ejemplo, se infiltra -aire húmedo o agua líquida en la cavidad del cable 168 del -CCBD (Figura 7B) . Además de proteger contra la formación de arcos eléctricos no deseados, los aislantes 296 también sirven para evitar que la humedad de la conexión penetre entre las espigas 284 y los hilos de plomo 286 en el interior del armazón del conector durante el almacenamiento y transporte. Refiriéndonos también a la Figura 15, el armazón -del conector 280 tiene un diámetro externo D, de aproximada mente 2,41 cm a fin de caber dentro de los pequeños diámetros internos de los instrumentos (hasta un mínimo de 1 pulgada, -por ejemplo) , hecho típico en los instrumentos usados en el fondo de la perforación. El conector instalado tiene un arre glo circular de nueve espigas 284, cada una de ellas con el -aislante 296 e hilo de plomo 286 correspondientes.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un instrumento para usar en el fondo de la per foración, diseñado para ser suspendido en un pozo mediante -una tubería y constando de lo siguiente: un alojamiento que define una cámara de flujo en comunicación abierta, por medio de fluido, con el interior de la tubería, un puerto de -paso para permitir la circulación del fluido entre la cámara de flujo y el pozo, una cámara de lodo en comunicación abier ta con el pozo, y una cámara hermética separada de la cámara de flujo por una superficie de separación hermética; un pis ton de circulación que separa las cámaras de flujo y de lodo y dispuesto para que pueda moverse entre una primera posición de bloqueo del puerto de paso y una segunda posición de expo sición del puerto de paso, respondiendo a la presión en la -cámara de flujo; un miembro de derivación para desviar el -pistón de circulación hacia su primera posición; y un sistema de compensación de la presión para limitar la diferencia de presión entre las cámaras de flujo y hermética, limitando de esta manera la diferencia de presión a través de la super ficie de separación hermética.

2. El instrumento de la reivindicación 1 en donde el sistema de compensación de la presión comprende un pistón flotante, dispuesto entre la cámara de flujo y la cámara her mética, para transferir presión entre la cámara de flujo y -la cámara hermética.

3. El instrumento de la reivindicación 1, que com prende, asimismo, un conductor eléctrico en la cámara hermética, y un fluido aislante llenando la cámara hermética aire dedor del conductor eléctrico.

4. El instrumento de la reivindicación 3, en donde la superficie de separación comprende un contacto eléctrjL co en comunicación eléctrica con el conductor eléctrico, y donde el sistema de compensación de presión limita la dife-rencia de presión a través del contacto.

5. El instrumento de la reivindicación 4, en donde la cámara de lodo está ubicada entre la cámara de flujo y la cámara hermética, y donde el instrumento comprende, además: un tubo de presión de la cámara de flujo que se extien de a través de la cámara de lodo para transferir presión des_ de el interior de la tubería al pistón flotante; y, un tubo conductor que se extiende a través del pistón flotante y la cámara de lodo para dirigir el conductor a través de la cámara de lodo, bajo la presión de la cámara hermética, hacia el contacto.

6. El instrumento de la reivindicación 1, que com prende, además, un sensor para medir una característica del pozo. 1. Un método para realizar una función en el fon-do de un pozo que comprende los siguientes pasos: proporcionar el instrumento de la reivindicación 1 para usar en el fondo de la perforación; hacer descender el instrumen to al interior del pozo en una tubería; y, realizar la fun ción correspondiente en el fondo de la perforación. 8. El método de la reivindicación 7 que comprende, además, después del paso de hacer descender el instrumento -en el pozo, bombear un instrumento de conexión, a través de la tubería, en un cable para acoplarlo mecánicamente al instrumento en el fondo de la perforación, de manera que propor cione una conexión eléctrica entre el tubo del fondo de la -perforación y la superficie del pozo, siendo el instrumento de conexión bombeado, a través de la tubería, en un flujo de fluido que circula a través del puerto de paso del instrumen to del fondo de la perforación, cuando el pistón de circula-ción es desplazado a su segunda posición de exposición del -puerto de paso por la presión de la tubería. 9. El método de la reivindicación 8, en donde la función del fondo de la perforación comprende la medición de una característica del fondo del pozo. 10. El método de la reivindicación 8, en donde el paso consistente en realizar la función del fondo de la perforación comprende los pasos siguientes: desplazar el instrumento a usar en el fondo de la perforación a lo largo del pozo; y, mientras se mueve el instrumento, realizar una dia grafía de una característica del fondo del pozo.