ES2986095T3

ES2986095T3 - Cabezal de perforación y procedimiento para crear una perforación vertical en el suelo

Info

Publication number: ES2986095T3
Application number: ES20746138T
Authority: ES
Inventors: Patrick Rennkamp
Original assignee: Herrenknecht AG
Current assignee: Herrenknecht AG
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2024-11-08
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: EP4004331B1; US12031385B2; EP4004331A2; CA3148224A1; CN114514359B; CA3148224C; EP4004331C0; PL4004331T3; US20230147209A1; EP4411105A2; WO2021013846A2; AU2020316928A1; WO2021013846A3; CN114514359A; EP4411105A3

Abstract

La invención se refiere a un cabezal de perforación y a un procedimiento para la realización de un pozo sustancialmente vertical en el suelo, en particular para la realización de un pozo, comprendiendo dicho cabezal de perforación un cuerpo (11) que se puede conectar a un accionamiento giratorio de un dispositivo de perforación, herramientas de perforación (12) dispuestas en el cuerpo (11) para aflojar el suelo en una superficie de trabajo (100) del pozo, un dispositivo de extracción para retirar el suelo aflojado en la superficie de trabajo (100), dispositivo que se puede conectar a una unidad de succión para aspirar un medio de transporte (90) a través de una línea de transporte (31), comprendiendo el dispositivo de extracción una región de abertura (22) dispuesta en el cuerpo (11) que tiene al menos una abertura (23) en la región de las herramientas de perforación (12) en la superficie de trabajo. Según la invención, al menos una abertura (23) de la zona de abertura (22) está conectada a una caja de succión (20) como componente del dispositivo de extracción, que tiene en un extremo opuesto a la abertura (23) una abertura de puerto (29) para la conexión a la línea de transporte (31), y está previsto al menos un elemento que ejerce sobre el terreno suelto en la zona de la caja de succión una aceleración mediante la cual el terreno suelto por las herramientas de perforación (12) puede ser movido a la zona de abertura (22) y/o a través de la abertura (23) a la caja de succión (25), siendo recogido el terreno suelto (110) en la abertura (23) y/o en la caja de succión (25) por el medio de transporte (90) y retirado por la unidad de succión a través de la línea de transporte (31). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal de perforación y procedimiento para crear una perforación vertical en el suelo

La invención se refiere a un cabezal de perforación y a un procedimiento para crear una perforación sustancialmente vertical en la tierra, en particular para crear un pozo, con un cuerpo que se puede conectar a un accionamiento rotatorio de un dispositivo de perforación, con herramientas de perforación dispuestas en el cuerpo para desprender la tierra en un frente de la perforación, con un dispositivo de extracción para evacuar la tierra desprendida en el frente, que se puede conectar a una unidad de succión para succionar un medio de extracción a través de una tubería de extracción, en donde el dispositivo de extracción presenta una zona de abertura dispuesta en el cuerpo con al menos una abertura en el área de las herramientas de perforación en el frente, en donde la al menos una abertura de la zona de abertura está conectada a una caja de succión como parte componente del dispositivo de extracción, que presenta una abertura de conexión en un extremo opuesto a la abertura para una conexión a la tubería de extracción, y en donde está previsto al menos un elemento que ejerce una aceleración sobre la tierra desprendida en la zona de la caja de succión, a través de la cual la tierra desprendida por las herramientas de perforación se puede llevar a la zona de la abertura y/o a través de la abertura a la caja de succión, en donde la tierra deprendida en la zona de la abertura, preferentemente en la abertura y/o en la caja de succión es arrastrada por el medio de extracción y puede ser extraída por la unidad de succión a través de la tubería de extracción.

Un cabezal de perforación de este tipo se conoce, por ejemplo, por los documentos US 3360061 A, US 4534426 A, US 4296824 A, US 4646853 A, EP 2597249 B1, US 3384191 A, US 4195700 A y US 4200160 A.

El documento US 3360061 A divulga un dispositivo y un procedimiento para excavar un pozo. Para desprender la tierra está prevista una rueda de corte que puede rotar alrededor de un eje vertical y que se hace rotar mediante un accionamiento en superficie a través de un varillaje de extracción.

Los documentos US 4534426 A y US 4296824 A muestran un dispositivo y un procedimiento para excavar un pozo. Está prevista una rueda de corte que puede rotar alrededor de un eje vertical para desprender la tierra. También están previstas toberas que alimentan la tierra desprendida al sistema de succión.

El documento US 4646853 A divulga un dispositivo y un procedimiento para excavar un pozo. Está prevista una rueda de corte que puede rotar alrededor de un eje vertical para desprender la tierra. Está previsto una extracción mecánica con cangilones para extraer la tierra desprendida.

El documento EP 2597249 B1 muestra un dispositivo de perforación para abrir perforaciones verticales en el suelo con un cabezal de perforación que rota en un frente. Está previsto un sistema de succión que presenta una abertura dispuesta por fuera en el extremo del cabezal de perforación que mira hacia el frente y que rota junto con el cabezal de perforación. La tierra desprendida es evacuada a este respecto del agujero de perforación.

El documento US 3384191 A muestra un cabezal de perforación con trépanos tricónicos, que además cuenta con un sistema de succión para evacuar la tierra desprendida. Para ello está prevista una placa guía, que está dispuesta en el área de la abertura de succión y recoge la tierra desprendida mientras rota el cabezal de perforación y la conduce hasta la abertura. Detrás de la abertura se encuentra un canal inclinado que desemboca en una tubería de extracción dispuesta en el centro.

El documento US 4195700 A también divulga un cabezal de perforación con trépanos tricónicos, que presenta una abertura radial en cuyo extremo interior está prevista una tubería de extracción. La abertura está realizada como ranura detrás de la cual está previsto un tubo cónico que se ensancha hacia la tubería de extracción.

El documento US 4200160 A divulga un cabezal de perforación con sistema de succión para evacuar la tierra desprendida. El sistema de succión prevé una abertura radial en forma de ranura que desemboca en un espacio cilíndrico. De este sale un canal que conduce a la tubería de aguas residuales.

El objetivo de la invención es simplificar la succión en los citados cabezales de perforación y al mismo tiempo mejorar su rendimiento.

El objetivo por lo que respecta al cabezal de perforación se soluciona por que la distancia de la zona de apertura respecto al frente es ajustable. A este respecto, resulta ventajoso que la distancia se ajuste moviendo la caja de succión verticalmente y/o haciendo pivotar la caja de succión alrededor de un punto de giro, estando previsto para el movimiento o para el pivotado un accionamiento, preferentemente un cilindro hidráulico o un mecanismo de resorte.

Esto permite extraer de forma sorprendentemente sencilla la tierra desprendida, en particular en el caso de componentes inertes más pesados que no se pueden succionar fácilmente, y al mismo tiempo aumentar considerablemente la potencia de succión. Además, se puede influir de forma sencilla directamente en la cantidad de material succionado.

Otra enseñanza de la invención prevé que el al menos un elemento sea al menos una tobera prevista dirigida hacia la zona de abertura, que emite al menos un chorro de un medio de transporte para provocar la aceleración.

Otra enseñanza de la invención prevé que detrás de la abertura esté prevista, preferentemente antes de la entrada en la caja de succión, al menos una zona de desviación, en la que se pueda desviar la dirección de flujo de la tierra desprendida. Esto hace que sea especialmente fácil alimentar el material que se ha de extraer al sistema de extracción y a continuación extraerlo.

Otra enseñanza de la invención prevé que en la zona de abertura esté prevista al menos una herramienta para desprender la tierra, preferentemente en forma de un listón dentado, y/o para recoger tierra desprendida. Esto significa que la roca/tierra se puede desprender/recoger en el frente directamente en la zona de abertura. El material así desprendido/recogido se puede alimentar especialmente bien al sistema de succión.

Además, resulta ventajoso que la al menos una herramienta se pueda mover para cambiar la distancia de la herramienta respecto al frente, preferentemente a través de al menos un cilindro hidráulico, y/o que la al menos una herramienta se pueda hacer pivotar con respecto a la zona de abertura, preferentemente a través de al menos un cilindro hidráulico.

Otra enseñanza de la invención prevé que la zona de abertura esté provista de una herramienta de limpieza, preferentemente al menos un elemento móvil y/o al menos una tobera para emitir un medio, por ejemplo un gas (aire) o un líquido (agua, lavado de bentonita). De esta manera se pueden eliminar o evitar obstrucciones en la zona de abertura.

Otra enseñanza de la invención prevé que esté prevista al menos una tobera de lavado con la que se pueda transportar la tierra desprendida mediante al menos una herramienta de perforación a un área en el frente sobre la cual pasa la caja de succión durante la perforación con el cabezal de perforación. Esto mejora fácilmente el transporte de material hasta la caja de succión.

Otra enseñanza de la invención prevé que la caja de succión esté prevista en el cabezal de perforación de forma reemplazable. Esto permite adaptar fácilmente el cabezal de perforación a diferentes condiciones geológicas. También es posible invertir el sentido de giro.

Otra enseñanza de la invención prevé que en la zona de abertura esté previsto un elemento de clasificación. Puede tratarse, por ejemplo, de una rejilla, de placas separadoras que dividen la superficie de abertura en varias aberturas, o incluso de varias aberturas. Esto permite limitar fácilmente el tamaño de grano del material succionado.

Otra enseñanza de la invención prevé que la caja de succión esté dispuesta esencialmente en horizontal. Esto tiene un efecto positivo en el transporte de material en la caja de succión y en la recogida de material.

Otra enseñanza de la invención prevé que la zona de abertura se extienda, esencialmente, radialmente hacia afuera, visto desde el centro. Resulta ventajoso a este respecto que la abertura sea alargada o en forma de ranura. Otra enseñanza de la invención prevé a este respecto que la sección transversal libre de la abertura cambie, preferentemente aumente, a lo largo de la zona de abertura, visto radialmente hacia afuera. De este modo se puede influir fácilmente en la recogida de material, en el lugar de la recogida de material y en la cantidad recogida.

Además, resulta ventajoso a este respecto que la abertura de conexión de la caja de succión esté dispuesta con respecto a la zona de abertura desplazada con respecto a una mediatriz de la zona de abertura, preferentemente hacia el exterior. Esto significa que la caja de succión está construida de forma asimétrica. Se puede influir fácilmente en la fuerza de succión o en el perfil del flujo en la caja de succión o en la zona de abertura, de modo que se pueda influir en la cantidad de material succionado. Por ejemplo, con un desplazamiento hacia fuera se puede aumentar el flujo en el área exterior, visto radialmente, de la caja de succión para poder succionar mejor la mayor cantidad de material que se encuentra allí.

Otra enseñanza de la invención prevé que la abertura de conexión de la caja de succión esté dispuesta con respecto a la zona de abertura de manera pivotada con respecto a una mediatriz de la zona de abertura. Se puede influir fácilmente en la fuerza de succión o en el perfil del flujo en la caja de succión o en la zona de abertura, de modo que se pueda influir en la cantidad de material succionado. Por ejemplo, con una inclinación de la abertura de conexión hacia dentro se puede aumentar el flujo en el área exterior, visto radialmente, de la caja de succión para poder succionar mejor la mayor cantidad de material que se encuentra allí.

Otra enseñanza de la invención prevé que la caja de succión presente en su espacio interior al menos una tobera. Esto hace posible mejorar fácilmente el movimiento de la tierra/roca desprendida para que sea arrastrada por el medio de extracción.

Otra enseñanza de la invención prevé que el medio de extracción y/o el medio de transporte sea un medio líquido o gaseoso, preferentemente agua, una suspensión de bentonita o aire. A este respecto, una combinación particularmente preferida es que el medio de extracción sea aire y el medio de transporte sea aire o un líquido, preferentemente agua. Esto es de aplicación cuando el cabezal de perforación no está/no debe/no puede inundarse y, por lo tanto, no es posible una extracción basada en líquido. Sorprendentemente se ha observado que la tierra desprendida/roca desprendida se puede transportar/activar fácilmente mediante el chorro emitido y ventajosamente se puede alimentar a la corriente de aire de extracción y extraerse.

Otra enseñanza de la invención prevé que el al menos un elemento sea al menos un elemento rotatorio accionado con al menos un elemento de impacto dispuesto en el mismo, provocando el al menos un elemento de impacto mediante un movimiento de rotación la aceleración de la tierra desprendida a través de un contacto.

Resulta ventajoso a este respecto que el elemento de percusión se pueda mover sobre un círculo de impacto previsto concéntricamente alrededor del elemento rotatorio.

Otra enseñanza de la invención prevé que el al menos un elemento de impacto esté dispuesto de forma móvil en el al menos un elemento rotatorio, preferentemente a través de una articulación.

Otra enseñanza de la invención prevé que el al menos un elemento de impacto sea un martillo, una lanza, un cable, una cadena, un cepillo o un trépano.

Otra enseñanza de la invención prevé que la rotación del al menos un elemento rotatorio pueda regularse en velocidad.

Otra enseñanza de la invención prevé que el al menos un elemento de impacto haga que se desmenuce la tierra desprendida.

Otra enseñanza de la invención prevé que la caja de succión esté prevista en horizontal, inclinada y/o vertical.

El objetivo de acuerdo con la invención se logra además mediante un procedimiento para crear una perforación sustancialmente vertical en la tierra, en particular para crear un pozo, con un cabezal de perforación, en particular un cabezal de perforación descrito anteriormente, en donde el cabezal de perforación se conecta a un accionamiento rotatorio de un dispositivo de perforación, en donde el cabezal de perforación presenta un cuerpo en el que están dispuestas herramientas de perforación, con las que se desprende la tierra en un frente de la perforación durante la perforación y se desmenuza hasta un tamaño extraíble, en donde la tierra desprendida y desmenuzada es evacuada lejos del frente con un dispositivo de extracción, que se conecta a una unidad de succión para succionar un medio de extracción a través de una tubería de extracción, en donde el dispositivo de extracción presenta una caja de succión con una zona de abertura con al menos una abertura en el área de las herramientas de perforación en el frente, con las etapas de:

• introducir una aceleración en la tierra desprendida que se encuentra en el área de la zona de abertura, y • arrastrar la tierra desprendida por un medio de extracción y extraerla mediante la unidad de succión a través de la tubería de extracción.

Otra enseñanza de la invención prevé que la tierra desprendida se mueva a través de la abertura a la caja de succión mediante la aceleración introducida.

Otra enseñanza de la invención prevé que el arrastre se realice en la caja de succión y/o en la zona de abertura, preferentemente delante de la abertura.

Otra enseñanza de la invención prevé que la aceleración se produzca mediante la emisión de un chorro de un medio de transporte desde una tobera dirigida a la zona de abertura de la caja de succión como parte componente del dispositivo de extracción.

Otra enseñanza de la invención prevé que la tierra desprendida sea movida por el medio de transporte.

Alternativa o adicionalmente está previsto además que la aceleración se realice mediante al menos un elemento rotatorio accionado con al menos un elemento de impacto dispuesto en el mismo, en donde el al menos un elemento de impacto mediante un movimiento de rotación provoca la aceleración de la tierra desprendida a través de un contacto.

Otra enseñanza de la invención prevé que la tierra desprendida sea movida por el elemento de impacto.

Resulta ventajoso a este respecto, como se describió anteriormente, que el medio de extracción y/o el medio de transporte sea un medio líquido o gaseoso, preferentemente agua, una suspensión de bentonita o aire.

Los términos tierra y roca se utilizan como sinónimos en esta solicitud. Lo mismo se aplica a la tierra desprendida y a los detritos.

A continuación, la invención se explicará con más detalle con ayuda de ejemplos de realización en relación con un dibujo. A este respecto, muestran:

A este respecto, muestran:

la Figura 1 una vista espacial del lado inferior del cabezal de perforación de acuerdo con la invención de la primera forma de realización,

la Figura 2 un boceto esquemático de un fragmento de la figura 1 de una primera forma de realización de la invención,

la Figura 3 una vista en sección parcial esquemática en vista en planta de la figura 2,

la Figura 4 una representación esquemática de formas alternativas de cabezales de perforación de acuerdo con la invención,

la Figura 5 una vista parcial espacial esquemática de la figura 1,

la Figura 6 otra vista parcial espacial esquemática y parcialmente seccionada de la figura 1,

la Figura 7 otra vista parcial espacial esquemática y parcialmente seccionada de la figura 1,

la Figura 8 un primer bosquejo básico de la extracción de acuerdo con la invención en combinación con un cabezal de perforación según la figura 1,

la Figura 9 un segundo bosquejo básico de la extracción de acuerdo con la invención en combinación con un cabezal de perforación según la figura 1,

la Figura 10 una vista lateral esquemática de una primera disposición de una caja de succión en un cabezal de perforación de acuerdo con la invención,

la Figura 11 una vista lateral esquemática de una segunda disposición de una caja de succión en un cabezal de perforación de acuerdo con la invención,

la Figura 1

cabezal de perforación de acuerdo con la invención,

la Figura 1

La figura 1

la primera realización. El cabezal de perforación 10 presenta un cuerpo 11, en el que en su lado inferior 13 están dispuestas herramientas de perforación 12. El cabezal de perforación 10 presenta en su lado superior 14 una conexión (no representada) para un accionamiento (no representado) de un dispositivo de perforación (no representado). El accionamiento, no representado, está previsto a este respecto, por ejemplo, directamente en el dispositivo de perforación, por ejemplo una perforadora de pozos. También son posibles otras variantes de accionamientos, dispositivos de perforación y disposiciones, por ejemplo, en un agüero de perforación/pilote/entubado.

El lado inferior 13 presenta una sección anular 15, en este caso por ejemplo plana (son posibles otras formas), en cuyo lado inferior 16 están previstas herramientas de perforación 12.

A partir de la sección anular se extienden hacia fuera unos brazos 17, en este caso por ejemplo 8 brazos, cada uno de los cuales presenta, por ejemplo, un flanco 18 plano. En los flancos pueden estar previstas herramientas de brochado 19 y elementos de desgaste 40. Alternativamente, los flancos 18 también pueden estar realizados circunferencialmente alrededor de toda la superficie.

En el centro del lado inferior 13 está previsto en este caso, por ejemplo, un rebaje 41 que presenta, por ejemplo, una superficie plana 42 y flancos 43, en los que también están previstas herramientas de perforación 12.

La forma del cabezal de perforación descrita en este caso también se denomina cabezal de perforación en W. El perfil de perforación para esto se muestra en las figuras 8 y 9. La anchura de la sección de anillo 15 plana, así como los ángulos de los flancos interior y exterior 43, 18, así como el tamaño de la superficie interior 42 son a este respecto variables y dependen de las condiciones de explotación, como también se muestra en la figura 16.

Las herramientas de perforación 12 pueden ser, por ejemplo, trépanos de disco 12a, trépanos de corte o cuchillas de corte 12b o trépanos tricónicos 12c u otras alternativas. Las herramientas de perforación 12 se seleccionan dependiendo de la tierra/roca que se vaya a desprender para crear la perforación.

En su lado superior 14 se muestra, en la figura 1, la conexión 45 de la tubería de extracción 31.

Además, el cuerpo 11 presenta en su lado inferior 13 del cabezal de perforación 10 en W, en la sección anular 15, una caja de succión 20.

En la figura 4 se muestran disposiciones alternativas de la caja de succión 20. De acuerdo con la invención, por ejemplo, la caja de succión 20 se asienta en la parte más profunda del pozo en el caso de un cabezal de perforación cónico o en forma de V (a la izquierda en la figura 4) o se extiende y está prevista radialmente en un cabezal de perforación de diseño plano (a la derecha en la figura 4). En el centro de la figura 4 se muestra un cabezal de perforación en W. Además de las cajas de succión horizontales, como las que se muestran en la figura 4, también son posibles realizaciones en las que la caja de succión 20 está inclinada o vertical y a este respecto, por ejemplo, su abertura 23 está dirigida hacia abajo, hacia el frente 100.

La caja de succión 20, en una primera forma de realización, como se muestra por ejemplo en la figura 2, presenta en su lado delantero 21 una zona de abertura 22 que presenta al menos una abertura 23. La abertura 23 de la primera forma de realización de la caja de succión 20 presenta un elemento de clasificación 24 que divide la abertura 23 en secciones de abertura 23a. El elemento de clasificación 24 determina el tamaño de grano de la tierra/roca desprendida que puede entrar en el espacio interior 25 de la caja de succión 20.

El espacio interior 25 está formado por una tapa 26 como lado superior y un fondo 27 como lado inferior, que en este caso están configurados como forma de realización plana. También son posibles otras formas de la tapa y el fondo. Además, la caja de succión 20 presenta paredes laterales 28, que en este caso se extienden desde el lado delantero 21 a lo largo de la forma de la tapa y del fondo.

Según la forma de la tapa 26, del fondo 27 y de las paredes laterales 28 se forma la forma del espacio interior 25 de la caja de succión 20. En este sentido puede estar presente una estructura en forma de caja. Alternativamente, puede estar presente un embudo si se reduce el ancho del espacio interior 25, por ejemplo mediante una forma curva de las paredes laterales 28, por lo que la velocidad de flujo de la mezcla succionada de tierra/roca desprendida y medio portador aumenta a medida que disminuye el ancho.

En el lado trasero del espacio interior 25 está prevista una abertura 29, en la que está prevista una conexión 30 para una tubería de extracción 31 que, durante la operación de perforación, está conectada a una unidad de succión/bomba (no representada) para efectuar la extracción de la tierra/roca desprendida o de la mezcla de medio de extracción y tierra/roca desprendida.

De manera adicional, y no representada aquí, la altura del espacio interior 25 de la caja de succión 20 también se puede variar, en particular aumentar, partiendo del lado delantero 21 hacia la abertura 29 en el lado trasero de la caja de succión 20, para contrarrestar obstrucciones del espacio interior 25 debido a tierra/roca desprendida.

Además, también es posible diseñar la caja de succión 20, representada en este caso simétricamente, de forma asimétrica, por ejemplo disponiendo la abertura 29 desplazada lateralmente (no representado). En este sentido, puede resultar particularmente útil, por ejemplo en el caso de un cabezal de perforación de diseño plano, que la extensión de la zona de abertura 22 sea más larga, disponer la abertura 29 desplazada hacia la circunferencia exterior del cuerpo 11 para aumentar específicamente la velocidad de flujo en las áreas en las que más tierra/roca se desprende durante la rotación del cabezal de perforación y entra en el espacio interior 25 de la caja de succión 20 a través de la abertura 23.

Lo mismo es posible también porque la conexión 30 de la tubería de extracción 31 (no representada) desemboca en ángulo entrando en el espacio interior 25.

La zona de abertura 22 puede presentar en el área de la abertura 23, que se extiende a lo largo del lado delantero 21, herramientas para desprender la tierra y/o herramientas para recoger la tierra 33, por ejemplo, cuchillas de corte o brochadoras. Al prever tales herramientas, es posible desprender y/o recoger específicamente tierra/roca en el área del lado delantero 21 de la caja de succión 20 y alimentarla a la abertura 23 de la caja de succión 20.

Adicional o alternativamente, también pueden estar previstos deflectores en el lado inferior 13 del cabezal de perforación 10 (no representado), que alimentan material desprendido a la zona de abertura 22. La alimentación puede ser apoyada por toberas tales como toberas de lavado 32.

Las figuras 2 y 3 muestran un fragmento del cabezal de perforación 10 de acuerdo con la invención con una caja de succión 20 con una abertura 23 y toberas 34 dirigidas hacia ella para emitir un medio de transporte 80, preferentemente aire o un líquido, tal como agua o lavado de bentonita. El medio de extracción 90 es succionado a través de la tubería de extracción 31, que está conectado con la caja de succión 20 a través de la abertura 29 y la conexión 30. La tierra desprendida 110 es acelerada por el chorro de medio de transporte 81 y transportada a través de la abertura 23. Allí la tierra desprendida 110 es arrastrada por el medio de extracción 90. La tierra desprendida 110, el medio de extracción 90 y el medio de transporte 80 se mezclan a este respecto para formar un corriente de extracción 120, que luego se extrae a través de la tubería de extracción. De manera adicional o alternativa, el chorro de medio de transporte 81 provoca mediante la introducción de aceleración que la tierra desprendida 110 sea arremolinada o desprendida del frente 100 en la zona de abertura 22, de modo que la tierra desprendida arremolinada ya es arrastrada allí por el medio de extracción 90 y extraída junto con el medio de extracción como corriente de extracción 120.

La figura 5 muestra un brazo 17 del cabezal de perforación 10 en forma de W de acuerdo con la figura 1 con herramientas de perforación 12 dispuestas en él como discos 12a y con trépanos en los flancos laterales 18 y en los flancos 43 en el lado inferior 13.

Las herramientas de perforación 12 dispuestas en los brazos 17 se pueden reemplazar del espacio interior del brazo 17.

La figura 6 muestra un brazo 17 del cabezal de perforación 10 en forma de W de acuerdo con la figura 1 con una caja de succión 20 y una tubería de extracción 31 conectada a ella, que está prevista dentro del brazo 17. Por motivos de simplicidad, en la figura 6 no se muestran herramientas de perforación 12, 12a. En el área de la herramienta de brochado 19 están previstas toberas de lavado 32 que están orientadas en dirección a la abertura 23 de la caja de succión 20. Estas emiten un chorro de lavado 130. Como medio de lavado se puede utilizar a este respecto preferentemente el mismo medio que el medio de transporte. Con el chorro de lavado 130 se transportan los detritos 11 desprendidos a la zona de abertura 22 o hacia la parte más profunda del agujero de perforación 140. En esta área, la tierra desprendida 110 es alimentada entonces por las toberas 34 a la abertura 23 de la caja de lavado 20, como se muestra en la figura 7.

El proceso de desprender la tierra y evacuar la tierra desprendida se muestra en las figuras 8 y 9, por ejemplo en asociación con un cabezal de perforación 10 según la figura 1. La tierra se desprende a este respecto con las herramientas de perforación 12 y se encuentra en el área de las respectivas herramientas de perforación. Preferiblemente, en el área de las respectivas herramientas de perforación están previstas 12 toberas de lavado 32. Estas emiten un chorro de lavado 130 que arrastra la tierra desprendida 110 al área de la parte más profunda del agujero de perforación 140. En esta área se mueve la caja de succión 20 con su abertura 23. El chorro de medio de transporte 81 se emite entonces en la zona de abertura 23 a través de las toberas 34 para emitir el chorro de medio de transporte 81, con el que la tierra desprendida se acelera hacia la abertura 22 y así se mueve para su evacuación a la caja de lavado 20, y/o en la zona de abertura 22 se aspira directamente a través de la caja de succión 20.

El movimiento/aceleración de los detritos hacia el interior de la caja de succión 20 puede ser apoyado adicionalmente por herramientas mecánicas.

La figura 10 muestra la introducción de tierra desprendida en la caja de succión, cuya abertura 29 o conexión 30 con la tubería de extracción 31 está prevista detrás de la zona de abertura 22. Se muestra un apoyo mecánico durante la recogida mediante una herramienta de recogida 33. La caja de succión 20 puede hacerse pivotar alrededor de un punto de giro 36 mediante un cilindro 35. Las toberas 34 no están representadas en este caso.

Las figuras 11 y 12 muestran la introducción de tierra desprendida en la caja de succión 20, cuya abertura 29 o conexión 30 con la tubería de extracción 31 está prevista delante de la zona de abertura 22. Se muestra un apoyo mecánico durante la recogida mediante una herramienta de recogida 33. La caja de succión 20 puede hacerse pivotar alrededor de un punto de giro 36 mediante un cilindro 35. Esto permite hacer pivotar la caja de succión en la dirección de la flecha A, de modo que cambie la distancia 36 respecto al frente 100. La disposición de las toberas 34 se muestra en la figura 12. En este caso está prevista una primera tobera 34, que está dirigida en dirección a la herramienta de desviación o de recogida 33. Además está prevista una segunda tobera 34' que está dirigida en dirección a la abertura 29 y a la conexión 30. La tierra desprendida 110 se alimenta a través de las dos toberas 34, 34' al medio de extracción 120 y se extrae junto con este.

La corriente de extracción extraída a través de la tubería de extracción 31 se compone de una combinación de componentes sólidos (tierra desprendida 110) y componentes líquidos y/o gaseosos. Estos se alimentan a un sistema de tratamiento 200 a través de la tubería de extracción 31 (véase la figura 13). Aquí los componentes se separan unos de otros, por ejemplo mediante al menos un ciclón, un separador de líquidos y/o de polvo. Los componentes gaseosos (aire) se devuelven al área de perforación (por ejemplo, al pozo ya perforado). Dado el caso, los componentes líquidos se devuelven a las toberas 32, 34, 34' o se extraen del área de perforación a la superficie. Los componentes sólidos también se retiran del área de perforación a la superficie con medios adecuados.

Alternativamente o de manera complementaria a la introducción de aceleración en la tierra desprendida por medio de toberas y un medio de transporte, una segunda forma de realización de la invención de acuerdo con las figuras 14-16 muestra una introducción de aceleración mecánica. Para ello está previsto un equipo de impacto 50, que está previsto en el área de la caja de succión 20 hacia el interior del cabezal de perforación 10, pero que puede acelerar la tierra desprendida 110 en el área del frente 100.

En una carcasa 57 está previsto un elemento rotatorio 51, en el que están dispuestos circunferencialmente varios elementos de impacto 52, en este caso, preferentemente, móviles a través de una articulación 53. Los elementos de impacto 52 se mueven sobre un círculo de impacto 54 previsto concéntricamente alrededor del elemento rotatorio 51. El elemento giratorio 51 es accionado mediante un accionamiento (no representado). Los elementos de impacto 52 golpean en una zona de impacto 55 la tierra desprendida, que es introducida entonces en la caja de succión 20 o en su abertura 23 en la dirección de impacto 56. Allí, en el espacio interior 25 y/o en la zona de abertura 22, la tierra desprendida acelerada es arrastrada por el medio de extracción 90 y extraída a través de la tubería de extracción 31 con la corriente de extracción 120.

La figura 15 y la figura 16 muestran diferentes anchos de disposición del equipo de impacto 50 en relación con los flancos 18, 43 del cabezal de perforación 10.

Es ventajoso en este caso hacer que el equipo de impacto 50 sea lo más ancho posible (Figura 16, abajo) para lograr un mejor rendimiento de extracción.

También es ventajoso en este caso que los flancos 18, 43, como se muestra en la figura 16, arriba, se puedan hacer relativamente empinados y cortos en comparación con las representaciones en la figura 15 y la figura 16, abajo, de modo que en determinadas circunstancias se pueda prescindir incluso de un lavado de los flancos, en este caso en forma de una corriente de aire o en forma de elementos de brochado (no representados).

Lista de referencias:

10 cabezal de perforación 35 cilindro

11 cuerpo 36 punto de pivote

12 herramienta de perforación 37 distancia

12a trépano de disco 40 elemento de desgaste

12b trépano de corte 41 rebaje

12c trépano tricónico 42 superficie

13 lado inferior 43 flanco

14 lado superior 45 conexión

15 sección anular

16 lado inferior 50 equipo de impacto

17 brazo 51 elemento rotatorio

18 flanco 52 elemento de impacto

19 herramienta de brochado 53 articulación

20 caja de succión 54 círculo de impacto

21 lado delantero 55 zona de impacto

22 zona de abertura 56 dirección de impacto

23 abertura 57 carcasa

23a sección de abertura 58 dirección de rotación

24 elemento de clasificación

25 espacio interior 80 medio de transporte

26 tapa 81 chorro de medio de transporte 27 fondo 90 medio de extracción

28 pared lateral 100 frente

29 abertura 110 tierra desprendida

30 conexión 120 corriente de extracción

31 tubería de extracción 130 chorro de lavado

tobera de lavado 140 parte más profunda del agujero de perforación

herramienta de desprendimiento de 200 sistema de tratamiento tierra/herramienta de recogida de tierra

, 34' tobera

Claims

REIVINDICACIONES

1. Cabezal de perforación para crear una perforación sustancialmente vertical en la tierra, en particular para crear un pozo, con un cuerpo (11) que se puede conectar a un accionamiento rotatorio de un dispositivo de perforación, con herramientas de perforación (12) dispuestas en el cuerpo (11) para desprender la tierra en un frente (100) de la perforación, con un dispositivo de extracción para evacuar la tierra desprendida en el frente (100), que se puede conectar a una unidad de succión para succionar un medio de extracción a través de una tubería de extracción (31), en donde el dispositivo de extracción presenta una zona de abertura (22) dispuesta en el cuerpo (11) con al menos una abertura (23) en la zona de las herramientas de perforación (12) en el frente (100), en donde la al menos una abertura (23) de la zona de abertura (22) está conectada a una caja de succión (20) como parte componente del dispositivo de extracción, que presenta una abertura de conexión (29) en un extremo opuesto a la abertura (23) para una conexión a la tubería de extracción (31), y en donde está previsto al menos un elemento que ejerce una aceleración sobre la tierra desprendida en la zona de la caja de succión (20), a través de la cual la tierra desprendida (110) por las herramientas de perforación (12) se puede llevar a la zona de apertura (22) y/o a través de la abertura (23) a la caja de succión (25), en donde la tierra desprendida (110) en la zona de apertura (22) y/o en la caja de succión (25) es arrastrada por el medio de extracción (90) y puede ser extraída por la unidad de succión a través de la tubería de extracción (31),caracterizado por quela distancia de la zona de apertura (22) respecto al frente (100) es ajustable, por que la distancia se ajusta moviendo verticalmente la caja de succión (20) y/o haciendo pivotar la caja de succión (20) alrededor de un punto de giro, y por que para el movimiento o para el pivotado está previsto un accionamiento.

2. Cabezal de perforación según la reivindicación 1,caracterizado por queel al menos un elemento es al menos una tobera (34) prevista dirigida hacia la zona de abertura (22), que emite al menos un chorro (81) de un medio de transporte (80) para efectuar la aceleración.

3. Cabezal de perforación según la reivindicación 1 o 2,caracterizado por queestá prevista al menos una tobera de lavado (32), con la que se puede transportar la tierra desprendida por al menos una herramienta de perforación (12) a un área en el frente (100) sobre la cual pasa la caja de succión (20) durante la perforación con el cabezal de perforación (10).

4. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por quela caja de succión (20) presenta al menos una tobera (34a) en el espacio interior (25).

5. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por queel medio de extracción (90) y/o el medio de transporte (80) es un medio líquido o gaseoso.

6. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por queel al menos un elemento es al menos un elemento rotatorio (51) accionado con al menos un elemento de impacto (52) dispuesto en el mismo, en donde el al menos un elemento de impacto (52) provoca mediante un movimiento de rotación la aceleración de la tierra desprendida (110) a través de un contacto.

7. Cabezal de perforación según la reivindicación 6,caracterizado por queel elemento de impacto (52) se puede mover sobre un círculo de impacto (54) previsto concéntricamente alrededor del elemento rotatorio (51).

8. Cabezal de perforación según la reivindicación 6 o 7,caracterizado por queel al menos un elemento de impacto (52) está dispuesto de manera móvil en el al menos un elemento rotatorio (51).

9. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 6 a 8,caracterizado por queel al menos un elemento de impacto (52) es un martillo, una lanza, un cable, una cadena, un elemento de cepillo o un trépano.

10. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 6 a 9,caracterizado por quela rotación del al menos un elemento rotatorio (51) puede regularse en velocidad, y/o por que el al menos un elemento de impacto (52) hace que la tierra desprendida (110) se desmenuce.

11. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 1 a 10,caracterizado por quela caja de succión (20) está prevista horizontal, inclinada y/o vertical.

12. Dispositivo para excavar un pozo con un cabezal de perforación (10) según una de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Procedimiento para crear una perforación sustancialmente vertical en la tierra, en particular para crear un pozo, con un cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el cabezal de perforación (10) se conecta a un accionamiento rotatorio de un dispositivo de perforación, en donde el cabezal de perforación (10) presenta un cuerpo (11) en el que están dispuestas herramientas de perforación (12), con las que se desprende la tierra en un frente (100) de la perforación durante la perforación y se desmenuza hasta un tamaño extraíble, en donde la tierra desprendida y desmenuzada (110) es evacuada lejos del frente (100) con un dispositivo de extracción, que se conecta a una unidad de succión para succionar un medio de extracción (90) a través de una tubería de extracción (31), en donde el dispositivo de extracción presenta una caja de succión (20) con una zona de abertura (22) con al menos una abertura (23) en el área de las herramientas de perforación (12) en el frente (100), con las etapas de:

• introducir una aceleración en la tierra desprendida (110) que se encuentra en el área de la zona de abertura (22), y

• arrastrar la tierra desprendida (110) por un medio de extracción (90) y extraerla mediante la unidad de succión a través de la tubería de extracción (31).

14. Procedimiento según la reivindicación 13,caracterizado por quela aceleración se produce mediante la emisión de un chorro (81) de un medio de transporte desde una tobera (34) dirigida a la zona de abertura (22) de la caja de succión (20) como parte componente del dispositivo de extracción.

15. Procedimiento según la reivindicación 13 o 14,caracterizado por quela aceleración se produce mediante al menos un elemento rotatorio (51) accionado con al menos un elemento de impacto (52) dispuesto en el mismo, en donde el al menos un elemento de impacto (52) mediante un movimiento de rotación provoca la aceleración de la tierra desprendida a través de un contacto.