MOTOR MEJORADO PARA BROCA SACAMUESTRAS Y MÉTODO PARA OBTENER UNA MUESTRA DE MATERIAL POR EXTRACCIÓN"
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un motor mejorado para broca sacamuestras y un método para obtener una muestra de material por extracción de la pared lateral de un pozo perforado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Generalmente se taladra un pozo en la corteza terrestre para recuperar depósitos naturales de hidrocarburos y otros materiales deseables que ocurren naturalmente y que están entrampados en formaciones geológicas. Se taladra un pozo estrecho en la tierra y se dirige hacia la ubicación geológica objetiva desde una pared o perforación en la superficie. En operaciones de "perforación rotatoria" convencional, la pared de perforación hace girar una sarta de perforación compuesta de uniones tubulares de tubería de acero para perforación conectadas entre sí para hacer girar una unidad que está en el fondo del hoyo (abreviado en inglés BHA) , y una broca de perforación que se conecta al extremo inferior de la sarta de perforación. Durante las operaciones de perforación, se bombea y se hace circular hacia abajo hasta el interior del tubo de perforación un fluido de perforación al cual comúnmente se le denomina lodo de perforación, a través de la unidad hoyo abajo y de la broca de perforación, y de nuevo a la superficie en la corona circular. La extracción de muestras es generalmente un proceso de remover una porción interna del material cortando con un instrumento. Si bien en algunos materiales más suaves se puede hacer esto forzando un manguito de extracción de muestras moviéndolo dentro del material, por ejemplo tierra o una manzana, a los materiales más duros generalmente se les debe cortar con brocas sacamuestras rotatorias, es decir, brocas cilindricas huecas con dientes de corte colocados alrededor del extremo de corte circunferencial de la broca. El material que se extrae generalmente se captura dentro del aparato de extracción para su recuperación de la perforación para pozo. Este tipo de extracción se utiliza típicamente para remover porciones no deseadas de un material para obtener una muestra representativa del material para su análisis a fin de obtener información acerca de sus propiedades físicas. La extracción de muestras se utiliza extensamente para determinar las propiedades físicas de formaciones geológicas hoyo abajo que se encuentran en la exploración y desarrollo minero o petrolífero. La extracción de muestras convencional de pozos perforados para recuperar hidrocarburos que ocurren naturalmente se lleva a cabo utilizando una broca sacamuestras y un portamuestras que se sujetan al final de la sarta de perforación. La muestra se captura dentro del portamuestras a medida que la broca sacamuestras penetra la formación de interés. Este proceso de extracción de muestras sustancialmente perturba el proceso de perforación normal porque la broca de perforación tiene que removerse del extremo de la sarta de perforación y reemplazarse con una broca sacamuestras. La extracción de muestras de esta forma puede ser muy costosa y consumir mucho tiempo. Sin embargo, este método resulta en una alta proporción de éxito para obtener muestras de toda la formación perforada en esta forma. La extracción de muestras de manera rotatoria en las paredes laterales de forma convencional se caracteriza por el uso de una broca sacamuestras que tiene una configuración hueca, cilindrica y dientes cortantes empotrados alrededor de la circunferencia de un extremo abierto. La broca sacamuestras generalmente se hace girar alrededor de su eje y se forza contra la pared lateral del pozo. A medida que se corta una muestra de la pared lateral, la muestra se recibe en el portamuestra hueco definido por las paredes interiores de la broca sacamuestras. La velocidad óptima de rotación de la broca sacamuestras y el peso óptimo sobre la broca (la magnitud de la fuerza axial que empuja a la broca hacia dentro de la pared lateral) realmente lo determina el tipo de formación del cual se esta extrayendo la muestra y las características físicas de la broca sacamuestras. El petróleo y otros yacimientos que ocurren naturalmente de minerales o gas a menudo residen en formaciones geológicas porosas en la profundidad de la corteza de la tierra. Una formación de interés en un pozo perforado puede investigarse utilizando una herramienta sacamuestras para obtener muestras representativas de rocas tomadas de la pared del pozo adyacente a la formación de interés. La muestra de roca representativa generalmente se extrae de la formación utilizando una broca sacamuestras hueca, cilindrica. La muestra de roca representativa que se obtiene extrayéndola de las paredes laterales generalmente se denomina "muestra de sondeo" . Las muestras de sondeo se remueven físicamente de la pared del pozo y se recupera dentro de la herramienta sacamuestras para transportarlo a la superficie. El análisis y estudio de estas muestras le permite a los ingenieros y geólogos evaluar importantes parámetros de la formación tales como la capacidad de almacenaje del yacimiento (porosidad) , el potencial de flujo (permeabilidad) de la roca que conforma la formación, la composición de los hidrocarburos o minerales recuperables que reciben la formación, y el nivel de saturación de agua irreducible de la roca. Estas estimaciones son cruciales para el subsiguiente diseño e implementación del programa de terminación de los pozos que permite la producción de formaciones y zonas seleccionadas que se determinan como económicamente atractivas en base a los datos obtenidos de las muestras de sondeo. Se han utilizado para la extracción convencional de muestras de las paredes laterales varias herramientas y métodos de extracción de muestras. Generalmente hay dos tipos de métodos y aparatos para extracción de muestras, a saber extracción rotatoria de muestras y extracción de muestras por percusión. La presente invención esta dirigida hacia la extracción rotatoria de muestras, que es el método más preferido debido a la calidad de la muestra que se obtiene. La extracción rotatoria de muestras de paredes laterales generalmente involucra introducir a la fuerza un extremo abierto cortante circunferencial y expuesto de una broca sacamuestras as hueca cilindrica contra la pared del pozo y hacer vibrar la broca sacamuestras para promover el corte en el extremo delantero. La herramienta sacamuestras se fija contra la pared del pozo en la zona o formación de interés con la broca sacamuestras rotatoria orientada hacia la pared del pozo. La broca sacamuestras se coloca radialmente hacia afuera dejándola alejada del eje de la herramienta sacamuestras y hacia la pared del pozo. La broca sacamuestras generalmente esta acoplada a un motor de extracción de muestras a través de un eje extensible o articulación mecánica. El eje o articulación hace avanzar a la broca sacamuestras que esta rotando, rotatoria y axialmente hacia la pared lateral para llevar el extremo cortante de la broca sacamuestras en contacto con la pared lateral. La broca sacamuestras penetra en la pared lateral removiendo la roca dentro de una zona de corte cilindrica. El extremo de corte circunferencial de la broca sacamuestras tiene una serie de dientes y a menudo tiene incrustados carburos, diamantes u otro material con una dureza superior para cortar la roca. A medida que el corte de la muestra de sondeo avanza una muestra de sondeo en forma cilindrica es recibida en el interior hueco de la broca sacamuestras. Después que se haya recibido la muestra de la longitud deseada, la muestra se libera de la roca de la formación rompiendo la conexión restante (la sección transversal radial) dentro del extremo cortante, abierto de la broca sacamuestras . La broca sacamuestras y la muestra de sondeo dentro de la misma se recuperan en la herramienta sacamuestras retrayendo el eje o articulación utilizado para extender la broca sacamuestras hacia su posición operativa. La muestra recuperada puede sacarse de la broca sacamuestras dentro de la herramienta sacamuestras para permitir usar la broca sacamuestras para obtener muestras adicionales a la misma profundidad u otras diferentes. La extracción rotatoria de muestras es el método preferido de obtener muestras de sondeo debido a que la muestra de sondeo retiene sus propiedades de flujo y almacenaje sin la fracturación y compactación involucrada en la extracción de muestras por percusión. Sin embargo, la extracción rotatoria de muestras de manera eficiente exige un uso eficiente de un espacio limitado. Debido al número de componentes y a la manipulación física que se requiere para recuperar una muestra de sondeo de una pared lateral convencional, la extracción de muestras de paredes laterales por el método rotatorio convencional presenta muchos retos asociados con el espacio limitado disponible hoyo abajo. A medida que se perforan exitosamente pozos hasta formaciones más profundas, y a medida que las perforaciones para pozos direccionales llegan más y más lejos de la ubicación vertical real del sitio en la superficie, estos pozos necesariamente se hacen más estrechos, proporcionando de esa manera menos espacio para posicionar, extender y operar los dispositivos convencionales para extracción de muestras. Si bien es favorable obtener una muestra representativa lo más grande que pueda obtenerse de la pared lateral, hay limitaciones físicas que hacen que el obtener una muestra de sondeo más grande sea difícil y costoso. La longitud de la muestra esta limitada por el desplazamiento o carrera de la broca sacamuestras. Es decir, desde el momento en que el diente cortante de la broca sacamuestras toque inicialmente la pared lateral, el máximo desplazamiento axial hacia dentro de la pared lateral lo determinan las características mecánicas de la herramienta sacamuestras. La configuración mecánica de las herramientas sacamuestras de la tecnología anterior la determinan diversos parámetros diferentes. Para cortar, la broca sacamuestras rotatoria debe hacerse girar sobre su eje utilizando alguna fuente portátil de energía mecánica contenida dentro de la herramienta sacamuestras. Los motores que hacen girar la broca sacamuestras en la herramienta sacamuestras son típicamente motores hidráulicos accionados por aceite a alta presión suministrado por una bomba energizada eléctricamente. La bomba de aceite hidráulico energizada eléctricamente es a su vez energizada por electricidad suministrada al motor a través del cable conductor gue se utiliza para bajar, elevar, controlar, y posicionar en general la herramienta sacamuestras dentro de la perforación para pozo. El hacer girar la broca sacamuestras generalmente se logra acoplando la broca sacamuestras al motor hidráulico utilizando una articulación mecánica. Más aún, al extenderse la herramienta sacamuestras ésta debe extenderse desde dentro de la caja de la herramienta sacamuestras hacia afuera hasta la pared lateral externa y luego extenderse más aún hacia adentro de la pared lateral durante la rotación de la broca sacamuestras para cortar la muestra de sondeo. Finalmente, después de que se completa el corte de la muestra de sondeo, la broca sacamuestras y la muestra de sondeo contenida dentro de la misma deben retraerse hacia dentro de la herramienta sacamuestras. Si se van a obtener otras muestras de sondeo utilizando la misma broca sacamuestras, la muestra de sondeo debe expulsarse de la broca sacamuestras y almacenarse dentro de la herramienta sacamuestras para su transporte a la superficie. Todos los dispositivos mecánicos, motor hidráulico, articulación mecánica del motor a la broca sacamuestras para hacer girar y extender la broca, y la broca sacamuestras en si, deben "almacenarse" en su configuración inactiva dentro de la estrecha caja de la herramienta sacamuestras hasta que la herramienta este en la ' posición adyacente a la zona de interés en la pared lateral. Cuando se utiliza, la herramienta sacamuestras debe proporcionar la rotación requerida, asi como la extensión y retracción de la broca sacamuestras con el fin de obtener con éxito la muestra de sondeo. Los retos físicos y dimensionales son sustanciales, y la presente invención proporciona un dispositivo más eficiente y compacto y un método para obtener la muestra de sondeo. Adicionalmente los dispositivos de extracción de muestras de la tecnología anterior eran generalmente muy complejos mecánicamente y como tal están sujetos a una amplia variedad de fallas en la operación, haciéndolos muy poco confiables en el ambiente hoyo abajo. Como resultado, muchas compañías petroleras están renuentes a usarlos debido a la a menudo baja proporción de éxito en recuperar muestras de sondeo. Lo que se necesita es un dispositivo que pueda extender y aplicar fuerza a través de la broca sacamuestras contra la pared lateral, retraer la broca sacamuestras a dentro de la herramienta sacamuestras después de que se obtenga la muestra de sondeo y hacer girar la broca sacamuestras a una velocidad angular deseable durante el proceso de cortar la muestra de sondeo. Lo que se necesita es un dispositivo que pueda extender, retraer y hacer girar - il¬
la broca sacamuestras sin complejas articulaciones mecánicas que ocupan espacios valiosos, i.e. un dispositivo eficientemente "empaquetado" que, cuando esté en la posición inactiva, no extendida, ocupe poco espacio dentro de la herramienta sacamuestras. Lo que se necesita es un mejor motor de extracción de muestras que sea lo suficientemente compacto para que dos o más motores de extracción puedan utilizarse en una sola herramienta sacamuestras para obtener múltiples muestras. La presente invención proporciona una solución al problema de la extracción de muestras en paredes laterales convencionales en el ambiente de espacio limitado de estrechas perforaciones para pozos. La recuperación y análisis de muestras de sondeo en condiciones intactas proporciona valiosa información geológica que mejora drásticamente el análisis y la toma de decisiones por parte del geólogo de la compañía petrolera.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un motor de extracción de muestras mejorado que actualmente consiste de dos motores, motor de rotación y un motor de empuje, trabajando conjuntamente para controlar la rotación, el peso sobre la broca y la extensión o retracción de la broca sacamuestras . El motor de rotación esta compuesto de un estator de giro, un rotÍj|3e giro y una camisa del rotor de giro. El motor de empuje esta similarmente compuesto de un estator de empuje, un rotor de empuje y una camisa del rotor de empuje. Estos dos motores están cada uno acoplados a un eje motriz especialmente diseñado que es conectable en su extremo a una broca sacamuestras . El eje motriz esta diseñado para girar mediante la operación del motor de giro y extender y retraer mediante la operación del motor de empuje. La extensión del eje motriz y de la broca sacamuestras hacia la pared lateral, y la subsiguiente retracción del eje motriz y de la broca sacamuestras hacia dentro de la herramienta sacamuestras, se llevan a cabo variando la velocidad del motor de empuje en relación a la velocidad del motor de giro. Este diseño permite un empaquetamiento extremadamente eficiente de uno o más de los motores de extracción mejorados dentro de una sola herramienta sacamuestras hoyo abajo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista en corte lateral que muestra el motor de extracción mejorado en su posición sin extenderlo .
La Figura 2 és una vista en corte lateral que muestra el motor de extracción mejorado en su posición parcialmente extendida. La Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra la configuración del eje motriz que tiene ranura y roscas en el eje axial superpuestas sobre los canales del eje que están formados entre las mismas. La Figura 4 es una vista en corte en perspectiva que muestra la configuración de la camisa del rotor de giro con canales internos diseñados para enganchar de manera deslizante las ranuras del eje sobre la superficie externa del eje motriz. La Figura 5 es una vista en corte en perspectiva que muestra la configuración de la camisa del rotor de empuje que tiene roscas internas diseñadas para enganchar las roscas dispuestas sobre los canales del eje en la superficie externa del eje motriz entre las ranuras del eje .
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Las Figuras 1 y 2 son vistas en corte de una implementación física preferida de la herramienta sacamuestras 10 de la presente invención en sus configuraciones sin extender y parcialmente extendida, respectivamente. Una configuración parcialmente extendida pretende significar que el eje motriz 44 y la broca sacamuestras 18 se han extendido parcialmente hacia afuera desde la herramienta sacamuestras 10 hacia su posición extendida que se correlaciona con la extracción de una muestra de sondeo de una pared lateral. El aparato de extracción 10 comprende dos motores separados o independientes que son controlados cooperativamente: un motor de giro para hacer girar el eje motriz 44 y un motor de empuje para desplazar axialmente el eje motriz 44 mientras este da vueltas, con un desplazamiento axial sea hacia la pared lateral para extraer (la dirección a la derecha de la Figura 1 y 2) o retraerse de la pared lateral para retraerse hacia dentro de la herramienta sacamuestras 10. La energía requerida para hacer girar el eje motriz 44 durante el proceso de extracción probablemente excederá aquella que se requiere para extender el eje motriz 44 hacia dentro de la formación. Es probable, por lo tanto, que el motor de giro será mayor, y generará más energía, en comparación con el motor de empuje. El motor de giro comprende un estator de giro 24, un rotor de giro 22 y una camisa del rotor de giro 23, cada uno colocado concéntricamente alrededor de un eje central común 17. El estator de giro 24 típicamente comprende arrollados de alambre eléctricamente conductor arrollado para inducir 'un momento electromagnético sobre el rotor de giro 22 cuandS- se pasa corriente eléctrica a través del arrollado del estator de giro 24. El rotor de giro 22 está dispuesto concéntricamente dentro del estator de giro 24 sin entrar en contácto con el estator de giro 24. Esta relación de estrecha separación entre el estator de giro 24 y el rotor de giro 22 puede mantenerse en cualquiera de las maneras convencionales incluyendo el montaje del estator y rotor dentro de una estructura o carcasa común 12. Mientras que el estator de giro 24 es estacionario en relación a la carcasa 12, el rotor de giro 22 gira alrededor de su eje central y esta montado o fijado a la carcasa 12 sobre cojinetes o bujes. La Figura 4 es una vista en corte en perspectiva de la camisa del rotor del giro 23 con sus canales de la camisa 145 que se extiende radialmente hacia dentro que se interconectan o coinciden con las ranuras correspondientes del eje 45 del eje motriz 44 que se ilustra en la Figura 3. La camisa del rotor de giro 23 es una camisa cilindrica hueca con un diámetro interior igual o ligeramente mayor que el diámetro exterior del eje motriz 44, y los canales de la camisa 145 que se extienden radialmente hacia dentro hacia el centro hueco de la camisa del rotor de giro 23 se reciben de manera de que se puedan deslizar dentro de las ranuras del eje 45 del eje motriz 44 a medida que la camisa del rotor de giro 23 se recibe sobre el eje motriz 44. La camisa del rotor de giro 23 se acopla o fija preferiblemente al rotor de giro 22. Alternativamente, la camisa del rotor de giro 23 y el rotor de giro 22 pueden ser un componente integral estando la camisa del rotor de giro 23 formada sobre la superficie interior del rotor de giro 22. En cualquiera de las maneras, la camisa del rotor de giro 23 tiene una superficie que mira hacia el interior provista de canales. Refiriéndonos de nuevo a las Figuras 1 y 2, el motor de empuje tiene una construcción similar al motor de giro. Específicamente, el motor de empuje comprende un estator de empuje 34, un rotor de empuje 32 y una camisa del rotor de empuje 33, cada uno dispuesto concéntricamente alrededor de un eje central común 17. El estator de empuje 34 comprende típicamente arrollados de alambre eléctricamente conductor arrollado para inducir una fuerza magnética sobre el rotor de empuje 32 cuando se pasa una corriente eléctrica por los arrollados del estator de empuje 34. El rotor de empuje 32 esta colocado concéntricamente dentro del estator de empuje 34 y debe posicionarse en una estrecha comunicación electromagnética con el estator de empuje 34 sin entrar en contacto con el estator de empuje 34. Esta estrecha separación entre el estator y el rotor puede mantenerse en cualquier manera convencional, incluyendo el montar el estator y rotor dentro de una estructura * carcasa común 12. Mientras el estator es estacionario en relación a la carcasa 12, el rotor rota o gira alrededor de un eje central y, por lo tanto, esta montado o fijado a la carcasa sobre cojinetes o bujes . La Figura 5 es una vista en corte en perspectiva de la camisa del rotor de empuje 33 con roscas 146 formadas sobre la superficie interior radialmente hacia adentro para coincidir con las roscas correspondientes formadas sobre la superficie exterior de los canales del eje 48 del eje motriz 44 que se ilustra en la Figura 3. La camisa del rotor de empuje 33 y el rotor de empuje acoplado 32 se hace rotar alrededor del eje motriz 44 mediante la aplicación de corriente eléctrica controlada 64 en el estator de empuje 34. La camisa del rotor de empuje 33 preferiblemente está acoplada o fijada al rotor de empuje 32. Alternativamente, la camisa del rotor de empuje 33 y el rotor de empuje 32 pueden ser un componente integral con la camisa del rotor de empuje 33 formándose sobre la superficie interior del rotor de empuje 32. En cualquiera de estas maneras, la camisa del rotor de empuje tiene una superficie que da al interior la cual esta provista de roscas. La camisa del rotor de giro 23 y la camisa del rotor de empuje 33 están acopladas a un eje motriz 44 especialmente diseñado para hacer girar y aplicar peso sobre la broca a una broca sacamuestras 18. El eje motriz 44, que se ilustra separadamente en la Figura 3, tiene un eje 17 y es conectable en su extremo para la broca 47 a la broca sacamuestras 18. SI eje motriz 44 tiene una superficie exterior con una serie de ranuras sobre el eje 45 que se extienden a lo largo de la longitud del eje motriz 44, extendiéndose preferiblemente desde el extremo para la broca 47 a o cerca del extremo de eyección 49 del eje motriz 44. Estas ranuras del eje 45 son preferiblemente longitudinales y paralelas al eje 17 del eje motriz 44, pero pueden ser helicoidales alrededor del eje 17. Independientemente del diseño exacto de las ranuras del eje, las ranuras del eje 45 están diseñadas para acoplarse con canales correspondientes internos de la camisa 145 en una camisa del rotor de giro 23 que tienen un eje común 17. El acoplamiento de las ranuras y de los canales debe ser capaz de comunicar una fuerza radial desde los canales de la camisa del rotor 145 a las ranuras del eje 45, y sin embargo permitir el deslizamiento axial de los canales de la camisa 145 en relación a las ranuras del eje 45. Por ejemplo, la camisa del rotor de giro 23 preferiblemente esta diseñada para continuar haciendo girar el eje motriz 44 a medida que el eje motriz 44 avanza, según lo determine el giro de la camisa del rotor de empuje 33 desde su posición totalmente retraída, sin extender que se ilustra en la Figura*|I hasta la posición intermedia, parcialmente extendida que se ilustra en la Figura 2 y continuando hasta la posición totalmente extendida correspondiente a la completa extensión axial del eje motriz 44. La superficie exterior del eje motriz 44 también esta provista de una serie de roscas 46 sobrepuestas sobre los canales del eje 48 formados entre las ranuras del eje 45 a lo largo de la longitud del eje motriz 44. Estas roscas 46 pueden estar provistas de cualquier paso, profundidad o separación, pero debe reconocerse que el paso de las roscas 46 afectará el grado de control posicional y el peso sobre la rosca que el motor de empuje puede impartir sobre la broca sacamuestras 18 mientras se está haciendo la extracción. El acoplamiento de las roscas sobre la camisa del rotor de empuje 33 y el eje motriz 44 debe ser capaz de impartir una fuerza axial o recíproca sobre el eje motriz 44. Cuando se pasa corriente eléctrica a través de los arrollados del estator de giro 24, se aplica electromecánicamente un momento al rotor de giro 22 y a la camisa del rotor de giro 23 acoplado al mismo, causando de esa manera que estos componentes giren alrededor del eje 17. La rotación del eje motriz 44 se logra haciendo girar la camisa del rotor de jiro 23 la cual hace girar el eje motriz 44 y trasmite energía a la broca sacamuestras 18. La velocidad de rotación del eje motriz 44 es controlable independientemente y con precisión por la corriente eléctrica 61 que va al estator de giro 24. Cuando se pasa corriente eléctrica a través del estator de empuje 34, se aplica electromecánicamente un momento al rotor de empuje 32 y a la camisa del rotor de empuje 33 acoplada al mismo, causando de esta manera que estos componentes giren alrededor del eje 17 para extender, mantener, o retraer axialmente al eje motriz 44. EL movimiento axial o recíproco del eje motriz 44 se logra haciendo girar el rotor de empuje 32 y la camisa del rotor de empuje 33 acoplado al mismo a una velocidad angular diferente de la de la camisa del rotor de giro 23. La rotación de la camisa del rotor de empuje 33 y las roscas 146 que se forman sobre la superficie radialmente interior de la camisa del rotor de empuje 33 desplazan axialmente al eje motriz 44 al engancharse las roscas 146 con las roscas coincidentes que están maquinadas sobre los canales del eje 48 sobre el eje motriz 44. La dirección de rotación de la camisa del rotor de empuje 33 y la configuración (derecha o izquierda) de las roscas sobre el mismo determinan el movimiento axial del eje motriz 44. La rotación del rotor de empuje 32 y de la camisa del rotor de empuje 33 (a una velocidad angular diferente de la de la camisa del rotor de giro 23) hace avanzar el eje motriz 44 y a la broca sacamuestras 18 conectada hacia la pared lateral {a la derecha en la Figura 1) o retraer a la broca sacamuestras 18 a su posición inactiva, no, extendida dentro del aparato de extracción 10 (a la izquierda en la Figura 1) . Para obtener una muestra de sondeo es esencial que la herramienta sacamuestras 10 haga avanzar de manera controlada a la broca sacamuestras 18 hacia y dentro de la pared lateral a medida que la broca sacamuestras 18 gira para cortar la muestra de sondeo. Conforme a ello, los canales sobre la camisa 145 (o por lo menos una chaveta o pasador) en la camisa del rotor de giro 23 deben permanecer en contacto mecánico y rotacional con la ranura o ranuras del eje 45 del eje motriz 44 a pesar del desplazamiento axial del eje motriz 44 en relación a la camisa del rotor de giro 23. Similarmente, el peso sobre la broca, i.e. la fuerza axial aplicada sobre la broca sacamuestras 18 a través del eje motriz 44, es esencial para que la broca sacamuestras 18 corte eficientemente y obtenga la muestra de sondeo. Conforme a ello, las roscas 146 sobre la superficie interior de la camisa del rotor de empuje 33 deben permanecer en contacto mecánico con las roscas correspondientes de los canales del eje 48 sobre el eje motriz 44 a pesar de la rotación del eje motriz 44 ocasionado por la camisa del rotor de giro 23. Estas condiciones se satisfacen mediante el diseño especial del eje motriz 44 como se ilustra en la Figura 3. La velocidad de rotación del eje motriz 44 la determina la velocidad de rotación del rotor de giro 22 y de la camisa del rotor de giro 23 acoplada al mismo y es igual a esa velocidad. Si la velocidad de rotación de la camisa del rotor de giro 23 y de la camisa del rotor de empuje 33 son iguales, entonces la velocidad de rotación de la camisa del rotor de empuje 33 necesariamente es igual a la velocidad de rotación del eje motriz 44. Bajo estas condiciones operativas, no habrá desplazamiento axial del eje motriz 44 debido a que la camisa del rotor de empuje 33 que esta rotando permanece estacionaria en relación al eje motriz 44 que esta rotando. El desplazamiento axial del eje motriz 44 que esta rotando se logra variando la velocidad de rotación de la camisa del rotor de empuje 33 en relación a la velocidad de rotación del eje motriz 44. Bajo esta condición, el desplazamiento axial del eje motriz 44 en relación a la camisa del rotor de empuje 33 se calcula utilizando la velocidad de rotación del eje motriz, em, la velocidad de rotación de la camisa del rotor de empuje 33, Wro3, y el paso de las roscas (sobre los canales del eje y sobre la superficie radialmente interior de la camisa del rotor de empuje) Proseas* Suponiendo que las roscas 146 sobre el eje motriz 44 rotatorio son roscas del lado derecho y que tanto el rotor de giro como el rotor de empuje rotan en una dirección en el sentido de las agujas del reloj (vistas desde el extremo de la broca sacamuestras del aparato de extracción 10) , la velocidad de penetración de la broca sacamuestras 18 puede determinarse mediante la ecuación:
bs = Proseas X (Wros ~ Wem) .
Por ejemplo, si hay 10 roscas por pulgada del eje motriz (el Proseas es entonces 0, 1 pulgadas por rosca), el roo es 2005 rpm (revoluciones por minuto) em es 2000 rpm, la velocidad de penetración de la broca sacamuestras Vb3, determinada por la velocidad de avance el eje motriz 44 hacia la pared lateral, será (0,1 x (2005 - 2000) ) = 0,5 pulgadas por minuto o 0, 0083 pulgadas por segundo. Inversamente, si la muestra de sondeo se ha cortado y obtenido exitosamente, el eje motriz 44 puede retraerse hacia dentro de la herramienta sacamuestras 10 disminuyendo la velocidad de rotación de la camisa del rotor de empuje 33, ros, en relación a la velocidad de rotación del eje motriz 44, Wem, por ejemplo, si Wen, permanece en 2000 rpm y Wro3 se reduce a 1950 rpm, la velocidad de retracción del eje motriz 44 será (0, 1 x (1950 - 2000) ) = -5 pulgadas por minuto o -0,0083 pulgadas por segundo (el signo negativo indica que la broca sacamuestras se esta retrayendo) . Mientras la velocidad anterioe de penetración de la broca sacamuestras de, Vb3 de 0,5 pulgadas por minuto es más apropiada para un corte eficiente de una muestra de sondeo, esta última velocidad de retracción de -5,0 pulgadas por minuto es la velocidad mas apropiada para retraer la broca sacamuestras 18 de nuevo hacia dentro de la herramienta sacamuestras 10. Un motor unidireccional puede proporcionar tanto la extensión como la retracción del eje motriz 44 y de la broca sacamuestras conectada 18 haciendo variar las velocidades de rotación de la camisa del rotor de empuje 33 y de la camisa del rotor de giro 23 una en relación a la otra. La herramienta sacamuestras 10 puede adaptarse con componentes roscados alternativos para variar la velocidad de extensión y retracción para velocidades de motor determinado a fin de adaptar especialmente la dinámica del proceso de extracción para ajustarlo a las propiedades físicas de la formación. Aún cuando los dibujos proporcionados muestran la implementacion física preferida con el estator de empuje 34, el rotor de empuje 32 y la camisa del rotor de empuje 33 cerca del extremo de eyección o "interno" 49 del eje motriz 44, y el estator de giro 24, rotor de giro 22 y camisa del rotor de giro 23 cerca del extremo de la broca sacamuestras 18 o externo" del eje motriz 44, estos dos grupos de componentes estrechamente relacionados e interactua¾t<es puede invertirse. La explicación precedente demuestra la exactitud que se requiere para la operación eficiente de la presente invención. La velocidad de penetración de 0,5 pulgadas por minuto durante la extracción se logra aumentando y controlando la Wro3 a solo 5 rpm por encima de la Wem, una diferencia de solo 0.25%. Hay varios medios disponibles para permitir el control exacto de la corriente eléctrica 61 y 64 para lograr este nivel de control. El monitor del rotor de giro 25 y el monitor del rotor de empuje 35 "cuentan" las revoluciones del rotor de giro 22 y del rotor de empuje 32, respectivamente. El monitor del rotor de giro 25 y el monitor del rotor de empuje 35 pueden monitorear la posición de los rotores respectivos, magnética, óptica, electrónica o mecánicamente, o algunas combinaciones de dichas formas. El monitor del rotor de giro 25 y el monitor del rotor de empuje 35 pueden detectar a un transpondedor que se monte sobre el respectivo rotor que esta siendo monitoreado, y la señal de posición del rotor de giro detectada 62 y la señal de posición del rotor de empuje detectada 63 se tramiten al microprocesador 60. El microprocesador 60 calcula las velocidades de rotación del rotor de giro 22 y del rotor de empuje 32, y ajustan automáticamente la corriente eléctrica del estator de giro 61 y la corriente eléctrica del rotor de empuje 64 para mantener la velocidad de rotación deseada de la broca sacamuestras Wb3 (la cual es -igual a la velocidad de rotación el eje motriz 44, y la velocidad deseada de penetración de la broca sacamuestras de Vbs. El eje motriz 44 puede comprender una variedad de configuraciones. En su configuración básica, las ranuras del eje 45 y las roscas helicoidales 46 se maquinan sobre porciones exteriores separadas del eje motriz 44. En esta configuración, las ranuras del eje 45 pueden residir sobre el eje motriz 44 cerca de su extremo de la broca cerca de la broca sacamuestras 18, y las roscas helicoidales 46 pueden residir sobre el eje motriz 44 cerca de su extremo de eyección 49 enfrente de la broca 18. En una configuración más compleja, las roscas helicoidales 46 pueden estar sobrepuestas sobre los canales del eje 48 que se forman entre las ranuras del eje 45, como se ilustra en la Figura 3. Las ranuras del eje 45 pueden estar alineadas axialmente con el eje 17 del eje motriz 44 (i.e., paso infinito), o pueden ser helicoidales alrededor del eje 17 del eje motriz 44. Debe entenderse que implementaciones físicas que tienen ranuras de ejes helicoidales 45 y canales de camisas correspondientes 144, en combinación con roscas helicoidales 46 sobre los canales del eje 48 que se encajan con roscas correspondientes 146 sobre el interior de la camisa del rotor de empuje 33, en realidad sobreponen un primer conjunto de ÍIÍf¡cas sobre un segundo conjunto de roscas sobre el exterior del eje motriz 44. Uno de los conjuntos de roscas encaja con un conjunto correspondiente de roscas sobre el interior de la camisa del rotor de empuje 33, y un segundo conjunto de roscas encaja con un conjunto correspondiente de roscas sobre el interior de la camisa del rotor de giro 23. Naturalmente, cuando se usa este enfoque, debe haber suficiente diferencia en la profundidad y en el paso de los dos conjuntos de roscas para impedir interferencias y para promover la interacción independiente con el eje motriz 44. La presente invención ofrece una mejor eficiencia en el ensamblaje de herramienta sacamuestras . Una herramienta sacamuestras puede incluir múltiples motores de extracción o módulos de extracción de la presente invención, todos posicionados dentro de una sola herramienta sacamuestras. Estos módulos de extracción pueden utilizarse simultáneamente o en secuencia para obtener muestras de sondeo a diferentes profundidades. Los módulos de extracción pueden estar conectados electrónicamente unos a otros dentro de una herramienta sacamuestras para fines de control. Cada módulo de extracción tendría una dirección electrónica exclusiva permitiendo de esa manera que cada módulo de extracción fuera controlado independientemente de los otros módulos de extracción. El uso de múltiples motores de extracción o módulos de extracción dentro de una sola herramienta sacamuestras permite la eliminación de los complejos mecanismos de eyección de la muestra utilizados en herramientas de extracción de la tecnología anterior para remover la muestra de sondeo recuperado de la broca sacamuestras. La presente invención ofrece un módulo de extracción que puede recuperar la muestra de sondeo llevándola al interior hueco del eje motriz 44 el cual actúa con un compartimiento de almacenaje para la muestra de sondeo recuperada. La muestra de sondeo recuperada se removería del módulo de extracción en la superficie. Se pueden colocar componentes adicionales, tales como camisas para las muestras a fin de proteger las muestras de sondeo contra la erosión o daños que pudieran causarse de otra manera por la pared interior del eje motriz 44 durante la rotación. La presente invención no está destinada a enfocar el paso de liberar la muestra de sondeo cortado de su otra adhesión con la formación después que la broca sacamuestras 18 ha penetrando la pared lateral hasta su punto extremo de penetración. La muestra de sondeo puede liberarse de la formación mediante el movimiento de la broca sacamuestras 18 en relación a la formación. Una vez que la muestra de sondeo se libere de la formación, puede recuperarse llevándolo dentro de la herramienta sacamuestras 10 con la broca sacamuestras 18. La presente invención puede incluir también medios físicos o electrónicos para detener el desplazamiento axial del eje motriz 44 para eliminar la posibilidad de separación indeseada del eje motriz de algunas de las camisas de rotor debido a un desplazamiento excesivo del eje motriz 44. Dichos medios para esta detención pueden incluir la programación del controlador para seguir la posición del eje motriz 44 en función del número relativo de giros hechos por los dos rotores/camisas. Alternativamente, los medios para la detección pueden incluir un miembro mecánico formado sobre el eje motriz 44, camisa del rotor de giro 23 o camisa del rotor de empuje 33 que impida físicamente el empuje o avance axial indeseado del eje motriz 44. Un ejemplo sería eliminar o "rellenar" una pequeña porción de los canales sobre la superficie exterior del eje motriz 44 en el extremo de eyección 49 del eje motriz 44 como se ilustra en la Figura 3. Esta estructura proporciona un medio seguro de impedir una separación inadvertida del eje motriz 44 desde la camisa del rotor de empuje 33 durante la operación del motor de extracción 10.
El significadá:>:de . "motor" tal como este término se usa aquí incluye, pero sin estar limitado a ello, un dispositivo que consuma energía eléctrica y produzca energía mecánica, y que puede incluir una configuración de más de un estator acoplado con más de un rotor para hacer girar, rotar u operar más de un miembro de salida mecánico. El significado de "ranuras" tal como se usa este término aquí incluye, pero sin estar limitado a ello, roscas, estrías, guías, hendiduras y canales. El significado de "canales" tal como este término se usa aquí incluye, pero sin estar limitado a ello, estrías, roscas, hendiduras y canales. Si bien lo precedente esta dirigido hacia la . implementación preferida de la presente invención, pueden derivarse xmplementaciones físicas diferentes y adicionales de la invención sin desviarse del alcance básico de la misma, y el alcance de las mismas esta determinado por las reivindicaciones que siguen a continuación.