BR0102990B1 - conjunto de perfuração. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTODE PERFURAÇÃO".

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

Esta invenção refere-se em geral à perfuração de poços de pe-tróleo. Mais especificamente, a invenção refere-se à perfuração direcional eao uso de condução descendente no fundo do poço. Ainda mais especifica-mente, a invenção refere-se a um aparelho para a transferência de energiaentre um elemento rotativo e um elemento não rotativo de um conjunto naparte inferior do furo.

2. Descrição da Técnica Relacionada

Para obter hidrocarbonetos tais como óleo e gás, furos ou fu-ros de poços são perfurados por meio da rotação de uma broca presa aofundo de um conjunto de perfuração (também referido aqui como um"Conjunto na Parte Inferior do Furo ou "BHA"). O conjunto de perfuração épreso ao fundo de um tubo de perfuração, que, usualmente, é um canorígido com junta (comumente referido como tubo de perfuração) ou umatubulação que pode ser enrolada relativamente flexível (comumente refe-rida na técnica como "tubo em bobina"). O cordão que compreende a tu-bulação e o conjunto de perfuração é usualmente referido como "cordãode perfuração". Quando é utilizado tubo com junta como tubulação, a bro-ca é girada por meio da rotação do tubo com junta a partir da superfíciee/ou por um motor de lama contido no conjunto de perfuração. No caso deuma tubulação em bobina, a broca é girada pelo motor de lama. Durantea perfuração, um fluido de perfuração (também referido como "lama") éfornecido sob pressão dentro da tubulação. O fluido de perfuração passaatravés do conjunto de perfuração e então é descarregado no fundo dabroca. O fluido de perfuração proporciona lubrificação à broca e carregapara a superfície pedaços de rocha desintegrada pela broca na perfura-ção do furo. O fluido de perfuração que passa através do conjunto deperfuração gira o motor de lama. Um eixo de acionamento conectado aomotor e à broca gira a broca.É bem conhecido que formações capazes de produzir quantida-des significativas de óleo e gás (hidrocarbonetos) são cada vez mais difíceisde achar. Além disso, aspectos econômicos, políticos e ambientais podemtornar impossível colocar um sistema de perfuração diretamente sobre umaformação promissora. Como resultado, uma proporção substancial da ativi-dade de perfuração atual envolve a perfuração de furos desviados e hori-zontais para explorar mais completamente os reservatórios de hidrocarbo-neto. Na perfuração desviada e horizontal, o furo de poço é perfurado inten-cionalmente a um ângulo a partir da vertical por ferramentas de perfuraçãofuro abaixo especiais para conduzir o conjunto de perfuração na direção de-sejada. Estes furos de poço são perfurados para alcançar uma parte de umaformação ou reservatório, que não pode ser perfurado por um orifício reto ouvertical por causa das razões ambientais, políticas ou econômicas mencio-nadas. Tais furos podem ter perfis de poço relativamente complexos. Paraperfurar tais furos complexos, às vezes são utilizados conjuntos de perfura-ção que podem ser conduzidos. Um conjunto de perfuração particular incluiuma pluralidade de elementos de aplicação de força operáveis independen-temente para aplicar força na parede do furo de poço durante a perfuraçãodo furo de poço para manter a broca ao longo de uma trajetória prescrita epara alterar a direção de perfuração. Tais elementos de aplicação de forçapodem ser dispostos na periferia externa do corpo do conjunto de perfuraçãoou em uma camisa não rotativa disposta em torno de eixo de acionamentorotativo. Estes elementos de aplicação de força são movidos radialmentepara fora a partir do conjunto de perfuração por dispositivos elétricos ou dis-positivos eletro-hidráulicos para aplicar força no furo de poço de modo aconduzir a broca e/ou para mudar a direção de perfuração para fora. Em taisconjuntos de perfuração, existe um espaço entre as seções rotativa e nãorotativa. Para reduzir o tamanho total do conjunto de perfuração e para pro-porcionar mais energia às arestas, é desejável localizar os dispositivos (taiscomo motor e bomba) necessários para operar os elementos de aplicaçãode força na seção não rotativa. Também é desejável localizar circuitos ecertos sensores na seção não rotativa. Assim, a energia tem que ser transfe-rida entre a seção rotativa e a seção não rotativa para operar os dispositivosmecânicos e os sensores na seção não rotativa.

Em conjuntos de perfuração que não incluem uma camisa nãorotativa, conforme descrito acima, é desejável transferir energia elétrica emecânica entre o eixo da broca rotativa e o alojamento estacionário que cir-cunda o eixo da broca. A energia transferida para o eixo rotativo pode serutilizada para operar sensores ou dispositivos mecânicos no eixo rotativoe/ou broca de perfuração.

A transferência de energia entre as seções rotativa e não rotati-va que têm um espaçamento entre elas também pode ser útil em outrasconfigurações de ferramenta de furo abaixo.

A presente invenção, que é especialmente desejável em umaaplicação com restrição de espaço, tal como a perfuração de orifícios desvi-ados muito pequenos, proporciona acoplamento indutivo sem contato paraconverter energia elétrica em uma seção para energia mecânica em outraseção, onde as seções são seções rotativa e não rotativa de ferramentas nocampo de furo abaixo de petróleo, inclusive os conjuntos de perfuração quecontêm elementos rotativo e não rotativo. Esta transferência e conversãodireta tem a característica desejável de requerer menos componentes queoutras ferramentas que transferem energia elétrica para operar dispositivoscontrolados eletricamente para realizar funções mecânicas tais como opera-ção de bombas. A conversão direta significa menos partes, levando assim aprojetos mais econômicos, confiáveis e compactos.

Sumário da Invenção

Em geral, a presente invenção proporciona aparelho para atransferência de energia sobre um espaçamento não condutor entre ele-mentos rotativo e não rotativo de ferramentas de furo abaixo de petróleo. Oespaçamento pode conter um fluido não condutor, tal como fluido de perfu-ração ou óleo para a operação de dispositivos hidráulicos na ferramenta deperfuração de orifício. A ferramenta de furo abaixo, em uma modalidade, éum conjunto de perfuração em que um eixo de acionamento é girado por ummotor orifício abaixo para girar a broca presa até o fim do eixo de aciona-mento. Uma camisa substancialmente não rotativa em torno do eixo de acio-namento inclui uma pluralidade de elementos de aplicação de força opera-dos independentemente, em que cada tal elemento é adaptado para ser mo-vido radialmente entre uma posição retraída e uma posição estendida. Oselementos de aplicação de força são operados para exercerem a força ne-cessária para manter e/ou alterar a direção de perfuração. No sistema prefe-rido, um ou mais dispositivos operados mecanicamente, tais como as unida-des hidráulicas, fornecem energia (potência) aos elementos de aplicação deforça. Um dispositivo de transferência transfere energia elétrica entre oselementos rotativo e não rotativo e a energia elétrica é convertida direta-mente para energia mecânica. Um circuito ou unidade de controle eletrônicoassociado ao elemento rotativo controla a transferência de energia entre oelemento rotativo e o elemento não rotativo.

Em uma modalidade preferida, a presente invenção é particu-larmente adequada para uma ferramenta do tipo Sistema Rotativo de LaçoFechado (RCLS) para a perfuração de orifícios desviados com tamanhos deorifício muito pequenos. Um sistema RCLS é um sistema de perfuração dire-cional automatizado que contém seu próprio controlador programado e hastecondução, e perfura continuamente no modo rotativo. Uma camisa de ori-entação não rotativa controla os elementos de aplicação de força de expan-são de condução. A força controlada de maneira precisa nos elementos deaplicação de força produz vetores de força resultante que mantêm o alinha-mento e a direção de inclinação dentro da trajetória do poço programada. Ascorreções de curso são feitas continuamente enquanto se perfura, sem anecessidade de ajustes da ferramenta. O monitoramento da superfície emtempo real permite mudanças no programa da trajetória do poço, se deseja-do. Esta tecnologia aumenta a taxa de penetração, melhora a qualidade doorifício e permite maior capacidade de alcance estendido. A modalidadetambém pode compreender medição enquanto se perfura (MWD), capacida-de de geo-condução e perfuração rotativa automatizada.

Em geral, uma ou mais arestas de condução são controladas porpressão hidráulica. Um motor localizado no eixo de rotação de um conjuntono fundo do orifício que aciona uma bomba de pistão axial na camisa nãorotativa gerencia a geração de pressão hidráulica. Os enrolamentos do mo-tor são posicionados no eixo rotativo e um rotor polarizado magneticamenteestá localizado na camisa não rotativa. Há um motor para controlar umabomba hidráulica para cada aresta de condução. O controle da rotação domotor controla a pressão do pistão variável e nenhuma transmissão elétricapara a camisa é requerida para controlar as arestas. Na modalidade preferi-da, o motor funcionará na lama de perfuração. O retorno, a despeito da posi-ção da camisa não rotativa, será medido pelos sensores na camisa não ro-tativa ou por marcadores. Estes métodos de retorno e os sensores requeri-dos são bem conhecidos na técnica. Um benefício adicional deste arranjo éque nenhuma pressão hidráulica tem que ser transmitida do eixo rotativopara a camisa.

Em uma modalidade alternativa da invenção, o dispositivo detransferência de energia transfere energia do alojamento não rotativo para oeixo de perfuração rotativo. A energia transferida para o eixo de perfuraçãorotativo é convertida diretamente para energia elétrica para operar um oumais sensores ou dispositivos operados eletricamente na broca e/ou noconjunto de mancai.

O dispositivo de transferência de energia também pode ser pro-porcionado em um módulo separado acima do motor de lama para transferirenergia de uma seção não rotativa para o elemento rotativo do motor delama e da broca. A energia transferida pode ser utilizada para operar dispo-sitivos e sensores nas seções rotativas do conjunto de perfuração, tais comoo eixo de perfuração e a broca.

Exemplos das características mais importantes da invenção,deste modo, foram resumidos de modo que a sua descrição detalhada quesegue possa ser melhor entendida e de modo que as contribuições para atécnica possam ser apreciadas. É óbvio que existem características adicio-nais da invenção que serão descritas e que formam o assunto das reivindi-cações em anexo.Breve Descrição dos Desenhos

Para a compreensão detalhada da presente invenção, devemser feitas referências à seguinte descrição detalhada da modalidade preferi-da, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, em que elementossimilares receberam referências numéricas similares e em que:

As Figuras 1A e 1B mostram uma vista em corte transversal deuma parte do conjunto de perfuração com o dispositivo de condução e o dis-positivo de controle dispostos no conjunto de mancai do conjunto de perfuração.

A Figura 1C mostra uma aresta do dispositivo de condução daFigura 1A nas posições retraída e estendida.

A Figura 2 é uma vista esquemática detalhada cortada de umamodalidade da presente invenção em que o estator é disposto em um eixorotativo e o rotor é disposto na camisa não rotativa em um conjunto de orifí-cio de fundo que inclui um elemento de condução.

A Figura 3 é uma vista esquemática de uma modalidade doconjunto de perfuração de acordo com a presente invenção.

Descrição da Modalidade Preferida

As Figuras 1A e 1B mostram um diagrama esquemático de umdispositivo de condução 30 integrado em um conjunto de mancai 20 de ummotor de perfuração 10. O motor de perfuração 10 forma uma parte do con-junto de perfuração 100 (Figura 2). O motor de perfuração 10 contém umaseção de energia 12 e o conjunto de mancai 20. A seção de energia 12 incluium rotor 14 em um estator 16 quando um fluido 52 sob pressão passa atra-vés de uma série de aberturas 17 entre o rotor 14 e o estator 16. O fluido 52pode ser um fluido de perfuração ou "lama" usada comumente para a perfu-ração de furos de poço ou pode ser um gás ou mistura de líquido e gás. Orotor 14 é acoplado a um eixo rotativo 18 para a transferência de energiarotativa gerada pelo motor de perfuração 10 para a broca 50.

O conjunto de mancai 20 tem um alojamento externo 22 e umapassagem atravessante 24. Um eixo de acionamento 28 disposto no aloja-mento 22 é acoplado ao rotor 14 via o eixo rotativo 18. O eixo de aciona-mento 28 é conectado à broca 50 em sua extremidade inferior ou do buracoabaixo. Durante a perfuração dos furos de poço, o fluido de perfuração 52faz com que o rotor 14 gire, o qual gira o eixo 28 que, por sua vez, gira oeixo de acionamento 28 e assim a broca 50. É importante não confundir aterminologia associada ao motor de perfuração 10 e ao motor eletromagnéti-co 510 (Figura 2). Os termos rotor e estator são usados com referência acada motor e aqueles versados na técnica estão conscientes das diferençasfísicas e operacionais entre os dois motores.

Continuando com as Figuras 1A e 1B, o conjunto de mancai 20contém dentro de seu alojamento 22 mancais radiais adequados 56a queproporcionam suporte lateral ou radial para o eixo de acionamento 28 e abroca 50 e mancais de empuxo adequados 56b para proporcionar suporteaxial (longitudinal ou ao longo do furo do poço) para a broca 50. O eixo deacionamento 28 é acoplado ao eixo 18 por um acoplamento adequado 44. Oeixo 18 é um eixo flexível que leva em conta a rotação excêntrica do rotor.

Qualquer arranjo de acoplamento adequado pode ser utilizado para transferirenergia de rotação a partir do rotor 14 para o eixo de acionamento. Durantea perfuração dos furos do poço, o fluido de perfuração 52 que sai da seçãode energia 14 entra na passagem atravessante 24 do eixo de acionamento28 em portas ou aberturas e é descarregado no fundo da broca 53. Diversostipos de conjuntos de mancai são conhecidos na técnica e assim, não sãodescritos com mais detalhes aqui.

Na modalidade preferida das Figuras 1A e 1B, um dispositivo decondução, representado genericamente pela referência numérica 30 é inte-grado ao alojamento 22 do conjunto de mancai 20. O dispositivo de condu-ção 30 inclui uma série de elementos de aplicação de força 32. Cada ele-mento de aplicação de força é colocado, de preferência, em uma seção comdiâmetro reduzido 34 do alojamento do conjunto de mancai 22. Os elemen-tos de aplicação de força podem ser arestas ou pastilhas. Para a finalidadedesta invenção, os elementos de aplicação de força são referidos, de manei-ra geral, como arestas. Descobriu-se que três arestas 32 espaçadas igual-mente em torno da superfície externa do alojamento 22, são adequadas paraconduzir de maneira apropriada a broca 50 durante operações de perfura-ção. Cada aresta 32 é adaptada para ser estendida radialmente para fora apartir do alojamento 22. A Figura 1C mostra uma aresta 32 em sua posiçãonormal 32a, também referida como a posição retraída ou recolhida, e emposição totalmente estendida 32b com relação à parede interna do furo 38.

Uma bomba de pistão separada 40 controla independentemente a operaçãode cada aresta de condução 32. Para conjuntos de perfuração com raiocurto, cada tal bomba 40, de preferência, é uma bomba de pistão axial 40disposta no alojamento do conjunto de mancai 22.

Ainda com referência às Figuras 1A e 1B, sabe-se que a direçãode perfuração pode ser controlada por meio da aplicação de uma força nabroca 50 que desvia do eixo geométrico da linha tangente ao furo. Isso podeser explicado por meio do uso de um paralelogramo de força ilustrado naFigura 1A. A linha tangente ao furo é a direção em que a força ou pressãonormal é aplicada sobre a broca 50 devido ao peso na broca, conformemostrado pela seta WOB 57. Uma força lateral aplicada à broca 50 pelo dis-positivo de condução 30 cria um vetor de força que desvia da linha tangenteao furo. Se uma força lateral ou força de aresta, tal como aquela mostradapela seta 59, for aplicada ao conjunto de perfuração 100, cria uma força 54conhecida como força da broca na broca 50. O vetor de força resultante 55fica então entre o peso sobre a broca e as linhas de força da broca, depen-dendo da quantidade de força de aresta aplicada.

A presente invenção é particularmente adequada para os assimchamados sistemas de perfuração com laço fechado para a perfuração defuros desviados com diâmetro pequeno. Os sistemas de perfuração comlaço fechado usualmente são sistemas de perfuração direcional automatiza-dos que contêm seus próprios mecanismos de condução e de controle pro-gramado que podem efetuar continuamente a perfuração controlada de furosdesviados. Em um tipo de conjunto de perfuração usado em sistemas deperfuração de laço fechado, uma força precisamente controlada sobre aspastilhas de expansão (ou arestas) produz vetores de força resultante quemantêm a direção e o alinhamento da inclinação dentro da trajetória do poçoprogramada. As correções de curso são feitas ou periodicamente ou conti-nuamente enquanto se perfura, sem deslocamentos necessários para ajus-tes de ferramentas. O monitoramento superficial em tempo real permite mu-danças no programa da trajetória do poço se desejado. Esta tecnologia au-menta a taxa de penetração, melhora a qualidade do furo e permite maiorcapacidade de alcance estendida. Esta modalidade será explicada com de-talhes mais adiante com referência à Figura 2. Em geral, uma ou mais, e depreferência três, arestas de condução são controladas por pressão hidráuli-ca. Um motor localizado no eixo rotativo de um conjunto de furo de fundoque aciona uma bomba de pistão axial na camisa não rotativa gerencia ageração de pressão hidráulica. Os enrolamentos do motor são posicionadosno eixo rotativo e um rotor polarizado magneticamente é localizado na cami-sa não rotativa. De preferência, existe um motor para controlar uma bombahidráulica para cada aresta de condução. No entanto, um motor tambémpode controlar múltiplas bombas e uma bomba pode controlar múltiplasarestas de condução. O controle de rotação do motor controla a pressão dopistão variável e nenhuma transmissão elétrica para a camisa é requeridapara controlar as arestas. Na modalidade preferida, o motor funcionará naperfuração da lama. O retorno, a despeito da posição da camisa não rotati-va, será medido pelos sensores na camisa não rotativa ou por marcadores.

Estes métodos de retorno e os sensores necessários são bem conhecidosna técnica. Um benefício adicional deste conjunto é que nenhuma pressãohidráulica tem que ser transmitida do eixo rotativo para a camisa.

Agora, com referência à Figura 2 para uma descrição mais de-talhada da modalidade preferida, um esquema de uma parte de BHA 500 émostrado o qual compreende um elemento rotativo ou eixo 502 e uma cami-sa não rotativa 504. A camisa não rotativa 504 e o eixo rotativo 502 são aco-plados via mancais 514, que podem ser Iubrificados por lama. O BHA 500inclui uma pluralidade de motores elétricos 510. Nesta modalidade, os moto-res 510 são usados para controlar a distribuição e a retração de uma plurali-dade de arestas de condução 532, sendo que uma das quais é mostrada naFigura. Cada motor 510 compreende um estator 508 e um rotor polarizadomagneticamente 516. Cada rotor 516 é disposto de maneira rotativa em ousobre a camisa não rotativa 504, tal que o rotor 516 pode proporcionar mo-vimento rotacional com relação às forças geradas pela reação entre o campomagnético do rotor e a corrente elétrica em enrolamentos do estator 508. Oestator 508 e o rotor 516 são separados por um espaçamento eletricamentenão condutor 538, que pode ser preenchido com lama de perfuração con-dutora ou petróleo. Para proteger o estator 508, uma blindagem 534 é colo-cada entre o estator 508 e o espaçamento 538. Na Figura, um eixo rotativo502, que gira em torno da linha de centro 506 do conjunto BHA 500, temuma pluralidade de estatores 508 dispostos. Os estatores 508 podem serqualquer material de enrolamento condutor adequado. A energia elétrica se-noidal 512 é fornecida a cada estator 508 por um controlador (não mostra-do). O controlador é capaz de variar a grandeza da corrente fornecida acada estator 508 e cada corrente de estator é controlada independente-mente com relação à corrente fornecida a outros estatores. Um processador(não mostrado) pode ser integrado no controlador ou localizado em um localadequado no cordão furo abaixo ou mesmo na superfície. O processadorinclui o perfil de perfuração. Um ou mais sensores montados no BHA 500enviam dados relativos à orientação do BHA e à direção de perfuração parao processador. O processador, por sua vez, ajusta a corrente do controladorcom base no retorno vindo dos sensores. Os ajustes do controlador resultamna modificação de níveis de corrente sendo enviados para estatores 508. Asdescrições reais operacionais e de componentes dos motores não são dife-rentes o suficiente, tal que a descrição aqui é limitada à descrição de ummotor.

Quando uma corrente alternada senoidal, geralmente referidacomo corrente AC ou simplesmente corrente, energiza o estator 508, a cor-rente flui através dos enrolamentos do estator. O campo magnético do rotor516 se propaga pelo espaçamento 538 e abrange o estator 508. As forçasconferidas às partículas carregadas (corrente) nos laços do estator, são en-contradas com forças iguais na direção oposta a partir das partículas carre-gadas. Como o rotor é montado de maneira rotativa e o estator não é, o rotorpolarizado magneticamente 516 é forçado então a se movimentar. As forçasdesta ação são proporcionais à quantidade de corrente fornecida ao estator508 assim como à velocidade rotacional do eixo de rotação 502 e à intensi-dade do campo magnético do rotor. Assim, controlar a corrente fornecida aoestator 516 ou a velocidade rotacional do eixo 502 controla a força (ou ener-gia mecânica) do rotor 516. Como a velocidade rotacional do eixo é ditadatipicamente por parâmetros tais como a taxa de penetração desejada (ROP),material de formação, tipo de broca usada, etc., usa-se variar a corrente desaída do controlador para manter uma saída de energia do motor desejada.

Para fazer isso, seria necessário que os sensores de retorno que detectam avelocidade rotacional do eixo 502 enviassem os dados para o processador.

O processador processaria os dados do eixo junto com outros dados paravariar também a corrente do controlador. À medida em que a corrente forne-cida pelo controlador para o estator 508 muda a polaridade, as forças entre orotor e as partículas carregadas dentro dos enrolamentos do estator inver-tem a direção, forçando deste modo o rotor 516 a realinhar novamente. Areversão contínua de polaridade de corrente nos enrolamentos do estator508 que força o rotor a realinhar continuamente, cria energia mecânica rota-cional no rotor 516. Esta energia mecânica pode ser utilizada em qualqueraplicação desejada que requeira energia mecânica. Nesta modalidade, aenergia mecânica do rotor é usada para acionar uma bomba 524. De prefe-rência, a bomba 524 é uma bomba de pistão axial e é usada para controlarhidraulicamente a distribuição de uma aresta de condução 532. Quando dadistribuição de força de distribuição para a aresta 532, a bomba fornece flui-do hidráulico 520 ao retirar o fluido 520 de um reservatório de fluido vedado518. A bomba 524 é conectada à linha de fluido 526 e a linha de fluido 526 éconectada a uma câmara de fluido de elemento extensível (pistão) 528. Umpistão 530, conectado de maneira móvel à câmara de fluido do pistão 528,ou se estende ou se retrai com relação à pressão fornecida pelo fluido 520que entra ou que sai da câmara de fluido de pistão 528. A aresta 532, dis-posta na seção em recesso 540, está posicionada entre a parede do furo542 e o pistão 530. A extensão ou a retração do pistão 530 controla o movi-mento radial da aresta 532.

À medida em que o rotor 516 começa a girar devido à presençada corrente alternada do estator, a bomba 524 conectada ao rotor 516 co-meça a operar. A operação da bomba pressuriza a linha de fluido 526 com ofluido hidráulico 520. Quando a bomba 524 pressuriza a linha de fluido 526,o fluido 520 passa do reservatório 518, via linha de fluido 526 e adiante paraa câmara de fluido de pistão 528. A câmara de fluido de pistão 528 se pre-enche com fluido 520 e pressuriza com relação à energia fornecida pelo ro-tor 516. Quando a pressão aumenta, o pistão 530 se estende, estendendodeste modo a aresta 532. A aresta estendida 532 fornece assim uma forçapara a parede do furo 542. Esta força exercida tende a direcionar o BHA 500em uma direção oposta à direção da força que está sendo fornecida contra aparede do furo 542. A broca rotativa (não mostrada nesta Figura) começaentão a desviar da vertical, perfurando deste modo ao longo de uma trajetó-ria controlada pelo mecanismo de condução da aresta da presente invenção.Conforme declarado acima, três arestas controladas independentemente eespaçadas igualmente sobre ou em torno do BHA 500, desta maneira, seri-am suficientes para controlar de maneira adequada a trajetória de perfura-ção para furos desviados. Isso é conseguido controlando-se independente-mente a força aplicada à parede do orifício 542 em uma combinação de trêsdireções e grandezas variadas, conforme descrito acima com relação ao pa-ralelogramo na Figura 1B.

Quando é desejada a retração de uma aresta de condução, acorrente que está sendo fornecida é reduzida ou terminada pelo processadore controlador para desativar a bomba 524. Com a bomba 524 desativada, ofluido 520 na câmara de fluido do pistão 528 retorna para o reservatório ve-dado 518. Existem múltiplos métodos hidráulicos conhecidos na técnica paraconseguir a despressurização de sistemas hidráulicos e qualquer arranjoadequado pode ser utilizado. Um tal arranjo tem o fluido retornando para oreservatório via uma linha de retorno de fluido separada (não mostrada). Asbombas com pistão axial também podem ter uma válvula de sangria (nãomostrada) para aliviar a pressão da linha de fluido.A Figura 3 mostra uma configuração de um conjunto de perfura-ção 100 que utiliza o dispositivo de condução 30 (veja as Figuras 1A-1B e 2)da presente invenção no conjunto de mancai 20 acoplado a um tubo em bo-bina 202. O conjunto de perfuração 100 tem a broca 50 na extremidade infe-rior. Conforme descrito anteriormente, o conjunto de mancai 20 acima dabroca 50 carrega o dispositivo de condução 30 que tem uma série de arestasque são controladas independentemente para exercer força desejada sobrea broca 50 durante a perfuração do furo. Um inclinômetro (eixo geométrico z)234, de preferência, é colocado perto da broca 50 para determinar a inclina-ção do conjunto de perfuração. O motor de lama 10 proporciona a força derotação necessária para a broca 50, conforme descrito anteriormente comreferência às Figuras 1A - 1B. Uma articulação de pino 60 pode ser propor-cionada entre o conjunto de mancai 20 e o motor de lama 10. Dependendodos requisitos de perfuração, a articulação de pino 60 pode ser omitida oucolocada em um outro local adequado no conjunto de perfuração 100. Umasérie de sensores desejados, geralmente denotados pelas referências numé-ricas 232a - 232n, pode ser disposta em um alojamento do conjunto de mo-tor 15 ou em qualquer outro local adequado no conjunto 100. Os sensores232a - 232n podem incluir um sensor de resistividade, um detector de raiogama e sensores para determinar parâmetros do furo, tais como a taxa defluxo de fluido através do motor de perfuração 10, queda de pressão pelomotor de perfuração 10, torque no motor de perfuração 10 e velocidade domotor 10.

O circuito de controle 80 pode ser colocado acima da seção deenergia 12 para controlar a operação do dispositivo de condução 30. Umtransdutor de anel deslizante 221 também pode ser colocado na seção 220.Os circuitos de controle na seção 220 podem ser colocados em uma câmararotativa, que gira com o motor 10. O conjunto de perfuração 100 pode incluirqualquer número de outros dispositivos. Ele pode incluir dispositivos de na-vegação 222 para fornecer informações sobre os parâmetros que podem serutilizados furo abaixo ou na superfície para controlar as operações de perfu-ração e/ou o azimute. Hastes flexíveis, ferramentas de liberação com deriva-ção de cabo, geralmente denotadas aqui pela referência numérica 224, tam-bém podem ser incluídas no conjunto de perfuração 100. O conjunto deperfuração 100 também pode incluir qualquer número de dispositivos adicio-nais conhecidos como dispositivos de medição enquanto se perfura ou dis-positivos de registro enquanto se perfura para determinar diversos parâme-tros do furo e de formação, tais como a porosidade da formação, densidadeda formação e informações dos limites do leito. O conjunto de circuitos ele-trônico que inclui microprocessadores, dispositivos de memória e outros cir-cuitos necessários é colocado, de preferência, na seção 230 ou em uma se-ção adjacente (não mostrada). Uma telemetria de duas vias 240 proporcionacomunicação de duas vias de dados entre o conjunto de perfuração 100 e oequipamento na superfície. Os condutores 65 colocados ao longo do com-primento do tubo em bobina podem ser utilizados para fornecer energia aosdispositivos furo abaixo e à transmissão de dados de duas vias.

A parte eletrônica furo abaixo na seção 220 e/ou 230 pode serdotada de diversos modelos e instruções programadas para controlar certasfunções do conjunto de perfuração 100 furo abaixo. Um perfil de perfuraçãodesejado pode ser armazenado no conjunto de perfuração 100. Durante aperfuração, dados/sinais do inclinômetro 234 e outros sensores nas seções220 e 230 são processados para determinar a direção de perfuração comrelação à direção desejada. O dispositivo de controle, em resposta a tal in-formação, ajusta a força nos elementos de aplicação de força 32 para fazercom que a broca 50 perfure o furo ao longo da trajetória desejada. Assim, oconjunto de perfuração 100 da presente invenção pode ser utilizado paraperfurar furos com raio curto e raio médio de maneira relativamente precisae, se desejado, automaticamente.

Uma modalidade alternativa pode ter os componentes do motorlocalizados no BHA, tal que a energia elétrica é gerada na camisa não rotati-va por meio do uso de energia mecânica na parte rotativa do BHA. Nestaconfiguração, os estatores do motor elétrico são dispostos sobre ou em tornoda camisa não rotativa. Uma pluralidade de rotores é disposta em torno doeixo rotativo. O campo magnético dos rotores que giram constantemente criauma corrente elétrica nos enrolamentos do estator. Esta energia elétricapode ser condicionada e controlada para operar dispositivos elétricos nacamisa não rotativa.

A descrição anterior é direcionada a modalidades particulares dapresente invenção com a finalidade de ilustração e explicação. No entanto,ficará aparente para aqueles versados na técnica que muitas modificações emudanças à modalidade acima são possíveis sem que se afaste do escopoe espírito da invenção. Pretende-se que as reivindicações a seguir sejaminterpretadas como abrangendo todas tais modificações e mudanças.

Claims (16)

1. Conjunto de perfuração (100) para uso na perfuração de umfuro, que compreende:um elemento rotativo (502);um elemento não rotativo (504) colocado em torno do elementorotativo (502) com um espaçamento entre eles;o conjunto de perfuração caracterizado por compreender ainda:um estator indutor (508) carregado pelo dito elemento rotativo(502); eum rotor (516) carregado pelo dito elemento não rotativo (504),sendo que o dito rotor (516) gira quando do recebimento de energia do ditoestator (508) durante a perfuração do dito furo de poço.

2. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento não rotativo (504) é umacamisa e o dito elemento rotativo (502) é um eixo de acionamento dispostode maneira rotativa na dita camisa não rotativa.

3. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito rotor (516) é um rotor magnéti-co para receber energia elétrica do dito estator (508) e para converter a ditaenergia elétrica em energia mecânica rotativa.

4. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualquer umadas reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende:um elemento de condução (532);um pistão (530) para fornecer energia ao dito elemento de con-dução (532) para fazer com que o dito elemento de condução (532) se movapara fora a partir do dito conjunto de perfuração (100); euma bomba (524) acionada pelo dito rotor (516) para fornecerfluido (520) sob pressão ao dito pistão (530) para mover o dito elemento decondução (532).

5. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito rotor (516), bomba (524) e fluidosão integrados em um módulo vedado.

6. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualquer umadas reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreendeum sistema de controle que controla o fornecimento de corrente ao dito esta-tor (508) para controlar a rotação do rotor (516).

7. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualquer umadas reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreendeum motor de perfuração (10) que gira o elemento rotativo (502).

8.Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação-7, caracterizado pelo fato de que o dito motor de perfuração (10) é operadoquando do fornecimento de fluido de perfuração sob pressão ao dito conjun-to de perfuração (100).

9.Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualquer umadas reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento rotativo(502) gira, quando em uso, uma broca de perfuração (50);em que o elemento não rotativo (504) inclui uma pluralidade deelementos de aplicação de força (532) que são adaptados para se moverradialmente para fora a partir do elemento não rotativo (504) quando a ener-gia é fornecida a tais elementos de aplicação de força;o conjunto de perfuração ainda compreende:pelo menos um motor (510) compreendendo o rotor (516) carre-gado pelo dito elemento não rotativo (504) e um estator (508) carregado pelodito elemento rotativo (502), em que o estator (508) faz com que o rotor(516) gire quando do fornecimento de corrente elétrica ao estator (508); epelo menos uma bomba (524) operada pelo rotor (516) para ofornecimento de energia aos ditos elementos de aplicação de força (32).

10.Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação-9,caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma bomba (524) fornecefluido sob pressão a cada dito elemento de aplicação de força (532) via umalinha de fluido separada (526).

11. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação-10,caracterizado pelo fato de que uma válvula de fluxo de fluido separadaem cada linha de fluido (526) controla o fornecimento de fluido para um ele-mento de aplicação de força (532) separado.

12. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualqueruma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que ainda com-preende uma pluralidade de sensores (232) furo abaixo para determinar osparâmetros de interesse.

13. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sensores (232) furo a-baixo ainda compreende um inclinômetro para medir a inclinação do conjun-to de perfuração (100);ma pluralidade de sensores de torque para medir o torque noscomponentes furo abaixo;um sensor de resistividade para medir parâmetros de formação;eum detector de raio gama para medir parâmetros de formação.

14. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualqueruma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o espaça-mento (538) é preenchido com um fluido não condutor.

15. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação-14, caracterizado pelo fato de que o fluido não condutor é selecionado dogrupo que consiste em (i) petróleo e (ii) lama de perfuração.

16. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a qualqueruma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que ainda com-preende pelo menos um dispositivo operado mecanicamente para realizaruma função furo abaixo, em que o dispositivo é energizado pelo rotor (516).