BR0216003B1 - dispositivo para impedir a rotaÇço relativa entre os membros interno e externo de uma ferramenta. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA IMPEDIR A ROTAÇÃO RELATIVA ENTRE OS MEMBROS INTER- NO E EXTERNO DE UMA FERRAMENTA".

Dividido do Pl 0210708-2, depositado em 27.06.2002.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a melhoramentos em um disposi- tivo para impedir a rotação relativa entre os membros interno e externo de uma ferramenta. Fundamento da Invenção Perfuração direcional envolve variar ou controlar a direção de

um furo de poço quando ele está sendo perfurado. Usualmente o objetivo de perfuração direcional é alcançar ou manter uma posição dentro de um alvo subterrâneo alvo, ou formação, com a coluna de perfuração. Por exemplo, a direção de perfuração pode ser controlada para direcionar o furo de poço no sentido de uma destinação alvo desejada, para controlar o furo de poço hori- zontalmente para mantê-lo dentro de uma zona de produção desejada, ou para corrigir desvios não-necessários ou indesejados a partir de um trajeto desejado ou predeterminado.

Assim, perfuração direcional pode ser definida como deflexão de um furo de poço ao longo de um trajeto predeterminado ou desejado para alcançar ou interceptar, ou para manter uma posição dentro de uma forma- ção subterrânea específica ou alvo. O trajeto predeterminado tipicamente inclui uma profundidade onde ocorre deflexão inicial e um programa de ân- gulos de desvio e direções desejadas sobre o restante do furo de poço. As- sim, deflexão é uma mudança na direção do furo de poço a partir do trajeto de furo de poço atual. Esta deflexão pode referir-se a um desvio do trajeto do furo de poço em relação à vertical ou à mudança na direção horizontal ou azimute do trajeto do furo de poço.

Muitas vezes é necessário ajustar a direção do furo de poço de forma freqüente durante a perfuração direcional, seja para acomodar uma mudança planejada em direção ou para compensar deflexão não-necessária ou indesejada do furo de poço. Deflexão não-necessária pode resultar de uma variedade de fatores que incluem as características da formação que está sendo perfurada, a constituição do conjunto de perfuração do fundo do furo, e a maneira na qual o furo de poço está sendo perfurado.

Deflexão é medida como uma quantidade de desvio do furo de poço a partir do trajeto atual do furo de poço e é expressa como um ângulo de desvio ou ângulo de furo. A deflexão pode também referir-se a uma mu- dança no azimute do trajeto do furo de poço. Comumente o trajeto inicial do furo de poço é em uma direção vertical. Assim, a deflexão inicial muitas ve- zes significa um ponto no qual o furo de poço se defletiu da vertical em uma direção de azimute particular. Desvio é expresso çomumente como um ân- gulo em graus a partir da vertical. Azimute é çomumente expresso como um ângulo em graus em relação ao norte.

Diversas técnicas podem ser utilizadas para perfuração direcio- nal. Primeiro, a broca de perfuração pode ser girada por um motor furo abai- xo que é energizado pela circulação de fluido fornecido a partir da superfície. Esta técnica, algumas vezes chamada "perfuração deslizante" é tipicamente utilizada em perfuração direcional para efetuar uma mudança em direção de um furo de poço, tal como a construção de um ângulo de deflexão. Contudo, diversos problemas são muitas vezes encontrados com perfuração desli- zante.

Por exemplo, perfuração deslizante tipicamente envolve a utili- zação de equipamento especializado em adição ao motor de perfuração furo abaixo, que inclui subs dobrados ou carcaças de motor, ferramentas de dire- ção e componentes de coluna de perfuração não-magnéticos. Da mesma forma, o motor furo abaixo tende a ser submetido a desgaste dada a seção de energia do motor elastomérico tradicional. Além disto, uma vez que a co- luna de perfuração não é girada durante perfuração deslizante, ela está su- jeita a colar no furo de poço, particularmente quando o ângulo de deflexão do furo de poço a partir da vertical aumenta, resultando em velocidades re- duzidas de penetração da broca de perfuração. Outros problemas tradicio- nais relacionados com perfuração deslizante incluem deslizamento colado, rodopio, colagem diferencial e problemas de arraste. Por estas razões, e devido ao custo relativamente elevado de perfuração deslizante, esta técnica não é utilizada tipicamente em perfuração direcional, exceto onde uma mu- dança na direção deve ser efetuada.

Segundo, perfuração direcional pode ser realizada girando toda a coluna de perfuração a partir da superfície, a qual, por sua vez, gira uma broca de perfuração conectada à extremidade da coluna de perfuração. Mais especificamente, em perfuração rotativa o conjunto de fundo de poço, que inclui a broca de perfuração é conectado à coluna de perfuração que é acio- nada de maneira rotativa a partir da superfície. Esta técnica é relativamente econômica uma vez que a utilização de equipamento especializado, tal como motores de perfuração furo abaixo, pode usualmente ser mantida em um mínimo. Em adição, problemas tradicionais relacionados à perfuração desli- zante, como discutido acima, são muitas vezes reduzidos. A velocidade de penetração da broca de perfuração tende a ser maior, enquanto o desgaste da broca de perfuração e revestimento são muitas vezes reduzidos.

Contudo, perfuração rotativa tende a proporcionar controle rela- tivamente limitado sobre a direção ou orientação do furo de poço resultante quando comparado à perfuração deslizante, particularmente em poços de alcance prolongado. Assim, perfuração rotativa tendeu a ser amplamente utilizada para perfuração não-direcional, ou perfuração direcional onde ne- nhuma mudança em direção é requerida ou projetada.

Terceiro, uma combinação de perfuração rotativa e deslizante pode ser realizada. Perfuração rotativa será tipicamente realizada até um tal momento em que uma variação ou mudança na direção do furo de poço é desejada. A rotação da coluna de perfuração é tipicamente interrompida, e perfuração deslizante através da utilização do motor furo abaixo é iniciada. Embora a utilização de uma combinação de perfuração deslizante e rotativa possa permitir controle satisfatório sobre a direção do furo de poço, os pro- blemas e desvantagens associadas com perfuração deslizante são ainda

encontrados.

Algumas tentativas foram feitas na técnica precedente para en- frentar estes problemas. Especificamente, tentativas foram feitas para forne- cer um aparelho de perfuração rotativa ou sistema dirigível para utilização em perfuração direcional. Contudo, nenhuma destas tentativas forneceu uma solução plenamente satisfatória.

A Patente do Reino Unido Número GB 2.172.324 emitida em 20 de julho de 1988 a Cambridge Radiation Technology Limited ("Cambridge") utiliza um módulo de controle que compreende uma carcaça que tem um mancai em cada uma sua extremidade para suportar o eixo de acionamento quando ele atravessa o revestimento. Além disto, o módulo de controle é constituído de quatro recintos flexíveis na forma de sacos, localizados no espaço anelar entre a coluna de perfuração e o revestimento, para servir como um atuador. Os sacos atuam ou controlam a direção de perfuração aplicando uma força radial ao eixo de acionamento dentro do revestimento, de tal modo que o eixo de acionamento é deslocado lateralmente entre os mancais para fornecer uma curvatura desejada do eixo de acionamento. Es- pecificamente, fluido hidráulico é conduzido de maneira seletiva para os sa- cos por meio de uma bomba, para aplicar a força radial desejada à coluna de perfuração.

Assim, a direção da força radial aplicada pelos sacos para defle- tir o eixo de acionamento é controlada controlando a aplicação da pressão hidráulica a partir da bomba para os sacos. Especificamente, um ou dois sacos adjacentes são completamente pressurizados individualmente e os dois sacos restante são despressurizados. Como resultado, o eixo de acio- namento é defletido e produz uma curvatura entre os mancais nas extremi- dades opostas do revestimento do módulo de controle. Esta curvatura con- trolada controla a direção de perfuração.

A Patente do Reino Unido Número GB 2.172.325 emitida em 20 de julho de 1988 a Cambridge, e a Patente do Reino Unido número GB 2.177.738 emitida em 3 de agosto de 1988 a Cambridge, descrevem a utili- zação de recintos flexíveis na forma de sacos, em uma maneira similar, para realizar a mesma finalidade. Especificamente, a coluna de perfuração é su- portada entre um estabilizador de broca próximo e um estabilizador de broca afastado. Um estabilizador de controle é localizado entre os estabilizadores de broca próximo e afastado para aplicar uma força radial à coluna de perfu- ração dentro do estabilizador de controle, de tal modo que um dobramento ou curvatura da coluna de perfuração é produzida entre o estabilizador de broca próximo e o estabilizador de broca afastado. O estabilizador de con- trole é constituído de quatro sacos localizadas no espaço anelar entre uma carcaça do estabilizador de controle e a coluna de perfuração, para aplicar a força radial à coluna de perfuração dentro do estabilizador de controle.

O Pedido de Patente do Reino Unido Número GB 2.307.537 pu- blicado em 28 de maio de 1997 por Astec Developments Limited descreve um sistema de alinhamento de eixo para controlar a direção de perfuração rotativa. Especificamente, um eixo, tal como uma coluna de perfuração, pas- sa através de um primeiro dispositivo suporte de eixo que tem um primeiro eixo longitudinal e um segundo dispositivo suporte de eixo que tem um se- gundo eixo longitudinal. Os primeiro e segundo dispositivos suporte de eixo são acoplados de maneira rotativa por meio de dispositivo mancai que tem um eixo de rotação de mancai alinhado em um primeiro ângulo diferente de zero com relação ao primeiro eixo longitudinal, e alinhado com um segundo ângulo diferente de zero com relação ao segundo eixo longitudinal. Como resultado, rotação relativa dos primeiro e segundo dispositivos suporte de eixo ao redor de seus respectivos eixos longitudinais varia o alinhamento angular relativo dos primeiro e segundo eixos longitudinais.

O eixo que passa através do sistema de alinhamento de eixo é assim forçado a dobrar ou encurvar de acordo com o alinhamento angular relativo dos primeiro e segundo eixos longitudinais dos primeiro e segundo dispositivos suporte de eixo. O eixo pode ser formado como um item unitário, com uma porção seção central flexível, capaz de acomodar a curvatura de- sejada, ou ele pode ser constituído de um acoplamento tal como uma junta universal para acomodar a curvatura desejada.

A Patente U.S. Número 5.685.379 emitida em 11 de novembro de 1997 a Barr e outros, a Patente U.S. Número 5.706.905 emitida em 13 de janeiro de 1998 a Barr e outros, e a Patente U.S. Número 5.803.185 emitida em 8 de setembro de 1998 a Barr e outros, descrevem um sistema de perfu- ração rotativo dirigível, que inclui uma unidade de desvio modulada associa- da com a broca de perfuração, para aplicar um desvio lateral à broca de perfuração em uma direção desejada, para controlar a direção de perfura- ção. A unidade de desvio é constituída de três acionadores hidráulicos igualmente espaçados, cada um tendo um elemento de empuxo móvel que é deslocável para fora para engatamento com o furo de poço. Os acionadores hidráulicos são operados em sucessão quando a unidade de desvio gira du- rante perfuração rotativa, cada um na mesma posição de rotação, de modo a deslocar a unidade de desvio lateralmente em uma direção selecionada. O pedido PCT Internacional Número PCT/US 98/24.012 publica-

do em 20 de maio de 1999, como Número WO 99/24.688 por Telejet Te- chnologies Inc., descreve a utilização de um conjunto estabilizador para perfuração direcional. Mais particularmente, um sub estabilizador é conecta- do com a coluna de perfuração rotativa, de tal modo que o sub estabilizador permanece substancialmente estacionário em relação ao furo de poço quan- do a coluna de perfuração gira. O sub estabilizador inclui um estabilizador superior fixo e um estabilizador inferior ajustável. O estabilizador inferior ajustável carrega no mínimo quatro lâminas de estabilizador que são exten- síveis radialmente de maneira independente a partir do corpo do sub estabi- Iizador para engatamento com o furo de poço.

Cada lâmina de estabilizador é atuada por um motor associado com cada lâmina, que estende e retrai a lâmina por meio de movimento lon- gitudinal do corpo estabilizador em relação à lâmina de estabilizador. Uma vez que cada lâmina de estabilizador é dotada com seu próprio motor, as lâminas de estabilizador são extensíveis e retráteis de maneira independente com relação ao corpo do sub estabilizador. Conseqüentemente, cada lâmina pode ser estendida ou retraída seletivamente para fornecer a direção de

perfuração desejada.

A Patente U.S. Número 5.307.885 emitida em 3 de maio de 1994 a Kuwana e outros, a Patente U.S. Número 5.353.884 emitida em 11 de ou- tubro de 1994 a Misawa e outros, e a Patente U.S. Número 5.875.859 emiti- da em 2 de março de 1999 a Ikeda e outros, todas utilizam mecanismos de acionamento harmônico para acionar elementos rotativos que suportam a coluna de perfuração de maneira excêntrica para defletir a coluna de perfu- ração e controlar a direção de perfuração.

Mais particularmente, Kuwana e outros descrevem um primeiro elemento anelar rotativo conectado com um primeiro mecanismo de aciona- mento harmônico a uma distância espaçada de um segundo elemento anelar rotativo conectado com um segundo mecanismo de acionamento harmônico. Cada elemento anelar rotativo tem uma porção oca excêntrica que gira de maneira excêntrica ao redor do eixo de rotação do elemento anelar. A coluna de perfuração é suportada pelas superfícies internas das porções excêntri- cas dos elementos anelares. Quando da rotação por meio dos mecanismos de acionamento harmônico, as porções ocas excêntricas são giradas uma em relação à outra, para defletir a coluna de perfuração e mudar a orienta- ção da coluna de perfuração para a direção desejada. Especificamente, a orientação da coluna de perfuração é definida por uma linha reta que passa através dos centros das respectivas porções ocas dos elementos anelares.

Misawa e outros descrevem mecanismos de acionamento har- mônico para perfurar acionar primeiro e segundo elementos anelares rotati- vos de um mecanismo excêntrico duplo. O primeiro elemento anelar rotativo define uma primeira superfície circunferencial interna excêntrica. O segundo elemento anelar rotativo, suportado de maneira rotativa pela primeira super- fície circunferencial interna excêntrica do primeiro elemento anelar, define uma segunda superfície circunferencial interna excêntrica. A coluna de per- furação é suportada pela segunda superfície circunferencial interna excêntri- ca do segundo elemento anelar e furo acima por meio de um mecanismo de retenção de eixo. Assim, quando da atuação dos mecanismos de aciona- mento harmônico, os primeiro e segundo elementos anelares são girados, resultando no movimento do centro da segunda superfície circunferencial excêntrica. Assim, a coluna de perfuração é defletida a partir de seu centro de rotação para orientá-la na direção desejada.

Quando da deflexão da coluna de perfuração, o ponto fulcro da deflexão da coluna de perfuração tende a ser localizado no mecanismo de suporte superior, isto é, o mecanismo de retenção do eixo superior. Como resultado, foi descoberto que a coluna de perfuração pode ser exposta à tensão de dobramento excessiva.

De maneira similar, Ikeda e outros, descrevem mecanismos de acionamento harmônico para acionar primeiro e segundo elementos anela- res rotativos de um mecanismo excêntrico duplo. Contudo, Ikeda e outros, requer a utilização de uma junta flexível tal como uma junta universal, a ser conectada na coluna de perfuração na localização na qual tem lugar a ten- são de dobramento máxima sobre a coluna de perfuração, para impedir ten- são de dobramento excessiva sobre a coluna de perfuração. Assim, a junta flexível é localizada adjacente ao mecanismo de suporte superior. Quando da deflexão da coluna de perfuração pelo mecanismo excêntrico duplo, a deflexão é absorvida pela junta flexível, e assim uma força de dobramento não é gerada sobre a coluna de perfuração. Ao invés disto, a coluna de per- furação é forçada a se inclinar furo abaixo do mecanismo excêntrico duplo. Um mancai apoio furo abaixo do mecanismo excêntrico duplo funciona como um mancai de empuxo, e serve como um centro de rotação para a porção inferior da coluna de perfuração, para acomodar a ação de inclinação.

Contudo, foi descoberto que a utilização de um eixo flexível ou articulada para evitar a geração de força de dobramento excessiva sobre a coluna de perfuração pode não ser preferido. Especificamente, foi desco- berto que as articulações do eixo flexível ou articulado podem estar sujeitas à falha.

O pedido de Patente Canadense Número 2.298.375 por Schlumberger Canada Limited, aberto à inspeção em 15 de setembro de 2000, descreve um sistema de perfuração dirigível rotativo que inclui um mandril de deslocamento pivotante, que é suportado dentro de um colar fer- ramenta por meio de uma união articulada, e que por sua vez suporta uma broca de perfuração. A posição angular do mandril de deslocamento é con- trolada por um arranjo de pistões hidráulicos que são colocados entre o mandril de deslocamento e o colar ferramenta e que pode ser estendida e retraída de maneira seletiva para mover o mandril de deslocamento em rela- ção ao colar ferramenta. Este sistema é portanto algo complicado, requeren- do utilização da junta da união articulada de articulação e uma pluralidade de

pistões hidráulicos atuáveis de maneira independente.

A Patente U.S. Número 6.244.361 B1 emitida em 12 de junho de 2001 a Halliburton Energy Services, Inc., descreve um dispositivo para con- trole de direção de perfuração que inclui um eixo de perfuração rotativo, uma carcaça para suportar de maneira rotativa o eixo de perfuração, e um con- junto de deflexão. O conjunto de deflexão inclui um anel externo excêntrico e um anel interno excêntrico que podem ser girados de maneira seletiva para dobrar o eixo de perfuração em diversas direções. O conjunto de deflexão é atuado por meio de um sistema de acionamento harmônico, que é um apa- relho relativamente complexo e oneroso para construir e manter.

Como resultado, permanece uma necessidade na indústria, por um dispositivo de perfuração rotativo dirigível, relativamente simples e eco- nômico, ou dispositivo para controle de direção de perfuração para utilização com uma coluna de perfuração rotativa, que possa fornecer controle relati- vamente preciso sobre a trajetória ou orientação da broca de perfuração du- rante a operação de perfuração, ao mesmo tempo que também evita a gera- ção de tensão de dobramento excessiva sobre a coluna de perfuração. Existe também uma necessidade por um tal dispositivo para

controle de direção de perfuração que seja adaptável para utilização em uma modalidade de diâmetro relativamente pequeno.

Sumário da Invenção

A presente invenção é direcionada para melhoramentos em um

dispositivo para controle de direção de perfuração do tipo geral descrito na

Patente U.S. Número 6.244.361 (Halliburton Energy Services, Inc.), que

compreende:

(a) um eixo de perfuração rotativo;

(b) uma carcaça para suportar de maneira rotativa um comprimento

do eixo de perfuração para rotação nela; e

(c) um conjunto de deflexão de eixo de perfuração contido dentro da

carcaça e localizado axialmente entre uma primeira localização de suporte e uma segunda localização de suporte, para dobrar o eixo de perfuração entre a primeira localização de suporte e a segunda localização de suporte.

O conteúdo da Patente U.S. Número 6.244.361 B1 é com isto aqui incorporado para referência neste relatório descritivo.

Em particular, a invenção é constituída de um conjunto de defle-

xão de eixo de perfuração para utilização em um dispositivo para controle de direção de perfuração do tipo descrito acima. A invenção também pode ser constituída de um conjunto de indexação, um conjunto de travamento de carcaça e um aparelho sensor de orientação de carcaça. A função do conjunto de deflexão de eixo de perfuração é criar

um dobramento no eixo de perfuração. A função do conjunto de indexação é orientar o dobramento no eixo de perfuração para fornecer uma orientação de face de ferramenta desejada. A função do conjunto de travamento de carcaça é engatar de maneira seletiva a carcaça com o eixo de perfuração, de modo que a carcaça e o eixo de perfuração girem juntos. A função do aparelho sensor de orientação de carcaça é fornecer um aparelho relativa- mente simples para sensoriar a orientação da carcaça em relação a alguma

orientação de referência.

Em um aspecto aparelho da invenção, a invenção é constituída de um conjunto de deflexão de eixo de perfuração para um dispositivo para controle de direção de perfuração do tipo que compreende um eixo de perfu- ração rotativo e uma carcaça para suportar de maneira rotativa um compri- mento do eixo de perfuração para rotação nela, no qual o conjunto de defle- xão de eixo de perfuração é contido dentro da carcaça e é localizado axial- mente entre uma primeira localização de suporte e uma segunda localização de suporte, para dobrar o eixo de perfuração entre a primeira localização de suporte e a segunda localização de suporte, e no qual o conjunto de defle- xão compreende:

(a) um mecanismo de deflexão para imprimir movimento lateral ao eixo de perfuração, para dobrar o eixo de perfuração;

(b) um atuador de deflexão para atuar o mecanismo de deflexão em resposta a movimento longitudinal do atuador de deflexão; e (c) um mecanismo de articulação de deflexão entre o mecanismo de

deflexão e o atuador de deflexão, para converter movimento longitudinal do atuador de deflexão em movimento lateral do eixo de perfuração.

O conjunto de deflexão do eixo de perfuração, como descrito acima, pode abranger uma variedade de modalidades. A essência do con- junto de deflexão de eixo perfuração em todas as modalidades da invenção é a utilização do atuador de deflexão móvel longitudinalmente para efetuar movimento lateral do eixo de perfuração por meio do mecanismo de articula- ção de deflexão.

o dispositivo para controle de direção de perfuração como des-

crito acima, pode ser ainda constituído de um conjunto de indexação para orientar o dobramento no eixo de perfuração. Onde um conjunto de indexa- ção é fornecido, ele pode ser integrado com o conjunto de deflexão de eixo de perfuração ou ele pode ser constituído de um aparelho separado. O dispositivo para controle de direção de perfuração como des-

crito acima pode ser ainda constituído de um conjunto de travamento de car- caça para engatar de maneira seletiva a carcaça com o eixo de perfuração,

de modo que eles girem juntos.

O dispositivo para controle de direção de perfuração como des- crito acima pode ser ainda constituído de um aparelho sensor de orientação de carcaça para sensoriar a orientação da carcaça.

O conjunto de deflexão de eixo de perfuração pode ser consti- tuído de qualquer estrutura ou aparelho que inclua um mecanismo de defle- xão para imprimir movimento lateral ao eixo de perfuração, um atuador de deflexão móvel longitudinalmente para atuar o mecanismo de deflexão, e um mecanismo de articulação de deflexão para converter movimento longitudi- nal do atuador de deflexão em movimento lateral do eixo de perfuração.

O mecanismo de deflexão pode ser constituído de qualquer es- trutura ou aparelho que seja móvel dentro da carcaça, para imprimir movi- mento lateral ao eixo de perfuração para dobrar o eixo de perfuração. O me- canismo de deflexão pode ser móvel por translação ou rotação, e pode ser móvel em um plano que é paralelo ao, ou perpendicular ao eixo longitudinal do eixo de perfuração.

O atuador de deflexão pode ser constituído de qualquer estrutu- ra ou aparelho que seja móvel longitudinalmente dentro da carcaça para atuar o mecanismo de deflexão e que seja compatível com o mecanismo de deflexão.

O atuador de deflexão é preferivelmente ainda constituído de uma fonte de energia para efetuar movimento longitudinal do atuador de de- flexão. A fonte de energia pode ser constituída de qualquer estrutura ou apa- relho que possa efetuar movimento longitudinal do atuador de deflexão. Por exemplo, a fonte de energia pode ser constituída de pressão

hidráulica exercida diretamente sobre o atuador de deflexão por meio de fluido de perfuração que está sendo passado através do dispositivo para controle de direção de perfuração. Preferivelmente a fonte de energia é constituída de um sistema hidráulico contido dentro da carcaça. Preferivel- mente o sistema hidráulico é constituído de uma bomba anelar que é acio- nada pela rotação do eixo de perfuração. Preferivelmente o fluido hidráulico é constituído de um óleo. Preferivelmente o sistema hidráulico é também constituído de um pistão hidráulico com movimento alternativo em um cilin- dro. Preferivelmente o sistema hidráulico é de dupla atuação, de modo que a fonte de energia opera para efetuar movimento longitudinal do atuador de deflexão em duas direções. Preferivelmente a bomba anelar é uma bomba de engrenagem que é acionada pela rotação do eixo de perfuração.

O mecanismo de articulação de deflexão pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de converter movimento Ion- gitudinal do atuador de deflexão em movimento lateral do eixo de perfura- ção. Como resultado o mecanismo de articulação de deflexão deve ser com- patível com ambos, com o mecanismo de deflexão e o atuador de deflexão.

Em uma primeira modalidade preferencial do conjunto de defle- xão de eixo de perfuração, o mecanismo de deflexão pode ser constituído de um anel externo que é suportado de maneira rotativa sobre uma superfície periférica interna circular dentro da carcaça, e que tem uma superfície perifé- rica interna circular que é excêntrica com relação à carcaça, e um anel inter- no que é suportado de maneira rotativa sobre a superfície periférica interna circular do anel externo e que tem uma superfície periférica interna circular que engata o eixo de perfuração e que é excêntrica com relação à superfície periférica interna circular do anel externo. O anel externo e o anel interno são capazes de rotação um em relação ao outro em um plano que é perpen- dicular ao eixo longitudinal do eixo de perfuração, para imprimir movimento lateral ao eixo de perfuração. Preferivelmente o anel externo e o anel interno são ambos rotativos em relação à carcaça, porém não são móveis longitudi- nalmente em qualquer extensão material. Na primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de

eixo de perfuração, o atuador de deflexão é constituído de um dispositivo de came móvel longitudinalmente.

Na primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração o mecanismo de articulação de deflexão é constituído de uma primeira trilha associada com o dispositivo de came para engatar um primeiro elemento de articulação de deflexão e uma segunda trilha associa- da com o dispositivo de came para engatar um segundo elemento de articu- lação de deflexão, ambos através de superfícies de engatamento comple- mentares. No mínimo uma das primeira trilha e da segunda trilha é uma tri- lha espiral, de modo que os elementos de articulação de deflexão irão girar um em relação ao outro quando do movimento longitudinal do dispositivo de came. Preferivelmente a primeira trilha e a segunda filha são trilhas espirais opostas, de modo que os elementos de articulação de deflexão irão girar em direções opostas quando do movimento longitudinal do dispositivo de came. Na primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de

eixo de perfuração, o dispositivo de came é constituído de um came de luva tubular que tem movimento alternativo dentro da carcaça, e o primeiro ele- mento de articulação de deflexão e o segundo elemento de articulação de deflexão são ambos acomodados de maneira telescópica e rotativa dentro

do came de luva.

Na primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o mecanismo de articulação de deflexão é ainda consti- tu ido do primeiro elemento de articulação de deflexão e do segundo ele- mento de articulação de deflexão. O primeiro elemento de articulação de reflexão é conectado com o anel externo e o segundo elemento de articula- ção de deflexão é conectado com o anel interno, de modo que a rotação dos primeiro e segundo elementos de articulação de deflexão irá resultar em ro- tação do anel externo e do anel interno respectivamente.

Em uma segunda modalidade preferencial do conjunto de defle- xão de eixo de perfuração, o mecanismo de deflexão é constituído de uma superfície de carne associada com uma superfície interna da carcaça e um elemento seguidor que é móvel lateralmente entre a carcaça e o eixo de perfuração. A superfície de carne e o elemento seguidor tomam o lugar do anel externo e do anel interno da primeira modalidade preferencial. A super- fície de carne e o elemento seguidor são capazes de rotação um em relação ao outro, em um plano que é perpendicular ao eixo longitudinal do eixo de perfuração, de modo que movimento lateral do elemento seguidor provocado pela superfície de carne resulta em movimento lateral do eixo de perfuração. Preferivelmente nem a superfície de carne nem o elemento seguidor são móveis longitudinalmente em qualquer extensão material.

Na segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração como na primeira modalidade preferencial, o atuador de deflexão é constituído de um dispositivo de carne rotativo móvel longitudi- nalmente.

Na segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o mecanismo de articulação de deflexão é constituído de uma primeira trilha associada com o dispositivo de carne para engatar um primeiro elemento de articulação de deflexão e pode ser constituído de uma segunda trilha associada com o dispositivo de carne para engatar um se- gundo elemento de articulação de deflexão, ambos por meio de superfícies de engatamento complementares. No mínimo um dentre a primeira trilha e a segunda trilha é uma trilha espiral, de modo que os elementos de articulação irão girar um em relação ao outro quando do movimento longitudinal do dis- positivo de came. Na segunda modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o dispositivo de carne é constituído de um carne de luva tubular que tem movimento alternativo dentro da carcaça, e o elemento ou elementos de articulação de deflexão são acomodados de maneira telescó- pica e rotativa dentro do carne de luva.

Na segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o mecanismo de articulação de deflexão é ainda consti- tuído do elemento ou elementos de articulação de deflexão. O primeiro ele- mento de articulação de deflexão pode ser conectado com um dentre a su- perfície de carne e o elemento seguidor e o segundo elemento de articulação de deflexão pode ser conectado com o outro dentre a superfície de came e o elemento seguidor, de modo que rotação dos primeiro e segundo elementos de articulação de deflexão irá resultar em rotação relativa da superfície de came e do elemento seguidor.

Na segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração, a posição da superfície de came irá determinar a orien- tação do dobramento no eixo de perfuração, enquanto as posições relativas da superfície de came e do elemento seguidor irão determinar a magnitude da deflexão do eixo de perfuração. O mecanismo de deflexão pode, portan- to, ser atuado por rotação da superfície de came e do elemento seguidor um em relação ao outro, enquanto a indexação do mecanismo de deflexão para atingir uma orientação desejada da face de ferramenta pode ser conseguida por rotação junta coordenada da superfície de came e do elemento seguidor. Como resultado, a segunda trilha e o segundo elemento de articulação de deflexão podem ser omitidos se a única função do conjunto de deflexão é de defletir o eixo de perfuração sem fornecer uma função de indexação.

Em uma terceira modalidade preferencial de conjunto de defle- xão de eixo de perfuração, o mecanismo de deflexão é constituído de no mínimo um elemento seguidor móvel lateralmente, que é colocado entre a carcaça e o eixo de perfuração. Preferivelmente o mecanismo de deflexão é constituído ou de uma pluralidade de elementos seguidores ou de um único elemento seguidor com uma pluralidade de superfícies de elemento segui- dor, para engatar uma pluralidade de superfícies de carne. O elemento se- guidor e as superfícies de elemento seguidor podem ser de qualquer forma e configuração que seja compatível com o atuador de deflexão. O elemento seguidor engata com o eixo de perfuração, seja diretamente ou indireta- mente, de modo que o movimento lateral do elemento seguidor resulta em movimento lateral do eixo de perfuração.

Na terceira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o mecanismo de articulação de deflexão é constituído de no mínimo uma superfície de came associada com o atuador de deflexão, que engata o elemento seguidor para converter movimento longitudinal do atuador de deflexão em movimento lateral do elemento seguidor entre a car- caça e o eixo de perfuração. Preferivelmente a superfície de came é móvel longitudinalmente por meio do atuador de deflexão e preferivelmente o ele- mento seguidor não é capaz de movimento longitudinal em qualquer exten- são material. Preferivelmente o elemento ou elementos seguidores e suas superfícies de came associadas são constituídos de superfícies em rampa, complementares.

Preferivelmente o atuador de deflexão é constituído de um ele- mento atuador de deflexão e uma fonte de energia para o atuador de defle- xão. O elemento atuador de deflexão pode ser constituído de qualquer ele- mento móvel longitudinalmente. Por exemplo, o atuador de deflexão é prefe- rivelmente constituído de um sistema hidráulico e o elemento atuador de de- flexão é preferivelmente constituído de uma haste com movimento alternati- vo que é conectada com ambos, com a superfície de came e com um pistão hidráulico que é um componente do sistema hidráulico, de modo que o mo- vimento alternativo do pistão dentro de um cilindro hidráulico resulta em mo- vimento alternativo do elemento atuador de deflexão e da superfície de ca- me.

Na terceira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfuração, o conjunto de deflexão pode imprimir movimento lateral ao eixo de perfuração ao longo de um único eixo ou ao longo de uma plurali- dade de eixos. Para dobramento uniaxial do eixo de perfuração, o conjunto de deflexão pode ser constituído de um único elemento seguidor de superfície de came associada, ou pode ser constituído de um ou mais elementos se- guidores e superfícies de came associadas que são separadas por 180 graus ao redor do eixo de perfuração, fornecendo assim suporte adicional para o eixo de perfuração quando ele está sendo dobrado. Onde um único elemento seguidor é utilizado com uma pluralidade de superfícies de came, o elemento seguidor preferivelmente inclui uma pluralidade de superfícies de elemento seguidor.

Para dobramento multiaxial do eixo de perfuração, o conjunto de deflexão pode ser constituído de diversos conjuntos de deflexão como des- crito acima para dobramento uniaxial, no qual os diversos conjuntos de de- flexão são espaçados radialmente ao redor do eixo de perfuração. Preferi- velmente os conjuntos de deflexão são espaçados igualmente ao redor do eixo de perfuração, de modo que no caso de dobramento biaxial os conjun- tos de deflexão são separados por cerca de 90 graus.

Os conjuntos de deflexão múltiplos podem incluir um único ele- mento seguidor com uma pluralidade de superfícies de elemento seguidor ou podem incluir uma pluralidade de elementos seguidores. Mais preferivel- mente o conjunto de deflexão é constituído de um único elemento seguidor com uma pluralidade de superfícies de elemento seguidor no caso de am- bos, dobramento uniaxial e multiaxial do eixo de perfuração.

No caso de dobramento multiaxial do eixo de perfuração, o ele- mento seguidor, as superfícies de elemento seguidor e as superfícies de came preferivelmente acomodam movimento lateral forçado do elemento seguidor que resulta de movimento do elemento seguidor em mais do que um plano. Preferivelmente este movimento lateral forçado é acomodado permitindo o movimento das superfícies de came em relação às superfícies de elemento seguidor que não é paralelo à direção de movimento requerido para atuar o mecanismo de deflexão.

O dispositivo para controle de direção de perfuração preferivel- mente inclui um conjunto de indexação para orientar o dobramento no eixo de perfuração, de modo que o dispositivo pode ser utilizado para fornecer controle direcional durante operações de perfuração. O conjunto de indexa- ção pode ser integrado com o conjunto de deflexão de eixo de perfuração ou pode ser constituído de um aparelho separado.

Por exemplo, o conjunto de indexação pode ser constituído de fornecer um mecanismo de deflexão com a capacidade de dobrar o eixo de perfuração em uma maneira controlada em uma pluralidade de direções (isto é, dobramento biaxial ou multiaxial do eixo de perfuração, tal como, por exemplo, aquele fornecido pelo conjunto de deflexão de eixo de perfuração descrito na Patente U.S. Número 6.244.361 B1 (Halliburton Energy Services, Inc.)).

Alternativamente, o conjunto de indexação pode ser constituído de um aparelho para orientar um dobramento no eixo de perfuração (isto é, a face de ferramenta) girando um ou ambos os mecanismos de deflexão e a carcaça. Se o mecanismo de deflexão tem uma orientação fixa em relação à carcaça, então o dobramento pode ser orientado girando ambos, o meca- nismo de deflexão e a carcaça, uma vez que eles irão girar juntos. Se o me- canismo de deflexão e a carcaça não têm uma orientação fixa, um em rela- ção ao outro, então o dobramento deve ser orientado girando o mecanismo de deflexão. Em qualquer caso, o conjunto de indexação pode utilizar com- ponentes do conjunto de deflexão ou ele pode ser independente do conjunto de deflexão.

Preferivelmente o conjunto de indexação é constituído de um mecanismo de indexação para imprimir movimento de rotação ao mecanis- mo de deflexão, um atuador de indexação para atuar o mecanismo de inde- xação em resposta a movimento longitudinal do atuador de indexação, e um mecanismo de articulação de indexação entre o mecanismo de indexação e o atuador de indexação, para converter movimento longitudinal do atuador de indexação em movimento de rotação do mecanismo de deflexão.

O mecanismo de indexação pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de imprimir rotação ao mecanismo de deflexão. O atuador de indexação pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho móvel longitudinalmente, que seja capaz de atuar o mecanismo de indexação por meio do mecanismo de articulação de indexação. O meca- nismo de articulação de indexação pode ser constituído de qualquer estrutu- ra ou aparelho que seja capaz de converter um movimento longitudinal do atuador de indexação em movimento de rotação do mecanismo de deflexão.

O atuador de indexação é preferivelmente ainda constituído de uma fonte de energia. A fonte de energia pode ser constituída do escoa- mento de fluido de perfuração através do dispositivo para controle de direção de perfuração. Preferivelmente, contudo, o atuador de indexação é constituí- do de uma fonte de energia independente tal como uma bomba, um motor, ou uma combinação bomba/motor. Preferivelmente a fonte de energia é constituída de um sistema hidráulico. Preferivelmente o sistema hidráulico inclui um pistão hidráulico com movimento alternativo em um cilindro. Prefe- rivelmente o sistema hidráulico ainda compreende uma bomba hidráulica para fornecer fluido hidráulico para o cilindro. Preferivelmente o sistema hi- dráulico é de dupla atuação, de modo que o atuador de indexação pode ser acionado em duas direções. A bomba hidráulica pode ser energizada por um motor com dispositivo adequado. Preferivelmente a bomba hidráulica é energizada por meio da rotação do eixo de perfuração. Preferivelmente a bomba hidráulica é uma bomba anelar tal como uma bomba de engrenagem. A fonte de energia para o conjunto de indexação pode ser a mesma fonte de energia que energiza o conjunto de deflexão ou ela pode ser uma fonte de energia separada.

Em uma primeira modalidade preferencial do conjunto de inde- xação, o conjunto de indexação é constituído de um aparelho similar àquele utilizado no Orientador BHA de Tubulação Bobinada da Sperry-Sun Drilling Services. O Orientador BHA de Tubulação Bobinada da Sperry-Sun Drilling Services está descrito em uma Atualização de Tecnologia publicada por Sperry-Sun Drilling Services no inverno de 1995, cuja Atualização de Tec- nologia é com isto aqui incorporada para referência nesta especificação.

Especificamente, na primeira modalidade preferencial do con- junto de indexação, o mecanismo de indexação é constituído de um meca- nismo de catraca que intertrava de maneira seletiva o mecanismo de defle- xão e o mecanismo de articulação de indexação para rotação do mecanismo de deflexão em uma única direção, o atuador de indexação é constituído de um pistão móvel longitudinalmente e o mecanismo de articulação de indexa- ção é constituído de um dispositivo de carne de barril que converte movi- mento longitudinal do pistão em rotação do mecanismo de deflexão.

Na primeira modalidade preferencial do conjunto de indexação, o mecanismo de articulação de indexação é ainda constituído de um sulco he- Iicoidal no came de barril e um pino sobre a carcaça que engata o sulco heli- coidal, de modo que o came de barril irá girar em relação à carcaça quando o pino viaja o comprimento do sulco helicoidal.

Na primeira modalidade preferencial do conjunto de indexação, o atuador de indexação é ainda constituído de um sistema hidráulico como uma fonte de energia. Preferivelmente o sistema hidráulico inclui um pistão hidráulico com movimento alternativo em um cilindro. Preferivelmente o sis- tema hidráulico ainda compreende uma bomba hidráulica para fornecer flui- do hidráulico ao cilindro. Preferivelmente a bomba hidráulica é energizada por meio da rotação do eixo de perfuração. Preferivelmente o sistema hi- dráulico é de dupla atuação. A fonte de energia para o conjunto de indexa- ção pode ser a mesma fonte de energia que energiza o conjunto de deflexão ou ela pode ser uma fonte de energia separada.

A primeira modalidade preferencial do sistema de indexação pode ser facilmente adaptada para utilização com qualquer uma das modali- dades do conjunto de deflexão. Uma segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação é projetada para utilização especificamente com as primeira e segunda modalidades preferenciais de conjunto de deflexão, uma vez que ela é integrada com as primeira e segunda modalidades preferenci- ais do conjunto de deflexão.

Na segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação, o mecanismo de indexação é constituído de componentes do mecanismo de deflexão ou da primeira ou da segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão, o atuador de indexação é constituído de componentes do atua- dor de deflexão ou de qualquer dentre a primeira ou segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão, e o mecanismo de articulação de inde- xação é constituído de componentes do mecanismo de articulação de defle- xão ou da primeira ou da segunda modalidade de conjunto de deflexão.

Na segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação, uma vez que um eixo de perfuração tenha sido dobrado pelo conjunto de deflexão, rotação simultânea do conjunto de deflexão como uma unidade irá servir para orientar a direção do dobramento no eixo de perfuração. Este resultado é conseguido projetando as trilhas no dispositivo de came que compreendem o mecanismo de articulação de indexação de modo que o mecanismo de articulação de indexação irá girar todo o mecanismo de de- flexão na mesma velocidade em resposta ao movimento longitudinal do atu- ador de deflexão.

Este resultado pode, por sua vez, ser alcançado projetando as trilhas no dispositivo de came em dois segmentos contíguos. Um segmento de deflexão das trilhas é utilizado para dobramento do eixo de perfuração, enquanto um segmento de indexação das trilhas é utilizado para orientação do dobramento no eixo de perfuração. No segmento de deflexão o meca- nismo de articulação de deflexão faz com que os componentes do mecanis- mo de deflexão girem a velocidades diferentes e/ou em direções diferentes, enquanto no segmento de indexação o mecanismo de articulação de inde- xação faz com que os componentes do mecanismo de deflexão girem juntos à mesma velocidade e na mesma direção.

Em uma terceira modalidade de conjunto de indexação, o con- junto de deflexão facilita deflexão multiaxial do eixo de perfuração e o con- junto de indexação é um componente do conjunto de deflexão. O conjunto de indexação utiliza a deflexão multiaxial do eixo de perfuração para contro- lar a orientação do dobramento no eixo de perfuração.

Por exemplo, o conjunto de indexação poderia ser constituído do conjunto deflexão ou qualquer das primeira ou segunda modalidades prefe- renciais do conjunto de deflexão caso em que os componentes do mecanis- mo de deflexão poderiam ser girados de maneira independente para alcan- çar ambos, uma deflexão desejada e uma orientação desejada do dobra- mento no eixo de perfuração.

Uma descrição da maneira na qual o anel externo e o anel inter- no da primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão poderiam ser girados para alcançar este resultado pode ser encontrada na Patente U.S. Número 6.244.361 B1. Este sistema poderia ser facilmente modificado para utilização com a segunda modalidade preferencial do conjunto de de- flexão.

Como um outro exemplo, o conjunto de indexação poderia ser constituído do conjunto de deflexão da terceira modalidade de conjunto de deflexão no qual deflexão multiaxial é facilitada. Neste caso, deflexão seleti- va do eixo de perfuração ao longo de mais do que um eixo pode ser utilizada para alcançar uma deflexão desejada e uma orientação desejada do dobra- mento no eixo de perfuração.

A terceira modalidade de conjunto de indexação é relativamente complexa, uma vez que ela requer simultaneamente deflexão e indexação por meio do mesmo aparelho. Como resultado, a terceira modalidade de conjunto de indexação não é preferida em circunstâncias onde é desejado um projeto relativamente simples para o dispositivo para controle de direção de perfuração.

O conjunto de indexação é preferivelmente atuado com referên- cia à orientação da carcaça. Como resultado, o dispositivo para controle de direção de perfuração é preferivelmente ainda constituído de um aparelho sensor de orientação de carcaça, associado com a carcaça, para sensoriar a orientação da carcaça.

O aparelho sensor de orientação de carcaça pode sensoriar a orientação da carcaça em três dimensões no espaço, e pode ser constituído de qualquer aparelho que seja capaz de fornecer esta função de sensoria- mento e a precisão desejada no sensoriamento. O aparelho sensor de ori- entação de carcaça pode, portanto, ser constituído de um ou mais magne- tômetros, acelerômetros, ou uma combinação de ambos os tipos de apare- lho sensor. Alternativamente, o aparelho sensor de orientação de carcaça pode ser projetado de forma mais simples para sensoriar a orientação da carcaça somente em relação à gravidade. Em outras palavras, o aparelho sensor de orientação de carcaça pode ser projetado para sensoriar somente orientação da carcaça em relação ao "lado de cima" ou ao "lado de baixo" do furo de poço que está sendo perfurado. Neste caso, o aparelho sensor de orientação de carcaça pode ser constituído de qualquer sensor de gravidade ou combinação de sensores de gravidade tais como um acelerômetros, um prumo ou uma esfera que rola em uma trilha.

Alternativamente, o aparelho sensor de orientação de carcaça pode ser projetado para sensoriar a orientação da carcaça em relação ape- nas ao campo magnético da terra. Em outras palavras, o aparelho sensor de orientação de carcaça pode ser projetado para sensoriar apenas a orienta- ção da carcaça em relação ao norte magnético. Neste caso o aparelho sen- sor de orientação de carcaça pode ser constituído de um sensor magnético ou combinação de sensores magnéticos tais como um magnetômetro.

O aparelho sensor de orientação de carcaça é preferivelmente localizado tão próximo quanto possível da extremidade distai da carcaça, de modo que a orientação sensoriada da carcaça será tão próxima quanto pos- sível da extremidade distai do furo de sondagem durante operação do dispo- sitivo. O aparelho sensor de orientação de carcaça é preferivelmente contido em, ou associado com um inserto de inclinação na broca (ABI) localizado dentro da carcaça.

O dispositivo para controle de direção de perfuração pode tam- bém ser ainda constituído de um aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão associado com o conjunto de deflexão, para sensoriar a orienta- ção do mecanismo de deflexão (e assim a orientação do dobramento no eixo de perfuração). Tal aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão pode proporcionar sensoriar diretamente a orientação do mecanismo de de- flexão em uma,duas ou três dimensões em relação à gravidade e/ou ao campo magnético da terra, caso em que o aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão pode, possivelmente, eliminar a necessidade do apa- relho sensor de orientação de carcaça.

Preferivelmente, contudo, o aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão sensoria a orientação do mecanismo de deflexão em relação à carcaça, e pode ser constituído de qualquer aparelho que seja ca- paz de fornecer esta função de sensoriamento e a precisão desejada no sensoriamento.

Alternativamente, o conjunto de deflexão pode ser projetado para ser fixo em relação à carcaça, de modo que o dobramento no eixo de perfuração é sempre localizado em uma orientação conhecida em relação à carcaça (isto é, em um "lado de cima teórico"). Neste caso, a orientação do dobramento no eixo de perfuração poderá ser determinada a partir da ori- entação da carcaça e apenas um dentre um aparelho sensor de orientação de carcaça e um aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão será requerido.

Modalidades de aparelho sensor de orientação de carcaça e aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão adequadas estão descritas na Patente U.S. Número 6.244.361 B1.

Uma modalidade preferencial do aparelho sensor de orientação de carcaça que poderia também ser adaptada para utilização como um apa- relho sensor de orientação de conjunto de deflexão e que não está descrita na Patente U.S. Número 6.244.361 B1, sensoria a orientação do aparelho em relação à gravidade.

Na modalidade preferencial de aparelho sensor de orientação de carcaça o aparelho é constituído de:

(a) um indicador de referência de carcaça que é conectado de ma- neira fixa com a carcaça em uma posição de referência de carcaça;

(b) uma trilha circular que circunda o eixo de perfuração, cuja trilha circular abriga um indicador de referência de gravidade metálico que se move livremente ao redor da trilha circular em resposta à gravidade, para fornecer uma posição de referência de gravidade;

(c) um conjunto de proximidade associado com, e rotativo com, o eixo de perfuração, cujo conjunto de proximidade inclui um sensor de refe- rência de carcaça e um sensor de referência de gravidade, no qual o sensor de referência de carcaça e o sensor de referência de gravidade têm uma proximidade fixa um com o outro.

Em operação, o conjunto de proximidade gira quando o eixo de perfuração gira. Quando o sensor de referência de carcaça passa pelo indi- cador de referência de carcaça ele irá sensoriar o indicador de referência de carcaça. De maneira similar, quando o sensor de referência de gravidade passa pelo indicador de referência de gravidade ele irá sensoriar o indicador de referência de gravidade. Devido à proximidade conhecida entre o sensor de referência de carcaça e o sensor de referência de gravidade, a orientação da carcaça em relação à gravidade pode ser determinada a partir dos dados sensoriados.

O indicador de referência de carcaça pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja compatível com o sensor de refe- rência de carcaça. Na modalidade preferencial, o indicador de referência de carcaça é constituído de um ou mais magnetos e o sensor de referência de carcaça é constituído de um ou mais sensores de Efeito Hall.

O indicador de referência de gravidade pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que irá se mover ao redor da trilha circular em resposta à gravidade, e que pode ser sensoriado pelo sensor de referên- cia de gravidade. Na modalidade preferencial, o indicador de referência de gravidade é constituído de um peso metálico móvel e o sensor de referência de gravidade é constituído de um sensor de proximidade magnético, que é capaz de sensoriar metal. Mais preferivelmente o indicador de referência de gravidade é constituído de uma esfera metálica que é livre para rolar ao re- dor da trilha circular.

O dispositivo para controle de direção de perfuração pode ainda ser constituído de um conjunto de travamento de carcaça, para engatar de maneira seletiva a carcaça com o eixo de perfuração, de modo que eles gi- ram juntos. Esta característica é vantajosa para aplicar torque à carcaça para deslocá-la de um furo de poço no qual ela tenha ficado presa.

O conjunto de travamento de carcaça pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de engatar o eixo de perfura- ção com a carcaça de modo que eles girem em juntos. Preferivelmente o conjunto de travamento de carcaça pode ser atuado de maneira seletiva para ambos, engatar e desengatar o eixo de perfuração e a carcaça. Alter- nativamente, o conjunto de travamento de carcaça pode ser atuável apenas para engatar o eixo de perfuração e a carcaça, de modo que o dispositivo para controle de direção de perfuração pode ser removido do furo de poço para desengatar o eixo de perfuração e a carcaça.

Preferivelmente o conjunto de travamento de carcaça é consti- tuído de um mecanismo de travamento de carcaça para engatar o eixo de perfuração com a carcaça, e um atuador de travamento de carcaça para atuar o mecanismo de travamento de carcaça.

O mecanismo de travamento de carcaça pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de engatar o eixo de perfura- ção e a carcaça, de tal modo que eles irão girar juntos. Preferivelmente o mecanismo de travamento de carcaça é constituído de um elemento de tra- vamento que é atuado para engatar ambos, o eixo de perfuração e a carca- ça. Preferivelmente o mecanismo de travamento de carcaça é móvel longitu- dinalmente entre posições onde o eixo de perfuração e a carcaça são enga- tados e desengatados.

O atuador de travamento de carcaça pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de atuar o mecanismo de travamento de carcaça. Preferivelmente o atuador de travamento de carcaça é móvel longitudinalmente para atuar o mecanismo de travamento de carca- ça. Preferivelmente movimento longitudinal do atuador de travamento de carcaça resulta em movimento longitudinal do mecanismo de travamento de carcaça, e assim, atuação do conjunto de travamento de carcaça.

Em uma modalidade preferencial de conjunto de travamento de carcaça, o mecanismo de travamento de carcaça é constituído de uma luva de travamento móvel longitudinalmente, e o atuador de travamento de car- caça é constituído de um elemento atuador de travamento móvel longitudi- nalmente. Na modalidade preferencial de conjunto de travamento de car- caça, o mecanismo de travamento de carcaça é ainda constituído de super- fícies de engatamento complementares sobre cada um dentre o eixo de perfuração, a carcaça e a luva de travamento, de modo que quando a luva de travamento é atuada para engatar o eixo de perfuração e a carcaça, as superfícies de engatamento sobre cada um dentre o eixo de perfuração, a carcaça e a luva de travamento são trazidos para engatamento.

As superfícies complementares de engatamento podem ser constituídas de qualquer superfície adequada que irá fornecer a função de engatamento necessária. Preferivelmente as superfícies complementares de engatamento são constituídas de ranhuras, porém podem também ser cons- tituídas em forma de seção transversal não circular do eixo de perfuração, carcaça e luva de travamento, tais como uma forma de seção transversal quadrada ou octogonal.

Na modalidade preferencial de mecanismo de travamento de carcaça, o atuador de travamento de carcaça é preferivelmente ainda cons- tituído de uma fonte de energia. A fonte de energia pode ser constituída do escoamento de fluido de perfuração através do dispositivo para controle de direção de perfuração. Preferivelmente, contudo, o atuador de travamento de carcaça é constituído de uma fonte de energia independente tal como uma bomba, um motor ou uma combinação bomba/motor. Preferivelmente a fonte de energia é constituída de um sistema hidráulico. Preferivelmente o sistema hidráulico inclui um pistão hidráulico com movimento alternativo em um cilin- dro. Preferivelmente o sistema hidráulico ainda compreende uma bomba hidráulica para fornecer fluido hidráulico para o cilindro. A bomba hidráulica pode ser energizada por meio de qualquer motor ou dispositivo adequados. Preferivelmente a bomba hidráulica é energizada por meio da rotação do eixo de perfuração. Preferivelmente a bomba hidráulica é constituída de uma bomba anelar, tal como uma bomba de engrenagem.

Preferivelmente o sistema hidráulico é de dupla atuação, de modo que o conjunto de travamento de carcaça pode ser atuado para am- bos, para engatar e desengatar o eixo de perfuração e a carcaça. Uma fonte de energia única pode ser fornecida como a fonte de energia para cada um dos conjunto de deflexão, conjunto de indexação e conjunto de travamento de carcaça. Alternativamente, um ou cada um dos conjuntos pode ser dotado de sua própria fonte de energia dedicada.

Além disto, um único atuador pode ser fornecido como um atua- dor de deflexão, um atuador de indexação e um atuador de travamento de carcaça. Alternativamente, um ou cada um dos conjuntos pode ser dotado com seu próprio atuador dedicado. Breve Descrição de Desenhos

Modalidades da invenção serão descritas agora com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:

A Figura 1(a) é uma vista lateral esquemática de uma primeira modalidade preferencial de um dispositivo para controle de direção de perfu- ração que compreende um sistema de perfuração rotativo que inclui um es- tabilizador junto à broca.

A Figura 1(b) é uma vista lateral esquemática cortada e parcial- mente removida de uma modalidade preferencial alternativa de um dispositi- vo para controle de direção de perfuração, que não inclui um estabilizador próximo à broca.

A Figura 2 é uma vista em seção transversal transversa de um mecanismo de deflexão para uma primeira modalidade preferencial do con- junto de deflexão de eixo de perfuração, que inclui um anel externo rotativo e um anel interno rotativo.

A Figura 3 é uma vista pictórica de uma primeira modalidade de um atuador de deflexão para utilização na primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração.

A Figura 4 é uma vista pictórica de uma segunda modalidade de um atuador de deflexão para utilização na primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração.

A Figura 5 é uma vista pictórica do atuador de deflexão da Figu- ra 3 e de um mecanismo de articulação de deflexão para utilização na pri- meira modalidade preferencial do conjunto de deflexão de eixo de perfura- ção.

As Figuras 6(a) até 6(d) são vistas em seção transversal trans- versa de um mecanismo de deflexão para uma segunda modalidade prefe- rencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração, que inclui uma super- fície de carne e um elemento seguidor, que delineia quatro possíveis posi- ções de deflexão.

A Figura 7(a) até a Figura 7(m) são vistas de uma montagem de seção transversal longitudinal de um dispositivo para controle de direção de perfuração que incorpora uma primeira versão de uma terceira modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração, com a Figura 7(b) sendo uma continuação da Figura 7(a), e assim por diante.

A Figura 8 é uma vista esquemática de conjunto em seção transversal longitudinal do conjunto de deflexão de eixo de perfuração deli- neado na Figura 7, e de uma primeira modalidade preferencial de conjunto de indexação.

As Figuras 9(a) e 9(b) são vistas em seção transversal transver- sa do mecanismo de deflexão para o conjunto de deflexão de eixo de perfu- ração delineado na Figura 7, que delineia diferentes posições de deflexão.

A Figura 10 é uma vista pictórica em corte removido do conjunto de deflexão de eixo de perfuração delineado na Figura 7.

A Figura 11 é uma vista esquemática em seção transversal lon- gitudinal de uma segunda versão da terceira modalidade preferencial de conjunto de deflexão de eixo de perfuração.

A Figura 12 é uma vista pictórica em corte removido ou do con- junto de deflexão de eixo de perfuração delineado na Figura 11.

A Figura 13 é uma vista pictórica de um elemento seguidor a partir do conjunto de deflexão de eixo de perfuração delineado na Figura 11.

A Figura 14 é uma vista pictórica esquemática de uma modali- dade preferencial de aparelho sensor de orientação de carcaça.

As Figuras 15(a) e 15(b) são vistas esquemáticas em seção transversal longitudinal de uma modalidade preferencial de um mecanismo de travamento de carcaça, com a Figura 15(a) delineando o eixo de perfura- ção e a carcaça em uma configuração desengatada e a Figura 15(b) deline- ando o eixo de perfuração e a carcaça em uma configuração engatada. Descrição detalhada

Esta invenção é constituída de melhoramentos em um dispositi- vo para controle de direção de perfuração 20. O dispositivo 20 permite con- trole direcional sobre uma broca de perfuração 22 conectada com o disposi- tivo 20 durante operações de perfuração rotativa, controlando a deflexão da broca de perfuração 22. Como resultado, a direção do furo de poço resul- tante pode ser controlada.

Em particular, a invenção é relativa a melhoramentos em um conjunto de deflexão de eixo de perfuração para dobrar um eixo de perfura- ção, e em um conjunto de indexação para orientar a direção do dobramento em um eixo de perfuração, para fornecer uma face de ferramenta desejada. 1. Descrição geral do dispositivo para controle de direção de perfuração 20 (Figuras 1.2,7)

A invenção é particularmente adequada para utilização com dis- positivo para controle de direção de perfuração do tipo descrito na Patente U.S. Número 6.244.361 B1 (Halliburton Energy Services, Inc.), com o resul- tado que diversos dos componentes do dispositivo para controle de direção de perfuração descritos na Patente U.S. Número 6.244.361 B1 podem ser utilizados com o dispositivo para controle de direção de perfuração da pre- sente invenção.

O dispositivo para controle de direção 20 é constituído de um eixo de perfuração rotativo 24, que pode ser conectado ou ligado a uma bro- ca de perfuração rotativa 22 e a uma coluna de perfuração rotativa 25 du- rante operação de perfuração. Mais particularmente, o eixo de perfuração 24 tem uma extremidade proximal 26 e uma extremidade distai 28. A extremi- dade proximal 26 pode ser conectada a ou presa em acionamento com a coluna de perfuração rotativa 25, de tal modo que rotação da coluna de per- furação 25 a partir da superfície resulta em uma rotação correspondente do eixo de perfuração 24. A extremidade proximal 26 do eixo de perfuração 24 pode ser ligada de maneira permanente ou removível, conectada ou de outra forma fixada com a coluna de perfuração 25 de qualquer maneira e por meio de qualquer estrutura, mecanismo, dispositivo ou processo que permita a rotação do eixo de perfuração 24 quando da rotação da coluna de perfura- ção 25.

Preferivelmente o dispositivo 20 é ainda constituído de uma co- nexão de acionamento 29 para conectar o eixo de perfuração 24 com a co- luna de perfuração 25. A conexão de acionamento 29 pode ser constituída de qualquer estrutura, mecanismo ou dispositivo para conectar em aciona- mento o eixo de perfuração 24 e a coluna de perfuração 25, de modo que rotação da coluna de perfuração 25 resulta em uma rotação correspondente do eixo de perfuração 24.

De maneira similar, a extremidade distai 28 do eixo de perfura- ção 24 pode ser conectada ou ligada em acionamento com a broca de perfu- ração rotativa 22, de tal modo que rotação do eixo de perfuração 24 por meio da coluna de perfuração 25 resulta em uma rotação correspondente da broca de perfuração 22. A extremidade distai 28 do eixo de perfuração 24 pode ser ligada, conectada, ou de outra forma fixada de maneira perma- nente ou removível com a broca de perfuração 22, de qualquer maneira e por meio de qualquer estrutura, mecanismo, dispositivo ou processo que permita a rotação da broca de perfuração 22 quando da rotação do eixo de perfuração 24. Na modalidade preferencial uma conexão rosqueada é forne- cida entre elas.

O eixo de perfuração 24 pode ser constituído de um ou mais elementos ou porções conectadas, ligadas ou fixadas de outra forma juntas em qualquer maneira adequada, que forneça um eixo de perfuração unitário 24 entre as extremidades proximal e distai 26, 28. Preferivelmente quaisquer conexões fornecidas entre os elementos ou porções do eixo de perfuração 24 são relativamente rígidas, de tal modo que o eixo de perfuração 24 não inclui quaisquer juntas flexíveis ou articulações nele. Na modalidade prefe- rencial o eixo de perfuração 24 é constituído de um único elemento unitário ou integral que se estende entre as extremidades proximal e distai 26, 28. Além disto, o eixo de perfuração 24 é tubular ou oco para permitir que fluido de perfuração escoe através de todo ele em uma maneira relativamente não restringida ou desimpedida.

Finalmente, o eixo de perfuração 24 pode ser constituído de qualquer material adequado a, e compatível com perfuração rotativa. Na modalidade preferencial o eixo de perfuração 24 é constituído de aço inoxi- dável de alta resistência.

Além disto, o dispositivo 20 é constituído de uma carcaça 46 para suportar de maneira rotativa um comprimento do eixo de perfuração 24 para rotação nele, quando da rotação da coluna de perfuração ligada 25. A carcaça 46 pode suportar e se estender ao longo de qualquer comprimento do eixo de perfuração 24. Contudo, preferivelmente, a carcaça 46 suporta substancialmente todo o comprimento do eixo de perfuração 24 e se estende substancialmente entre as extremidades proximal e distai 26, 28 do eixo de perfuração 24.

Na modalidade preferencial, a carcaça 46 tem uma extremidade proximal 48 adjacente ou em proximidade à extremidade proximal 26 do eixo de perfuração 24. Especificamente a extremidade proximal 26 do eixo de perfuração 24 se estende desde a extremidade proximal 48 da carcaça 46 para conexão com a coluna de perfuração 25. Contudo, em adição, uma porção da coluna de perfuração adjacente 25 pode se estender dentro da extremidade proximal 48 da carcaça 46. De maneira similar, na configuração preferencial, a carcaça 46 tem uma extremidade distai 50 adjacente ou em proximidade à extremidade distai 28 do eixo de perfuração 24. Especifica- mente a extremidade distai 28 do eixo de perfuração 24 se estende desde a extremidade distai 50 da carcaça 46 para conexão com a broca de perfura- ção 22.

A carcaça 46 pode ser constituída de um ou mais elementos, seções ou componentes tubulares ou ocos conectados de maneira perma- nente ou removível, presos ou fixados de outra forma juntos, para fornecer uma carcaça unitária ou integral 46 que permite ao eixo de perfuração 24 se estender através de toda ela.

O dispositivo 20 é ainda constituído de no mínimo um mancai radial distai 82 que é contido dentro da carcaça 46 para suportar de maneira rotativa o eixo de perfuração 24 radialmente em uma localização de mancai radial distai 86 definida com isto.

O mancai radial distai 82 é constituído de um mancai de fulcro 88 também referido como um mancai focai, ou algum outro mancai que faci- lita o pivotamento do eixo de perfuração 24 na localização de mancai radial distai 86 quando da deflexão controlada do eixo de perfuração 24 por meio do dispositivo 20 para produzir um dobramento ou curvatura do eixo de per- furação 24, para orientar ou direcionar a broca de perfuração 22. O dispositivo 20 pode opcionalmente ainda ser constituído de

um estabilizador próximo à broca 89, preferivelmente localizado adjacente à extremidade 50 da carcaça 46 e preferivelmente coincidindo com a localiza- ção de mancai radial distai 86. O estabilizador próximo à broca 89 pode ser constituído de qualquer tipo de estabilizador, e pode ser ajustável ou não ajustável.

O dispositivo 20 é ainda constituído de no mínimo um mancai radial proximal 84 que é contido dentro da carcaça 46 para suportar de ma- neira rotativa o eixo de perfuração 24 radialmente em uma localização man- cai radial proximal 90 definida com isto. O mancai radial proximal 84 pode ser constituído de qualquer

mancai radial capaz de suportar radialmente, de maneira rotativa, o eixo de perfuração 24 dentro da carcaça 46 na localização mancai radial proximal 90, porém o mancai radial proximal 84 é preferivelmente constituído de um mancai em balanço.

Quando da deflexão do eixo de perfuração 24 por meio do dis-

positivo 20, como descrito mais abaixo, à curvatura ou dobramento do eixo de perfuração 24 é produzido furo abaixo do mancai radial proximal em ba- lanço 84. Em outras palavras, a deflexão do eixo de perfuração 24, e assim a curvatura do eixo de perfuração 24, ocorre entre a localização mancai ra- dial proximal 90 e a localização mancai radial distai 86. A natureza em ba- lanço do mancai radial proximal 84 inibe o dobramento do eixo de perfuração 24 de furo acima ou acima do mancai radial proximal 84. O mancai fulcro que compreende o mancai radial distai 82 facilita o pivotamento do eixo de perfuração 24 e permite à broca de perfuração 22 inclinar em qualquer dire- ção desejada. Especificamente a broca de perfuração 22 é deixada se incli- nar na direção oposta da direção do dobramento.

O dispositivo 20 é ainda constituído de um conjunto de deflexão de eixo de perfuração 92 contido dentro da carcaça 46 para dobrar aí o eixo de perfuração 24. O conjunto de deflexão de eixo de perfuração 92 é locali- zado axialmente em uma localização entre a localização mancai radial distai 86 e a localização mancai radial proximal 90 de modo que o conjunto de de- flexão 92 dobra o eixo de perfuração 24 entre a localização mancai radial distai 86 e a localização mancai radial proximal 90. Diversas modalidades do conjunto de deflexão de eixo de perfuração 92 estão descritas abaixo em detalhe.

O dispositivo 20 pode também ser ainda constituído de um con- junto de indexação 93 contido dentro da carcaça 46 para orientar o meca- nismo de deflexão para fornecer uma face de ferramenta desejada. O con- junto de indexação 93 pode ser integrado com o conjunto de deflexão 92 ou ele pode ser constituído de um aparelho separado. Diversas modalidades do conjunto de indexação 93 estão descritas abaixo em detalhe.

Em adição aos mancais radiais 82, 84 para suportar de maneira rotativa o eixo de perfuração 24 radialmente, o dispositivo 20 ainda inclui, preferivelmente, um ou mais mancais de empuxo para suportar de maneira rotativa, axialmente, o eixo de perfuração 24.

Preferivelmente, dispositivo 20 é constituído de no mínimo um mancai de empuxo distai 94 e no mínimo um mancai de empuxo proximal 96. Os mancais de empuxo 94, 96 podem ser posicionados em quaisquer localizações ao longo do comprimento do eixo de perfuração 24, permitindo aos mancais 94, 96 suportar de maneira rotativa o eixo de perfuração 24, axialmente, dentro da carcaça 46.

Preferivelmente, no mínimo um mancai de empuxo distai 94 é localizado axialmente em uma localização mancai de empuxo distai 98 que é preferivelmente localizada axialmente entre a extremidade distai 50 da car- caça 46 e o conjunto de deflexão 92. O mancai de empuxo distai 94 pode ser constituído de qualquer mancai de empuxo adequado, porém é preferi- velmente constituído do mancai fulcro 88 descrito acima, de modo que a lo- calização mancai de empuxo distai 98 está na localização mancai radial distai 86.

Preferivelmente, no mínimo um mancai de empuxo proximal 96 é localizado axialmente em uma localização mancai de empuxo proximal 100 que é preferivelmente localizada axialmente entre a extremidade proximal 48 da carcaça 46 e o conjunto de deflexão 92. Mais preferivelmente, a localiza- ção mancai de empuxo proximal 100 é localizada axialmente entre a extre- midade proximal 48 da carcaça 46 e a localização mancai radial proximal 90. O mancai de empuxo proximal 96 pode ser constituído de qualquer mancai de empuxo adequado.

Como resultado dos mancais de empuxo 94, 96, a maior parte do peso sobre a broca de perfuração 22 pode ser transferida para e por meio da carcaça 46 quando comparado por meio do eixo de perfuração 24 do dis- positivo 20. Assim, o eixo de perfuração 24 pode ser deixado ser mais fino e mais controlável. Também, a maior parte do peso de perfuração contorna o eixo de perfuração 24 substancialmente entre suas extremidades proximal e distai 48, 50, e assim contorna os outros componentes do dispositivo 20, inclusive o conjunto de deflexão 92. Mais particularmente, o peso aplicado sobre a broca de perfuração 22 por meio da coluna de perfuração 25 é transferido no mínimo em parte da coluna de perfuração 25 para a extremi- dade proximal 48 da carcaça 46 por meio do mancai de empuxo proximal 96 na localização mancai de empuxo proximal 100. O peso é ainda transferido, no mínimo em parte, da extremidade distai 50 da carcaça 46 para o eixo de perfuração 24, e assim a broca de perfuração ligada 22 por meio do mancai fulcro 88 na localização mancai de empuxo distai 100.

Os mancais de empuxo 94, 96 são preferivelmente pré- carregados. Qualquer mecanismo, estrutura, dispositivo ou processo capaz de pré-carregar os mancais de empuxo 94, 96 pode ser utilizado.

Devido à rotação do eixo de perfuração 24 durante perfuração rotativa, haverá uma tendência para a carcaça 46 girar durante a operação de perfuração. Como resultado, o dispositivo 20 é preferivelmente constituí- do de um dispositivo anti-rotação 252 associado com a carcaça 46, para restringir rotação da carcaça 46 dentro do furo de poço. Qualquer tipo de dispositivo anti-rotação 252, ou qualquer mecanismo, estrutura, dispositivo ou processo capaz de restringir ou inibir a tendência da carcaça 46 para gi- rar quando da perfuração rotativa, pode ser utilizado. Além disto, um ou mais de tais dispositivos 252 podem ser utilizados, quando necessário, para for- necer o resultado desejado.

Da mesma forma, o dispositivo 252 pode ser associado com qualquer porção da carcaça 46. Em outras palavras, o dispositivo anti- rotação 252 pode ser localizado em qualquer localização ou posição ao lon- go do comprimento da carcaça 46 entre suas extremidades proximal e distai 48, 50. O dispositivo anti-rotação 252 pode ser associado com a carcaça 46 em qualquer maneira que permita o funcionamento do dispositivo 252 para inibir ou restringir rotação da carcaça 46.

Em adição, o dispositivo para controle de direção de perfuração é preferivelmente ainda constituído de uma ou mais vedações ou con- juntos de vedação para vedar as extremidades distai e proximal 50, 48 da carcaça 46, de tal modo que os componentes do dispositivo 20 localizados entre elas não sejam expostos a diversos fluidos de perfuração, tal como lama de perfuração. Em adição a inibir a entrada de fluidos de perfuração para o interior do dispositivo 20 a partir de fora, as vedações ou conjuntos de vedação também facilitam a manutenção ou retenção de fluidos lubrificantes desejáveis dentro do dispositivo 20.

Preferivelmente, o dispositivo 20 é constituído de uma vedação distai ou conjunto de vedação 280 e uma vedação proximal ou conjunto de vedação 282. A vedação distai 280 é posicionada radialmente e fornece uma vedação rotativa entre a carcaça 46 e o eixo de perfuração 24 na, adjacente a, ou em proximidade com a extremidade distai 50 da carcaça 46.

A vedação proximal 282 é posicionada radialmente e fornece uma vedação rotativa entre a carcaça 46 e o eixo de perfuração 24 na, adja- cente ou em proximidade com a extremidade proximal 48 da carcaça 46. Contudo, onde a coluna de perfuração 25 se estende dentro da extremidade proximal 48 da carcaça 46, a vedação proximal 282 é mais particularmente posicionada entre a carcaça 46 e a coluna de perfuração 25. Assim, a veda- ção proximal 282 é posicionada radialmente e fornece uma vedação entre o eixo de vedação 24 ou a coluna de perfuração 25 e a carcaça 46 na, adja- cente à, ou em proximidade com a extremidade proximal 48 da carcaça.

Da mesma forma, o interior da carcaça 46 define preferivelmente uma câmara de fluido 284 entre as extremidades distai e proximal 50,48 da carcaça 46. Assim, a câmara de fluido 284 é posicionada ou definida entre as vedações distai e proximal 280, 282 associadas com as extremidades distai e proximal 50, 48 da carcaça 46, respectivamente. Como indicado acima, a câmara de fluido 284 é preferivelmente enchida com um fluido lu- brificante para Iubrificar os componentes do dispositivo 20 dentro da carcaça 46.

As vedações distai e proximal 280, 282 são preferivelmente montadas ao redor do eixo de perfuração 24 e coluna de perfuração 25, res- pectivamente, de tal modo que o eixo de perfuração 24 e a coluna de perfu- ração ligada 25 são deixados girar aí, ao mesmo tempo que mantém a ve- dação. Além disto, as vedações distai e proximal 280, 282 fornecem preferi- velmente um arranjo de vedação flexível ou conexão flexível entre a carcaça 46 e o eixo de perfuração 24 ou coluna de perfuração 25, para manter a ve- dação fornecida por eles, ao mesmo tempo que acomoda qualquer movi- mento ou deflexão do eixo de perfuração 24 ou coluna de perfuração 25 dentro da carcaça 46. Esta conexão flexível é particularmente importante para a vedação distai 280 que está exposta ao pivotamento do eixo de perfu- ração 24 por meio do conjunto de deflexão 92. Um arranjo de vedação ade- quado está descrito em detalhe na patente U.S. Número 6.244.361 B1 (Halliburton Energy Services, Inc.). O fluido lubrificante contido dentro da câmara de fluido 284 da

carcaça 46 entre as vedações proximal e distai 282, 280 tem uma pressão. Preferivelmente, o dispositivo 20 ainda é constituído de um sistema de com- pensação de pressão 326 para equilibrar a pressão do fluido lubrificante contido na câmara de fluido 284 dentro da carcaça 46 com a pressão ambi- ente fora da carcaça 46. O sistema de compensação de pressão 326 pode ser localizado em qualquer posição ou localização dada ao longo do com- primento da carcaça 46 entre as vedações distai e proximal 280, 282.

O sistema de compensação de pressão 326 pode ser constituído de qualquer mecanismo, dispositivo ou estrutura capaz de fornecer ou per- mitir o equilíbrio da pressão do fluido lubrificante contido na câmara de fluido 284 com a pressão ambiente fora da carcaça 46. Preferivelmente, o sistema de compensação de pressão 326 é constituído de, no mínimo, uma porta de pressão 328 na carcaça 46, de modo que a pressão ambiente fora da carca- ça 46 pode ser comunicada à câmara de fluido 284.

Preferivelmente, a pressão do fluido lubrificante contido na câ- mara de fluido 284 da carcaça 46 é mantida mais elevada do que a pressão ambiente fora da carcaça 46 ou da pressão anelar no furo de poço. Especifi- camente, o sistema de compensação de pressão 326 preferivelmente man- tém internamente uma pressão positiva através das vedações distai e proxi- mal 280, 282. Como resultado, no caso que haja qualquer tendência para as vedações distai e proximal 280, 282 vazarem e permitirem a passagem de fluido através das vedações 280, 282, a passagem de qualquer tal fluido irá tender a ser fluido lubrificante a partir de dentro da câmara de fluido 284 para fora do dispositivo 20.

Para fornecer uma pressão dentro da câmara de fluido 284 da carcaça 46, mais elevada do que a pressão anelar fora, o sistema de com- pensação de pressão 326 é ainda preferivelmente constituído de uma fonte de pressão suplementar 330. A fonte de pressão suplementar 330 exerce pressão sobre o fluido lubrificante contido na câmara de fluido 284, de modo que a pressão do fluido lubrificante contido na câmara de fluido 284 é manti- da mais elevada do que a pressão ambiente fora da carcaça 46. O diferenci- al de pressão entre a câmara de fluido 284 e o exterior da carcaça 46 pode ser selecionado de acordo com as condições de perfuração esperadas. Contudo, preferivelmente somente uma ligeira pressão positiva é fornecida na câmara de fluido 284 por meio da fonte de pressão suplementar 330.

A pressão suplementar pode ser fornecida de qualquer maneira ou por meio de qualquer processo, e a fonte de pressão suplementar 330 pode ser constituída de qualquer estrutura, dispositivo ou mecanismo capaz de fornecer a pressão suplementar desejada dentro da câmara de fluido 284 para gerar o diferencial de pressão desejado entre a câmara de fluido 284 e o exterior da carcaça 46.

Preferivelmente, o sistema de compensação de pressão 326 é ainda constituído de um conjunto pistão de equilíbrio 336 que inclui um pis- tão móvel 340 contido dentro de uma câmara de pistão 338. O pistão 340 separa a câmara de pistão 338 em um lado câmara de fluido 342 e um lado de equilíbrio 344. O lado câmara de fluido 342 é conectado com a câmara de fluido 284 e é preferivelmente localizado de forma distai de furo abaixo do pistão 340. A porta de pressão 328 se comunica com o lado de equilíbrio 344 da câmara de pistão 338 que é preferivelmente localizada de forma pro- ximal de furo acima do pistão 340. Além disto, a fonte de pressão suple- mentar 330 atua sobre o lado de equilíbrio 344 da câmara de pistão 338. Especificamente, a fonte de pressão suplementar 330 atua sobre o lado de equilíbrio 344 exercendo a pressão suplementar sobre o pistão 340.

Preferivelmente, a fonte de pressão suplementar 330 é consti- tuída de um dispositivo de desvio localizado dentro do lado de equilíbrio 344 da câmara de pistão 338 e que exerce a pressão suplementar sobre o pistão 340. O dispositivo de desvio pode ser constituído de qualquer dispositivo, estrutura ou mecanismo capaz de desviar o pistão 340 na maneira descrita acima. Preferivelmente, o dispositivo de desvio é constituído de uma mola 346.

Preferivelmente, o dispositivo 20 têm a capacidade de comunicar sinais elétricos entre dois elementos que giram um em relação ao outro, sem ter qualquer contato entre eles. Por exemplo, esta comunicação é requerida ao descarregar parâmetros de operação para o dispositivo 20, ou comunicar informação furo abaixo a partir do dispositivo 20 ou ainda furo acima ao lon- go da coluna de perfuração 25 ou para a superfície. Especificamente, os si- nais elétricos devem ser comunicados entre o eixo de perfuração 24 e a car- caça 46, os quais giram um em relação ao outro durante a operação de perfuração rotativa.

A ligação de comunicação entre o eixo de perfuração 24 e a car- caça 46 pode ser fornecida por qualquer acoplamento, ou processo de co- municação, direto ou indireto, ou qualquer mecanismo, estrutura ou disposi- tivo para acoplar direta ou indiretamente o eixo de perfuração 24 com a car- caça 46. Por exemplo, a comunicação entre a carcaça 46 e o eixo de perfu- ração 24 pode ser fornecida por um anel deslizante ou por um acoplador toroidal de comunicação gama na broca. Contudo, na modalidade preferen- cial a comunicação entre o eixo de perfuração 24 e a carcaça 46 é fornecida por um dispositivo de acoplamento eletromagnético 350 entre a carcaça 46 e o eixo de perfuração.

O conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93 podem ser atuados manualmente. Preferivelmente1 contudo, o dispositivo 20 é ainda constituído de um controlador 360 para controlar a atuação do conjunto de deflexão de eixo de perfuração 92 e o conjunto de indexação 93 para forne- cer controle de perfuração direcional. O controlador 360 do dispositivo 20 é preferivelmente associado com a carcaça 46, e é preferivelmente constituído de um inserto eletrônico posicionado dentro da carcaça 46. Informação ou dados fornecidos pelos diversos sensores furo abaixo do dispositivo 20 são comunicados ao controlador 360 para que o conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93 possam ser atuados com referência à, e de acordo com a informação ou dados fornecidos pelos sensores. O dispositivo para controle de direção de perfuração 20 é prefe-

rivelmente constituído de um aparelho sensor de orientação de carcaça 362 que é associado com a carcaça 46 para sensoriar a orientação da carcaça 46 dentro do furo de poço. Uma vez que a carcaça 46 é substancialmente restringida quanto a girar durante perfuração, a orientação da carcaça 46, que é sensoriada pelo aparelho sensor de orientação de carcaça 362, forne- ce a orientação de referência para o dispositivo 20.

O aparelho sensor de orientação de carcaça 362 pode ser cons- tituído de qualquer sensor ou sensores tal como um ou uma combinação de magnetômetros e acelerômetros capazes de sensoriar a orientação da car- caça 46. O aparelho sensor de orientação de carcaça 362 é preferivelmente localizado tão próximo quanto possível da extremidade distai 50 da carcaça 46. O aparelho sensor de orientação de carcaça 362 preferivelmente senso- ria a orientação da carcaça 46 em três dimensões no espaço. Alternativa- mente, o aparelho sensor de orientação de carcaça 362 pode ser projetado para sensoriar a orientação da carcaça 46 em menos do que três dimen- sões. Por exemplo, o aparelho sensor de orientação de carcaça 362 pode ser projetado para sensoriar a orientação da carcaça 46 em relação à gravi- dade e/ou ao campo magnético da terra. Uma modalidade preferencial de aparelho sensor de orientação de carcaça 362 está descrita abaixo em de- talhe.

Preferivelmente, o aparelho sensor de orientação de carcaça 362 está contido dentro ou é parte de um ABI ou inserto de inclinação na broca associado com a carcaça 46. Preferivelmente, o inserto ABI 364 é co- nectado ou montado com a carcaça 46 na, adjacente ou em proximidade próxima com sua extremidade distai 68. Fazendo referência às Figuras 1(a) e 1(b), o inserto ABI 364 é delineado como localizado de maneira distai ao conjunto de deflexão 92. Fazendo referência à Figura 7(b), o inserto ABI 364 está delineado como localizado de maneira proximal ao conjunto de deflexão 92. Qualquer configuração é possível, com a configuração preferencial de- pendendo do projeto do conjunto de deflexão 92, do conjunto de indexação 93 e dos outros componentes do dispositivo para controle de direção de perfuração 20.

O dispositivo para controle de direção de perfuração 20 pode ser também constituído de um aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão 366 associado com o conjunto de deflexão 92 para sensoriar a ori- entação do mecanismo de deflexão. Alternativamente, o mecanismo de de- flexão pode ser projetado para manter uma orientação constante em relação à carcaça 46, de modo que a orientação do mecanismo de deflexão pode ser determinada a partir da orientação da carcaça 46, eliminando assim a necessidade por um aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão separado 366.

Onde fornecido, o aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão 366 preferivelmente sensoria a orientação do mecanismo de defle- xão em relação à carcaça 46. Contudo, o aparelho sensor de orientação de conjunto de deflexão 366 pode também sensoriar a orientação do mecanis- mo de deflexão sem referência à orientação da carcaça 46, caso em que pode ser possível eliminar o aparelho sensor de orientação de carcaça 362.

O aparelho sensor de orientação do conjunto de deflexão 366 pode ser constituído de qualquer sensor ou sensores tal como um ou uma combinação de magnetômetros e acelerômetros capazes de sensoriar a po- sição do conjunto de deflexão 92 no espaço, ou em relação à carcaça 46.

O controlador 360 também pode ser conectado operacional- mente com um aparelho sensor de orientação de coluna de perfuração 376, de modo que o conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93 podem ainda ser atuados com referência à orientação da coluna de perfuração 25. O aparelho sensor de orientação da coluna de perfuração 376 é conectado, montado ou associado de outra forma com a coluna de perfuração 25. O controlador 360 pode ser conectado operacionalmente com o aparelho sen- sor de orientação de coluna de perfuração 376 de qualquer maneira e por meio de qualquer mecanismo, estrutura, dispositivo ou processo que permita ou forneça a comunicação de informação ou de dados entre eles. Contudo, preferivelmente, a conexão operacional entre o controlador 360 e o aparelho sensor de orientação da coluna de perfuração 376 é fornecida pelo dispositi- vo de acoplamento eletromagnético 350.

O aparelho sensor de orientação de coluna de perfuração 376 pode ser constituído de qualquer sensor ou sensores, tal como um ou uma combinação de magnetômetros e acelerômetros capazes de sensoriar a ori- entação da coluna de perfuração 25. Em adição, o aparelho sensor de ori- entação de coluna de perfuração 376 preferivelmente sensoria a orientação da coluna de perfuração 25 em três dimensões no espaço.

O conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93 são, portanto, preferivelmente atuados para refletir uma orientação desejada da coluna de perfuração 25, levando em consideração a orientação da coluna de perfuração 25, a orientação da carcaça 46 e a orientação do conjunto de deflexão 92 em relação à carcaça 46.

Da mesma forma, enquanto perfura, a carcaça 46 pode tender a girar lentamente na mesma direção de rotação do eixo de perfuração 24, devido à pequena quantidade de torque que é transmitida a partir do eixo de perfuração 24 para a carcaça 46. Este movimento faz com que a face de ferramenta da broca de perfuração 22 se mova para fora da posição deseja- da. Os diversos aparelhos sensores 362, 366, 376 podem sensoriar esta mudança e comunicar a informação ao controlador 360. O controlador 360 preferivelmente mantém a face da ferramenta da broca de perfuração 22 no alvo por meio de ajustar automaticamente a orientação do mecanismo de deflexão, para compensar a rotação da carcaça 46.

Para que aquela informação ou dados possam ser comunicados ao longo da coluna de perfuração 25 a partir de, ou para localizações furo abaixo, tais como a partir de, ou para o controlador 360 do dispositivo 20, o dispositivo 20 pode ser constituído de um sistema de comunicação de colu- na de perfuração 378. Mais particularmente, o aparelho sensor de orientação de coluna de perfuração 376 é também preferivelmente conectado operacio- nalmente com o sistema de comunicação da coluna de perfuração 378, de modo que a orientação da coluna de perfuração 25 pode ser comunicada a um operador do dispositivo 20. O operador do dispositivo 20 pode ser ou uma pessoa na superfície encarregada do controle das operações de perfu- ração ou pode ser constituído de um computador ou outro sistema operacio- nal para o dispositivo 20.

O sistema de comunicação de coluna de perfuração 378 pode ser constituído de qualquer sistema capaz de comunicar ou transmitir dados ou informação a partir de, ou para, localizações furo abaixo. Contudo, prefe- rivelmente, o sistema de comunicação de coluna de perfuração 378 é cons- tituído de um sistema ou dispositivo MWD ou Medição Enquanto Perfura.

O dispositivo 20 pode ser constituído de qualquer número adiei- onal de sensores como requerido ou desejado para qualquer operação de perfuração particular, tais como sensores para monitorar outros parâmetros internos do dispositivo 20.

O dispositivo 20 pode ainda ser constituído de um dispositivo de memória 380, para armazenar dados gerados por um ou mais dentre os apa- relhos sensores de orientação de carcaça 362, aparelhos sensores de ori- entação de conjunto de deflexão 366, aparelhos sensores de orientação de coluna de perfuração 376 ou dados obtidos a partir de alguma outra fonte, tal como, por exemplo, um operador do dispositivo 20. O dispositivo de memó- ria 380 é preferivelmente associado com o controlador 20, porém pode ser posicionado em qualquer lugar entre as extremidades proximal e distai 48, 50 da carcaça 46 ao longo da coluna de perfuração 25, ou pode mesmo ser localizado fora do furo de sondagem. Durante operação do dispositivo 20, dados podem ser recuperados a partir do dispositivo de memória 380, quan- do necessário, para controlar a operação do dispositivo 20, inclusive a atua- ção do conjunto de deflexão 92 e do conjunto de indexação 93.

Finalmente, o dispositivo 20 pode ainda ser constituído de um conjunto de travamento de carcaça 382 para engatar de maneira seletiva a carcaça 46 com o eixo de perfuração 24, de modo que o eixo de perfuração 24 e a carcaça 46 irão girar juntos. Este conjunto de travamento de carcaça 382 é particularmente vantajoso em circunstâncias onde a carcaça 46 se tornou presa em um furo de poço, uma vez que a aplicação de torque para a carcaça 46 por meio da coluna de perfuração 25 e do eixo de perfuração 24 pode ser suficiente para deslocar a carcaça 46. Uma modalidade preferenci- al do conjunto de travamento de carcaça 382 está descrita abaixo em deta- lhe.

2. Descrição detalhada de conjunto de deflexão 92

Como indicado acima, o dispositivo 20 inclui um conjunto de de- flexão de eixo de perfuração 92 contido dentro da carcaça 46, para dobrar o eixo de perfuração 24. O conjunto de deflexão 92 pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho capaz de dobrar o eixo de perfuração 24 ou de defletir o eixo de perfuração 24 lateralmente ou radialmente dentro da carcaça 46, e que tem os seguintes componentes básicos:

(a) um mecanismo de deflexão 384 para imprimir movimento lateral ao eixo de perfuração 24 para dobrar o eixo de perfuração 24;

(b) um atuador de deflexão 386 para atuar o mecanismo de defle- xão 384 em resposta a movimento longitudinal do atuador de deflexão 386; e

(c) um mecanismo de articulação de deflexão 388 entre o mecanis- mo de deflexão 384 e o atuador de deflexão 386 para converter movimento longitudinal do atuador de deflexão 386 em movimento lateral do eixo de perfuração 24.

A Figura 7 delineia em detalhe um dispositivo para controle de direção de perfuração 20 dentro do escopo da invenção, que inclui uma ter- ceira modalidade preferencial do conjunto de deflexão 92. A despeito do projeto escolhido do conjunto de deflexão 92, os componentes que constitu- em o conjunto de deflexão 92 podem ser localizados genericamente na loca- lização do conjunto de deflexão 92, como delineado na Figura 7(c), com pe- quena modificação para o dispositivo 20 como delineado na Figura 7. (a) Primeira Modalidade Preferencial de Conjunto de Deflexão 92 (Figuras 2- 5}

Na primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92, o mecanismo de deflexão 384 é constituído de um mecanismo excêntrico de anel duplo. Embora estes anéis excêntricos possam ser localizados a uma distância separada e espaçada ao longo do comprimento do eixo de perfura- ção 24, preferivelmente, o mecanismo de deflexão 384 é constituído de um anel externo excêntrico 156 e um anel interno excêntrico 158 fornecidos em uma única localização ou posição ao longo do eixo de perfuração 24. A rota- ção dos dois anéis excêntricos 156,158 imprime uma deflexão controlada ao eixo de perfuração 24 na localização do mecanismo de deflexão 384.

Particularmente, o anel externo 156 tem uma superfície periféri- ca externa circular 160 e define aí uma superfície periférica interna circular 162. O anel externo 156 e preferivelmente a superfície periférica externa cir- cular 160 do anel externo 156 é suportada de maneira rotativa por meio de, ou montada de maneira rotativa sobre, direta ou indiretamente na superfície periférica interna circular 78 da carcaça 46. A superfície periférica externa circular 160 pode ser suportada ou montada sobre a superfície periférica interna circular 78 por meio de qualquer estrutura, suporte, mecanismo ou dispositivo que permita a rotação do anel externo 156 em relação à carcaça 46, tal como por meio de um mecanismo ou conjunto de mancai de rolos.

A superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156 é formada e posicionada dentro do anel externo 156, de tal modo que ela é excêntrica em relação à carcaça 46. Em outras palavras, a superfície perifé- rica interna circular 162 é desviada da carcaça 46 para fornecer um grau desejado ou quantidade de desvio.

Mais particularmente, a superfície periférica interna circular 78 da carcaça 46 é centralizada sobre o centro do eixo de perfuração 24, ou o eixo de rotação "A" do eixo de perfuração 24 quando o eixo de perfuração 24 está em uma condição não-defletida, ou o conjunto de deflexão 92 está ino- perante. A superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156 é centralizada no ponto "B" que é desviado do eixo de rotação do eixo de per- furação 24 por uma distância e.

De maneira similar, o anel interno 158 tem uma superfície perifé- rica externa circular 166 e define aí uma superfície periférica interna circular 168. O anel interno 158 e preferivelmente a superfície periférica externa cir- cular 166 do anel interno 158, é suportada de maneira rotativa por, ou mon- tada de maneira rotativa sobre, ou diretamente ou indiretamente, na superfí- cie periférica interna circular 162 do anel externo 156. A superfície periférica externa circular 166 pode ser suportada por, ou montada sobre a superfície periférica interna circular 162 por meio de qualquer estrutura, suporte, me- canismo ou dispositivo que permita a rotação do anel interno 158 em relação ao anel externo 156, tal como por meio de um mecanismo ou conjunto de mancai de rolos.

A superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 é formada e posicionada dentro do anel interno 158, de tal modo que ele é excêntrico em relação à superfície periférica interna circular 162 do anel ex- terno 156. Em outras palavras, a superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 é desviada da superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156, para fornecer um grau ou quantidade de desvio desejada.

Mais particularmente, a superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 é centralizada sobre o ponto "C" que é desviado do cen- tro "B" da superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156 pela mesma distância "e". Como descrito, preferivelmente o grau de desvio da superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156 da carcaça 46 definida pela distância e, é substancialmente igual ao grau de desvio da su- perfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 a partir da superfí- cie periférica interna circular 162 do anel externo 156, também definido pela distância "e".

O eixo de perfuração 24 se estende através da superfície perifé- rica interna circular 168 do anel interno 158 e é suportado de maneira rotati- va com isto. O eixo de perfuração 24 pode ser suportado por meio da super- fície periférica interna circular 168 por meio de qualquer estrutura, suporte, mecanismo ou dispositivo que permita a rotação do eixo de perfuração 24 em relação ao anel interno 158, tal como por meio de um mecanismo ou conjunto de mancai de rolos.

Como resultado da configuração descrita acima, o eixo de perfu- ração 24 pode ser movido, e especificamente pode ser desviado lateral- mente ou radialmente dentro da carcaça 46, quando do movimento do centro da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158. Especifica- mente, quando da rotação dos anéis interno e externo 158,156 ou indepen- dentemente ou juntos, o centro do eixo de perfuração 24 pode ser movido com o centro da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 e posicionado em qualquer ponto dentro de um círculo que tem um raio adi- cionado pelas quantidades de desvio da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 e a superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156.

Em outras palavras, girando os anéis interno e externo 158, 156 um em relação ao outro, o centro da superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 pode ser movido em qualquer posição dentro de um cír- culo que tem o raio predeterminado ou predefinido como descrito acima. As- sim, a porção ou seção do eixo de perfuração 24 que se estende através de, e suportada pela superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158, pode ser defletida por uma quantidade em qualquer direção perpendi- cular ao eixo de rotação do eixo de perfuração 24.

Como resultado, é possível com a configuração de anel excên- trico duplo 156,158, controlar ambos, a orientação da face da ferramenta e a quantidade de deflexão da broca de perfuração 22 conectada com o eixo de perfuração 24.

Mais particularmente, uma vez que a superfície periférica interna

circular 162 do anel externo 156 tem o centro B que é desviado do centro de rotação A do eixo de perfuração 24 pela distância "e", o lugar geométrico do centro B está representado por um círculo que tem um raio "e" ao redor do centro A. Além disto, uma vez que a superfície periférica interna circular 168 do anel interno 158 tem o centro C que é desviado do centro B por uma dis- tância "e", o lugar geométrico do centro C é representado por um círculo que tem um raio "e" ao redor do centro B. Como resultado, o centro C pode ser movido em qualquer posição desejada dentro de um círculo que tem um raio de "2e" ao redor do centro A. Conseqüentemente, a porção do eixo de perfu- ração 24 suportada pela superfície periférica interna circular 168 do anel in- terno 158 pode ser defletida em qualquer direção sobre um plano perpendi- cular ao eixo de rotação do eixo de perfuração 24 por uma distância de até "2e", (isto é "e" mais "e"), fornecendo assim variação ilimitada em um ajuste "Deflexão LIGADA".

Em adição, como descrito, as distâncias de desvio "e" são prefe-

rivelmente substancialmente similares em ordem para permitir a operação do dispositivo 20 de tal modo que o eixo de perfuração 24 esteja não-defletido dentro da carcaça 24 quando perfuração direcional não é requerida. Mais particularmente, uma vez que o grau de desvio de cada um dos centros B e C da superfície periférica interna circular 162 do anel externo 156 e a super- fície periférica interna circular 168 do anel interno 158, respectivamente, é preferivelmente definida pela mesma ou igual distância "e", o centro C da porção do eixo de perfuração 24 que se estende através do conjunto de de- flexão 92 pode ser posicionado sobre o eixo de rotação A do eixo de perfu- ração 24 (isto é, "e" menos "e"), caso em que o dispositivo 20 está em um modo de deflexão zero ou está ajustado em um ajuste "Deflexão DESLIGA- DA".

Proporcionar variação ilimitada na deflexão do eixo de perfura- ção 24 como descrito acima, resulta no conjunto de deflexão 92 também proporcionar a função do conjunto de indexação 93. Embora tal conjunto de deflexão de dupla função 92 possa ser desejável, ele também pode ser rela- tivamente complexo para construir, operar e manter.

Como resultado, na primeira modalidade preferencial do con- junto de deflexão 92, o conjunto de deflexão 92 é configurado para operar somente em um ajuste de "Deflexão DESLIGADA" e um ajuste de "Deflexão LIGADA". O ajuste Deflexão DESLIGADA é fornecido orientando os anéis excêntricos 156, 158 de modo que as excentricidades das superfícies inter- nas dos anéis 162,168 se anulam (isto é, "e" menos "e"). O ajuste Deflexão LIGADA é fornecido orientando os anéis excêntricos 156,158 de modo que as excentricidades das superfícies internas dos anéis 162,168 se somam (isto é, "e" mais "e").

Esta configuração simplificada simplifica a atuação do conjunto de deflexão 92, porém requer que uma etapa de indexação separada seja realizada para orientar o dobramento no eixo de perfuração 24, para alcan- çar uma orientação desejada de face de ferramenta.

O mecanismo de deflexão que compreende os anéis interno e externo 158,156 pode ser atuado por meio de qualquer combinação ade- quada de atuador de deflexão móvel longitudinalmente 386, e mecanismo de articulação de deflexão 388. Preferivelmente, os anéis interno e externo 158,156 são atuados ou direta ou indiretamente utilizando a rotação do eixo de perfuração 24.

Na primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão 92, o atuador de deflexão 384 é constituído de um carne de luva móvel longitu- dinalmente 390. Na primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão 92, o mecanismo de articulação de deflexão 388 é fornecido por meio de uma primeira trilha 392 e uma segunda trilha 394 no carne de luva 390, que en- gatam um primeiro elemento de articulação de deflexão rotativo 396 e um segundo elemento de articulação de deflexão rotativo 398.

É observado que o carne de luva 390 é capaz de movimento longitudinal, porém não rotação, enquanto os elementos de articulação de deflexão 396,398 são capazes de rotação, porém não movimento longitudi- nal. Desta maneira, movimento longitudinal do carne de luva 390 é converti- do em rotação dos elementos de articulação de deflexão 396,398.

O primeiro elemento de articulação de deflexão 396 por sua vez é conectado com um dentre o anel externo 156 e o anel interno 158, e o se- gundo elemento de articulação de deflexão 398 é conectado com o outro dentre o anel externo 156 e o anel interno 158. No mínimo uma das trilhas 392, 394 é uma trilha espiral. Se am-

bas as trilhas 392, 394 são trilhas em espiral, elas ou espiralam em direções opostas ou a velocidades diferentes, de modo que o movimento longitudinal do carne de luva 390 irá fazer com que os elementos de articulação de de- flexão 396, 398 se movam nas trilhas 392, 398 e irá fazer com que os anéis 156,158 girem ou em direções diferentes ou em velocidades diferentes.

Fazendo referência à Figura 5, o carne de luva 390 é constituído de um tubo oco, o primeiro elemento de articulação de deflexão 396 é cons- tituído de um tubo oco acomodado de maneira telescópica dentro do came de luva 390, e o segundo elemento de articulação de deflexão 398 é um tubo oco acomodado de maneira telescópica dentro do primeiro elemento de arti- culação de deflexão 396.

Fazendo referência à Figura 5, a primeira trilha 392 é constituída de um canal contínuo no came de luva, que engata um primeiro pino 400 no primeiro elemento de articulação de deflexão 396. De maneira similar, a se- gunda trilha 394 é constituída de um canal contínuo no came de luva 390 que engata um segundo pino 402 no segundo elemento de articulação de deflexão 398. Preferivelmente um mecanismo porta, não mostrado, é forne- cido para cada um dos conjuntos trilha/pino para restringir movimento dos pinos nas trilhas a uma direção.

Fazendo referência à Figura 3, a primeira trilha 392 é uma trilha espiral e a segunda trilha 394 é uma trilha reta, de modo que o primeiro ele- mento de articulação de deflexão 396 irá imprimir rotação a um dos anéis 156,158 quando de movimento longitudinal do carne de luva 390, enquanto o segundo elemento de articulação de deflexão 398 não irá imprimir qualquer rotação ao outro dos anéis 156,158 quando de movimento longitudinal do carne de luva 390.

Fazendo referência à Figura 4, a primeira trilha 392 é uma trilha

espiral e a segunda trilha 394 é também uma trilha espiral na direção oposta, de modo que o primeiro elemento de articulação de deflexão 396 irá imprimir rotação a um dos anéis 156,158 em uma direção quando de movimento lon- gitudinal do came de luva 390, enquanto o segundo elemento de articulação de deflexão 398 irá imprimir rotação ao outro dos anéis 156,158 na direção oposta quando de movimento longitudinal do came de luva 390. A modalida- de de came de luva 390 delineada na Figura 4 facilita um came de luva mais curto 390 do que a modalidade de came de luva 390 delineada na Figura 3.

Os elementos de articulação de deflexão 396,398 incluem, cada um, uma extremidade de acionamento 404 à qual os anéis 156,158 podem ser conectados direta ou indiretamente para fornecer atuação do mecanismo de deflexão 384.

O movimento alternativo do came de luva 390 é energizado por uma fonte de energia 406. Fazendo referência à Figura 7(c), a fonte de energia preferencial 406 para o conjunto de deflexão 92 é constituída de uma bomba hidráulica, um cilindro e um pistão que é ou direta ou indireta- mente conectado com o came de luva 390. Preferivelmente, a fonte de ener- gia 406 é de dupla ação, de modo que ela fornece energia para dar movi- mento alternativo ao came de luva em direções opostas, para mover o me- canismo de deflexão 384 entre uma posição Deflexão DESLIGADA e Defle- xão LIGADA.

O conjunto de deflexão 92 como descrito acima, pode assim ser utilizado para fornecer deflexão do eixo de perfuração 24. Indexação do me- canismo de deflexão 384 para fornecer uma orientação de face de ferra- menta desejada, pode então ser fornecida por um conjunto de indexação separado 93, tal como as modalidades de conjunto de indexação 93 descri- tas abaixo.

Alternativamente, na primeira modalidade preferencial de con- junto de deflexão 92, o conjunto de indexação 93 pode ser constituído de uma "extensão" do conjunto de deflexão 92. Especificamente, e fazendo re- ferência às Figuras 3-5, cada uma das primeira trilha 392 e segunda trilha 394 podem ser constituídas de um segmento de deflexão 407 e de um seg- mento de indexação 409.

Os segmentos de deflexão 407 das trilhas 392,394 servem para defletir e endireitar o eixo de perfuração 24, enquanto os segmentos de in- dexação 409 das trilhas 392, 394 servem para girar ambos os anéis 156,158 na mesma velocidade e na mesma direção, para orientar a direção do do- bramento no eixo de perfuração 24. Cada ciclo de atuação do carne de luva por meio dos segmentos de indexação 409 irão fornecer uma rotação pre- determinada do mecanismo de deflexão 384, que depende da forma e incli- nação da espiral dos segmentos de indexação 409.

Finalmente, se o conjunto de deflexão 92 não é projetado para realizar uma função de indexação, é possível omitir o segundo mecanismo de articulação de deflexão inclusive a segunda trilha 394, o segundo pino 402 e o segundo elemento de articulação de deflexão 398, uma vez que o eixo de perfuração 24 pode ser dobrado simplesmente por meio de rotação de um dos anéis 156,158 em relação ao outro anel, sem qualquer necessi- dade de girar com o outro o anel. Indexação do mecanismo de deflexão 304 pode então ser realizada por um conjunto de indexação separado 93. (b) Segunda modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92 (Figura 6)

A segunda modalidade preferencial do conjunto de deflexão 92 é essencialmente uma variação da primeira modalidade do conjunto de defle- xão 92. A diferença entre as duas modalidades é relativa primariamente ao projeto de mecanismo de deflexão 384. Especificamente, o anel externo 156 da primeira modalidade preferencial é substituído por uma superfície de carne rotativa 408 e o anel interno 158 é substituído por um elemento seguidor 410. Rotação da super- fície de carne 408 em relação ao elemento seguidor 410 irá servir para de- fletir o eixo de perfuração 24. Rotação coordenada de ambos, da superfície de came 408 e do elemento seguidor 410 pode servir para indexar o meca- nismo de deflexão 384 para fornecer uma orientação desejada para o do- bramento no eixo de perfuração 24.

Movimento longitudinal do atuador de deflexão 386 é, portanto, convertido por meio do mecanismo de articulação de deflexão 388 e o me- canismo de deflexão 384 para deflexão do eixo de perfuração 24. De manei- ra similar, movimento longitudinal do atuador de deflexão 386 pode ser utili- zado para fornecer uma função de indexação, como descrito acima com re- lação à primeira modalidade do conjunto de deflexão 92. (c) Terceira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92 (Figuras 7- 13)

A terceira modalidade de conjunto de deflexão 92 pode ser im- plementada em diversos projetos que caem dentro do escopo da invenção. Dois de tais projetos estão delineados nas Figuras 7-13.

Na terceira modalidade o mecanismo de deflexão 384 é consti- tuído de no mínimo um elemento seguidor 410 e o mecanismo de articulação de deflexão 388 é constituído de no mínimo uma superfície de came móvel longitudinalmente 412. O atuador de deflexão 386 é constituído de um ele- mento atuador de deflexão, móvel longitudinalmente 414.

O elemento seguidor 410 é capaz de movimento lateral entre a carcaça 46 e o eixo de perfuração 24, porém não é capaz de movimento longitudinal. O elemento seguidor 410 engata direta ou indiretamente o eixo de perfuração 24, de modo que movimento lateral do elemento seguidor 410 resulta em movimento lateral do eixo de perfuração 24.

A atuação do conjunto de deflexão 92 é energizada por meio da fonte de energia 406. Uma fonte de energia tomada como exemplo está de- lineada na Figura 7(c) e de maneira esquemática na Figura 8. Preferivel- mente a fonte de energia 406 é de dupla ação para fornecer energia para mover a superfície ou superfícies de carne 412 em direções opostas.

A superfície de carne 412 pode ser integrada com o elemento atuador de deflexão 414, ou ela pode ser um componente separado que é conectado com o elemento atuador de deflexão 414.

O elemento seguidor 410 e a superfície de carne 412 fornecem superfícies em rampa, complementares, que engatam uma com a outra para mover o elemento seguidor 410 lateralmente, em resposta a movimento lon- gitudinal da superfície de carne. O movimento lateral do elemento seguidor resulta em deflexão do eixo de perfuração 24.

O elemento seguidor 410 pode incluir uma pluralidade de super- fícies de elemento seguidor 416 para engatar uma pluralidade de superfícies de carne 412. Esta configuração do elemento seguidor é útil ou para fornecer suporte para lados opostos do eixo de perfuração 24 no caso de deflexão uniaxial, ou para facilitar deflexão multiaxial do eixo de perfuração 24 com um único elemento seguidor 410. Alternativamente, os mesmos resultados podem ser conseguidos com uma pluralidade de elementos seguidores 410.

A Figura 7(c) e as Figuras 8-10 delineiam um conjunto de defle- xão 92 que fornece deflexão uniaxial do eixo de perfuração 24.

As Figuras 7(c), 9 e 10 delineiam um mecanismo de deflexão uniaxial 384 que inclui uma única superfície de carne 412, um único ele- mento seguidor 410 e uma única superfície de elemento seguidor 416. A desvantagem desta configuração é que o eixo de perfuração 24 não é su- portado em duas posições na localização do dobramento, com o resultado que o eixo de perfuração 24 pode estar sujeito a chicoteamento ou flamba- gem na localização do dobramento.

A Figura 8 delineia de maneira esquemática um mecanismo de deflexão uniaxial 384 que inclui duas superfícies de carne 412, um único elemento seguidor 410 e duas superfícies de elemento seguidor 416. É ob- servado que as superfícies em rampa complementares para os dois conjun- tos de superfície de carne 412/superfície de elemento seguidor 416 são dire- cionadas em direções opostas para acomodar ambos, dobramento e suporte do eixo de perfuração 24. Esta configuração para dobramento uniaxial do eixo de perfuração facilita suporte para o eixo de perfuração 24 em ambos, acima e abaixo do dobramento.

As Figuras 11-13 delineiam um conjunto de deflexão 92 que for- nece deflexão biaxial do eixo de perfuração 24.

Esta deflexão biaxial pode ser conseguida fornecendo dois con- juntos de deflexão independentes 92, que fornecem deflexão ao redor de eixos diferentes. Alternativamente e como delineado nas Figuras 11-13, de- flexão biaxial pode ser conseguida duplicando alguns componentes do con- junto de deflexão 92, ao mesmo tempo que partilhando outros componentes do conjunto de deflexão 92.

Especificamente, a Figura 13 delineia um elemento seguidor único 410 que inclui quatro superfícies de elemento seguidor 416, duas su- perfícies de elemento seguidor 416 são utilizadas para dobramento do eixo de perfuração 24 ao redor de um eixo para fornecer duas posições de su- porte para o eixo de perfuração 24, isto é, acima e abaixo do dobramento.

Deflexão em um único eixo, portanto, requer movimento de duas superfícies de carne separadas 412 em relação a duas superfícies de ele- mento seguidor 416. Fazendo referência à Figura 12, isto pode ser conse- guido fornecendo um elemento de articulação de deflexão 418 que inclui du- as superfícies de carne opostas 412. O elemento de articulação de deflexão 418 é conectado com, ou faz parte do elemento atuador de deflexão 414. Movimento longitudinal do elemento atuador de deflexão 414 resulta em mo- vimento longitudinal do elemento de articulação de deflexão 418, e assim movimento longitudinal das duas superfícies de carne 412.

Deflexão em dois eixos é conseguida fornecendo dois atuadores de deflexão separados 386 e dois mecanismos de articulação de deflexão separados 388, ao mesmo tempo que mantém um único mecanismo de de- flexão 384. Cada atuador de deflexão 386 compreende um elemento atuador de deflexão 414 e cada mecanismo de articulação de deflexão 388 compre- ende um elemento de articulação de deflexão 418. Os atuadores de deflexão podem ser energizados por meio de uma fonte de energia comum 406 ou por meio de fontes de energia separadas 406.

Na modalidade de conjunto de deflexão 92 que facilita deflexão biaxial do eixo de perfuração 24 com um único elemento seguidor 410 como um mecanismo de deflexão 384, movimento lateral forçado do elemento se- guidor 410 deve ser enfrentado. Em outras palavras, movimento lateral do elemento seguidor 410 ao longo de um eixo irá resultar em movimento transversal relativo entre as superfícies de carne 412 e as superfícies de elemento seguidor 416, que são paralelas ao plano do movimento lateral. Na modalidade preferencial como delineado na Figura 13, movimento lateral forçado é enfrentado fornecendo superfícies de elemento seguidor planas, relativamente grandes 416 e assegurando que as superfícies de carne 412 e as superfícies de elemento seguidor 416 acomodam o movimento lateral forçado, seja por escolha de materiais ou por escolha de quaisquer mancais que podem ser fornecidos entre as superfícies de came 412 e as superfícies de elemento seguidor 416.

3. Descrição detalhada de conjunto de indexação 93

O conjunto de indexação 93 pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de orientar o mecanismo de deflexão 384 para conseguir uma orientação desejada de face de ferramenta.

A invenção abrange qualquer conjunto de indexação 93 que in- clua os componentes básicos a seguir:

(a) um mecanismo de indexação 420 para imprimir movimento de rotação ao mecanismo de deflexão 384;

(b) um atuador de indexação 422 para atuar o mecanismo de inde- xação 420 em resposta a movimento longitudinal do atuador de indexação 422; e

(c) um mecanismo de articulação de indexação 424 entre o meca- nismo de indexação 420 e o atuador de indexação 422, para converter mo- vimento longitudinal do atuador de indexação 422 em movimento de rotação do mecanismo de deflexão 384.

A Figura 7 delineia em detalhe um dispositivo para controle de direção de perfuração 20 dentro do escopo da invenção, que inclui uma pri- meira modalidade preferencial do conjunto de indexação 93. A despeito do projeto escolhido de conjunto de indexação 93, os componentes que com- preendem o conjunto de indexação 93 podem ser localizados genericamente na localização do conjunto de indexação 93, como delineado na Figura 7(c), com uma modificação menor no dispositivo 20, como delineado na Figura 7. (a) Primeira modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 (Figuras 7. 8.10)

As Figuras 7, 8 e 10 delineiam uma primeira modalidade prefe- rencial de conjunto de indexação 93. A primeira modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 é muito similar, em princípio, ao Orientador BHA de Tubulação Bobinada de Sperry-Sun Drilling Services, que foi adaptado para utilização na orientação do mecanismo de deflexão 384.

Fazendo referência à Figura 8, na primeira configuração prefe- rencial do conjunto de indexação 93, o mecanismo de indexação 420 é constituído de um mecanismo de catraca rotativa 426, o atuador de indexa- ção 422 é constituído de um pistão móvel longitudinalmente 428 e o meca- nismo de articulação de indexação 424 é constituído de um carne de barril móvel longitudinalmente 430.

Na primeira modalidade preferencial do conjunto de indexação 93, o conjunto de articulação de indexação 424 é ainda constituído de um sulco helicoidal 432 na superfície externa do carne de barril 430 que engata um pino 434 na superfície interna da carcaça 46, de modo que movimento longitudinal do pistão 428 e o carne de barril 430 irão fazer com que o carne de barril 430 gire em relação à carcaça 46 quando o pino 434 viaja o com- primento do sulco helicoidal 432.

O conjunto de indexação 93 é ainda constituído da fonte de energia 406. Uma única fonte de energia 406 pode ser partilhada entre o conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93. Alternativamente, fontes de energia separadas 406 podem ser fornecidas para o conjunto de deflexão 92 e o conjunto de indexação 93. As diversas fontes de energia 406 podem ser idênticas ou podem ser diferentes uma da outra. Por exemplo, a fonte de energia 406 para o conjunto de indexação 93 pode ser constituída de uma fonte de energia 406 similar àquela utilizada no Orientador BHA de Tubulação Bobinada de Sperry-Sun Drilling Services, no qual o pistão 428 é acionado por meio do fluido de perfuração que passa através do dispositivo 20, ao invés de por meio de um sistema hidráulico separado.

Á primeira modalidade de conjunto de indexação 93 pode ser utilizada com qualquer uma das modalidades de conjunto de deflexão 92 descritas acima, porém será desnecessária onde o conjunto de deflexão 92 também fornece uma função de indexação como descrito abaixo. (b) Segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 (Figuras 3-5)

A segunda modalidade preferencial do conjunto de indexação 93 é projetada especificamente para utilização com as primeira e segunda mo- dalidades preferenciais de conjunto de deflexão 92, porém poderia ser tam- bém adaptada para utilização com outros projetos de conjunto de deflexão 92.

Na segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação

93, o mecanismo de indexação 420 é constituído do mecanismo de deflexão 384 da primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92, o atua- dor de indexação 422 é constituído do atuador de deflexão 386 da primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92, e o mecanismo de arti- culação de indexação 424 é constituído do mecanismo de articulação de deflexão 388 da primeira modalidade preferencial do conjunto de deflexão.

A operação da segunda modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 foi descrita acima em conexão com a descrição da primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92, na qual a função de indexação é fornecida por meio de segmentos de indexação 409 nas trilhas do came de luva 390.

(c) Terceira modalidade preferencial de conjunto de indexação (Figuras 2-6, 11-13)

A terceira modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 se baseia em deflexão multiaxial do eixo de perfuração 24, para orientar o dobramento no eixo de perfuração 24, e pode ser utilizada sempre que o mecanismo de deflexão 384 facilitar deflexão multiaxial do eixo de perfura- ção 24.

Uma descrição detalhada da operação da terceira modalidade preferencial de conjunto de indexação 93 pode ser encontrada na Patente U.S. Número 6.244.361 B1, em conexão com um mecanismo de deflexão 384 similar àquele que está incluído na primeira modalidade preferencial de conjunto de deflexão 92.

4. Descrição detalhada de aparelho sensor de orientação de carcaça 362 (Figura 14)

O aparelho sensor de orientação de carcaça 362 delineado na Figura 14 é relativamente simples em comparação com aparelhos sensores convencionais tais como magnetômetros e acelerômetros tridimensionais. O aparelho 362 delineado na Figura 14 é projetado para utilização onde é ne- cessário determinar a orientação da carcaça 46 apenas em relação à gravi- dade.

Fazendo referência à Figura 14, o aparelho sensor de orientação de carcaça 362 é constituído de:

(a) um indicador de referência de carcaça 436 que é conectado de maneira fixa com a carcaça 46 na posição de referência de carcaça 438;

(b) uma trilha circular 440 que circunda o eixo de perfuração 24, cuja trilha circular 440 abriga um indicador de referência de gravidade metá- lico 442, que se move livremente ao redor da trilha circular 440 em resposta à gravidade para fornecer uma posição de referência de gravidade 444; e

(c) um conjunto de proximidade 446 associado com, e rotativo com, o eixo de perfuração 24, cujo conjunto de proximidade 446 inclui um sensor de referência de carcaça 448 e um sensor de referência de gravidade 450, no qual o sensor de referência de carcaça 448 e o sensor de referência de gravidade 450 têm uma proximidade física um com o outro.

Na modalidade preferencial, o indicador de referência de carca- ça 436 é constituído de um ou mais magnetos, o sensor de referência de carcaça 448 é constituído de um ou mais sensores de Efeito Hall, o indicador de referência de gravidade 442 é constituído de um peso metálico móvel, e o sensor de referência de gravidade 450 é constituído de um sensor de proxi- midade magnético. Mais preferivelmente o peso metálico é uma esfera me- tálica, que é livre para rolar ao redor da trilha circular 440.

A trilha circular 440 é preferivelmente constituída de material não metálico, de modo que ela não interfere com o sensoriamento do indicador de referência de gravidade 442. Preferivelmente a trilha circular 440 é fixa em relação à carcaça 46.

O conjunto de proximidade de 446 é fixado ao eixo de perfura- ção 24 de modo que ele irá girar com o eixo de perfuração 24. O conjunto de proximidade 446 pode ser integral com o eixo de perfuração 24 ou pode ser conectado de maneira fixa com o eixo de perfuração 24.

A posição do indicador de referência de carcaça 436 é fixa em relação à carcaça 46 em uma orientação conhecida em relação a uma posi- ção de referência, (tal como um "lado de cima" teórico). As posições relati- vas do sensor de referência de carcaça 448 e do sensor de referência de gravidade 450 são fixas uma em relação à outra. Como resultado, sensori- ando as posições relativas do indicador de referência de carcaça 436 e do indicador de referência de gravidade 442, é possível determinar a orientação da carcaça 46 em relação à gravidade (isto é, o lado de baixo real).

A configuração descrita acima pode ser alterada de modo que o indicador de referência de carcaça 436 esteja no conjunto de proximidade 446, e o sensor de referência de carcaça esteja na carcaça 46. De maneira similar, pode ser possível localizar o indicador de referência de gravidade 442 no conjunto de proximidade 446 e assim localizar o sensor de referência de gravidade 450 na trilha circular 440, embora esta configuração possa ser impraticável.

5. Descrição detalhada de conjunto de travamento de carcaça 382 (Figura 15}

O conjunto de travamento de carcaça 382 pode ser constituído de qualquer estrutura ou aparelho que seja capaz de engatar o eixo de per- furação 24 com a carcaça 46, de modo que eles girem juntos.

O conjunto de travamento de carcaça 382 é constituído de um mecanismo de travamento de carcaça 452 para engatar o eixo de perfuração 24 com a carcaça 46, e é ainda constituído de um atuador de travamento de carcaça 454, para atuar o mecanismo de travamento de carcaça 452.

Na modalidade preferencial do conjunto de travamento de car- caça 382, o mecanismo de travamento de carcaça 452 é constituído de uma luva de travamento 456 que é móvel longitudinalmente entre posições onde o eixo de perfuração 24 e a carcaça 46 são engatados e desengatados, e o atuador de travamento de carcaça 454 é constituído de um elemento atuador de travamento móvel longitudinalmente 458, que é conectado com a luva de travamento 456. O elemento atuador de travamento 458 pode ser integral com a luva de travamento 456 como parte da luva de travamento 456, ou pode ser conectado de outra forma com a luva de travamento 456.

Na modalidade preferencial, o mecanismo de travamento de carcaça 452 é ainda constituído de superfícies de engatamento comple- mentares 460 sobre cada um dentre o eixo de perfuração 24, a carcaça 46 e a luva de travamento 456, de modo que, quando a luva de travamento 456 é atuada para engatar o eixo de perfuração 24 e a carcaça 46, as superfícies de engatamento 460 em cada um dos eixo de perfuração 24, da carcaça 46 e da luva de travamento 456, são trazidas em engatamento. As superfícies de engatamento complementares 460 na carcaça

46 podem ser integradas com a carcaça 46 ou podem ser fornecidas por uma estrutura que é conectada com a carcaça 46, tal como um anel de tra- vamento 462.

Na modalidade preferencial, as superfícies de engatamento complementares 460 são constituídas de ranhuras.

O atuador de travamento de carcaça 454 inclui a fonte de ener- gia 406. A fonte de energia 406 pode ser constituída pelo escoamento de fluido de perfuração através do dispositivo 20. Contudo e preferivelmente, a fonte de energia 406 é constituída de um sistema hidráulico que é energiza- do pela rotação do eixo de perfuração 24. Na modalidade preferencial, a fonte de energia 406 para o conjunto de travamento de carcaça 382 é de dupla atuação, de modo que a fonte de energia 406 é efetiva para ambos, para engatar e desengatar o eixo de perfuração 24 e a carcaça 46.

Na modalidade preferencial, a fonte de energia 406 para o con- junto de travamento de carcaça 382 é separada das fontes de energia 406 para o conjunto de deflexão 92 e para o conjunto de indexação 93. Uma úni- ca fonte de energia 406 pode, contudo, ser utilizada para energizar cada um dentre o conjunto de deflexão 92, o conjunto de indexação 93, e o conjunto de travamento de carcaça 382.

Claims (22)

1. Dispositivo em uma ferramenta que possui um membro inter- no suportado dentro de um membro externo, em que a ferramenta define um eixo longitudinal, o dispositivo sendo provido para impedir a rotação do membro interno e do membro externo, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) mecanismo de travamento posicionado entre o membro in- terno e o membro externo, em que o mecanismo de travamento é móvel lon- gitudinalmente entre uma primeira posição do mecanismo de travamento na qual o membro interno e o membro externo são desengatados e são capa- zes de rotação relativa e uma segunda posição do mecanismo de trava- mento na qual o membro interno e o membro externo estão engatados e não são capazes de rotação relativa; e (b) um acionador de travamento para fazer com que o mecanis- mo de travamento se mova longitudinalmente.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acionador é capaz de mover o mecanismo de travamento tanto a partir da primeira posição do mecanismo de travamento para a se- gunda posição do mecanismo de travamento quanto da segunda posição do mecanismo de travamento para a primeira posição do mecanismo de trava- mento.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acionador de travamento compreende uma fonte de ener- gia para fazer com que o mecanismo de travamento se mova Iongitudinal- mente.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia compreende um sistema hidráulico.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sistema hidráulico compreende um pistão de acionador e um cilindro de acionador, em que o pistão de acionador e o cilindro de acio- nador se movem longitudinalmente um em relação ao outro de modo a fazer com que o mecanismo de travamento se mova longitudinalmente.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pistão de acionador é conectado ao mecanismo de trava- mento e em que o pistão de acionador de move longitudinalmente em rela- ção ao cilindro de acionador de modo a fazer com que o mecanismo de tra- vamento se mova longitudinalmente.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pistão de acionador e o cilindro de acionador são posicio- nados entre o membro interno e o membro externo.

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema hidráulico ainda compreende uma bomba para fornecer um fluido hidráulico ao cilindro de acionador.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a bomba é energizada pela rotação do membro interno.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a bomba é posicionada entre o membro interno e o membro externo.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia age de forma dupla de modo que o acio- nador de travamento é capaz de mover o mecanismo de travamento tanto a partir da primeira posição do mecanismo de travamento para a segunda po- sição do mecanismo de travamento quanto da segunda posição do meca- nismo de travamento para a primeira posição do mecanismo de travamento.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende uma luva de tra- vamento que circunda o membro interno.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a luva de travamento compreende uma superfície de engate do membro interno que é adaptada para engatar o membro interno para im- pedir a rotação relativa do membro interno e da luva de travamento, e em que a luva de travamento ainda compreende uma superfície de engate do membro externo que é adaptada para engatar o membro externo para impe- dir a rotação relativa do membro externo e da luva de travamento.

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a luva de travamento é deslizantemente montada sobre o membro interno de modo que a luva de travamento é móvel longitudinal- mente entre a primeira posição de mecanismo de travamento e a segunda posição de mecanismo de travamento.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a superfície de engate do membro interno engata o membro interno para impedir a rotação relativa do membro interno e da luva de tra- vamento em ambas as primeira posição do mecanismo de travamento e a segunda posição do mecanismo de travamento.

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a superfície de engate do membro externo engata o mem- bro externo para impedir a rotação relativa do membro externo e da luva de travamento somente na segunda posição do mecanismo de travamento.

17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a superfície de engate do membro interno compreende uma pluralidade de ranhuras que são adaptadas para engatar uma pluralidade de ranhuras complementares associadas com o membro interno.

18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a superfície de engate do membro externo compreende uma pluralidade de ranhuras que são adaptadas para engatar uma plurali- dade de ranhuras complementares associadas com o membro externo.

19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a superfície de engate do membro interno compreende uma pluralidade de ranhuras que são dispostas para engatar uma pluralidade de ranhuras complementares associadas com o membro interno.

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um anel de travamento conectado ao membro externo, em que a superfície de engate do membro externo é adaptada para engatar o anel de travamento de modo a impedir a rotação relativa do membro externo e da luva de travamento.

21. Dispositivo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento é posicionado entre o membro interno e o membro externo.

22. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1.3, caracterizado pelo fato de que o membro interno compreende um eixo de perfuração rota- tivo e em que o membro externo compreende uma carcaça.