BR102013016488B1 - Sistema de fluxo de fluido pressurizado para um martelo furo abaixo de circulação reversa, e, martelo furo abaixo de circulação reversa - Google Patents
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Abstract
sistema de fluxo de fluido pressurizado para um martelo furo abaixo de circulação reversa, e, martelo furo abaixo de circulação reversa. é descrito um sistema de fluxo de fluido pressurizado para um martelo de furo abaixo de circulação reversa que inclui um cilindro e um tubo de controle cilíndrico que são respectivamente dispostos coaxialmente entre a cobertura externa e o pistão do martelo e entre o pistão e o tubo de amostra. duas câmaras ajudam, respectivamente, a suprir e descarregar fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira que exercem trabalho sob o pistão: uma câmara interna, definida por um recesso central nas superfícies internas do pistão e permanentemente conectada na fonte de fluido pressurizado, e uma câmara de descarga, definida por um ou mais recessos na superfície interna da cobertura externa e permanentemente em comunicação com o fundo do poço. o fluxo de fluido pressurizado para as câmaras de trabalho é respectivamente controlado pela sobreposição de uma porção das superfícies externas do tubo de amostra e uma porção da porção da superfície externa do tubo de controle com diferentes porções, cada uma das superfícies deslizantes internas do pistão, enquanto o fluxo de fluido pressurizado descarregado das câmaras de trabalho é controlado pela sobreposição ou posição relativa das superfícies deslizantes externas do pistão com a superfície interna do cilindro. um martelo provido com este sistema tem um ou mais orifícios de descarga de extremidade conectados aos respectivos canais de descarga longitudinais formados na superfície externa da extremidade dianteira da cobertura externa.
Description
[0001] A presente invenção diz respeito no geral a um sistema de fluxo de fluido pressurizado para um mecanismo percussor operando com o dito fluido, particularmente para um martelo furo abaixo (furo abaixo) e, mais particularmente, para um martelo furo abaixo de circulação reversa e a um martelo furo abaixo com o dito sistema.
[0002] Martelos furo abaixo que operam com fluido pressurizado são caracterizados por compreender uma cobertura externa cilíndrica, uma conexão traseira para conectar o martelo na fonte de fluido pressurizado, uma broca de perfuração na sua extremidade mais à frente para desempenhar a função de perfuração e um pistão que realiza um movimento alternado por causa da mudança na pressão do fluido pressurizado contido em duas câmaras de trabalho principais, uma câmara dianteira e uma câmara traseira, formadas dentro do martelo e localizadas em extremidades opostas do pistão, o dito movimento alternado do pistão permitindo transferir a energia do fluido pressurizado para a rocha com cada impacto do pistão na broca de perfuração.
[0003] O ciclo termodinâmico do martelo se desenvolve de acordo com o movimento alternado do pistão do ponto de seu curso no qual o pistão está em contato com a broca de perfuração (conhecido como posição de impacto) até o ponto mais de trás de seu curso, este dependendo da operação do martelo. Dessa forma, à medida que o pistão move, as câmaras dianteira e traseira são alternadas e ciclicamente supridas com fluido pressurizado, descarregadas do mesmo, ou submetidas a um processo de expansão ou compressão, este dependendo da direção de movimento do pistão, e a câmara sendo hermeticamente selada, fazendo assim com que o volume encerrado na câmara respectivamente aumente ou diminua. A transição de um estado para o outro é independente para cada câmara e é controlada pela posição do pistão com relação a outras partes do martelo de uma maneira tal que o pistão age por si próprio como uma válvula, bem como um elemento de impacto.
[0004] Na perfuração de circulação reversa, uma haste de parede dupla é usada, que é formada por dois tubos concêntricos, um tubo interno ou tubo de amostragem e um tubo externo. Uma extensão do dito tubo de amostragem é provida ao longo do centro do martelo, da broca de perfuração até a conexão traseira, formando uma passagem central contínua ao longo do centro do martelo para permitir recuperar cascalhos de rocha e amostras de solo, e transferir os mesmos para a superfície do terreno através do centro da coluna de perfuração.
[0005] O martelo pode ser operado em dois modos. No primeiro modo, ou modo de perfuração, fluido pressurizado é suprido no martelo, produzindo o movimento alternado do pistão, que, no final de cada ciclo, impacta a broca de perfuração, a extremidade dianteira da broca de perfuração dessa forma desempenhando a função de perfuração da rocha, e cascalhos da rocha sendo despejados na superfície do terreno pelo fluido pressurizado descarregado no fundo do poço. No segundo modo, ou modo de limpeza, a coluna de perfuração e o martelo são levantados pela plataforma de perfuração de uma maneira tal que a broca de perfuração perca contato com a rocha, e todo o fluido pressurizado é descarregado através do martelo diretamente no fundo do poço com propósitos de limpeza, sem passar através do ciclo do martelo, cessando assim o movimento alternado do pistão.
[0006] Existem muitos diferentes tipos de martelos furo abaixo de circulação reversa disponíveis para perfuração e recuperação de amostra. Três métodos são normalmente usados para controlar o suprimento de fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira: 1) uso de uma passagem de fluido formada entre a superfície externa de um cilindro e a superfície interna da cobertura externa, o cilindro sendo montado dentro da cobertura externa coaxialmente com o pistão; 2) uso de uma câmara de suprimento formada dentro da cobertura externa que interage com recessos nas superfícies de deslocamento externas do pistão e passagens na cobertura externa à medida que o pistão alterna; e 3) uso de um tubo de alimentação para criar uma câmara de suprimento dentro do pistão, em que este tubo de alimentação interage com recessos nas superfícies do lado do furo interno ou central do pistão à medida que o pistão alterna. Por outro lado, a descarga de fluido pressurizado da câmara dianteira é normalmente controlada tanto por uma válvula de pé montada na broca de perfuração quanto na porção dianteira do pistão de menor diâmetro interagindo com uma guia do pistão. Similarmente, a descarga de fluido pressurizado pela câmara traseira é normalmente controlada tanto pela guia de ar colocada na parte traseira da câmara traseira quanto pela extremidade dianteira do tubo de alimentação.
[0007] Em geral, para transferir o fluido pressurizado da extremidade traseira da broca de perfuração para a extremidade dianteira da mesma, alguns canais são criados na superfície externa da broca de perfuração que funcionam cooperativamente com ranhuras na superfície interna da conexão condutora e com um anel ou camisa agindo como elemento de vedação, de maneira a formar passagens encerradas de uma maneira tal a descarregar o fluido pressurizado na periferia da extremidade dianteira da broca de perfuração. O fluido pressurizado pode também ser desviado de um ponto intermediário da broca de perfuração através de furos na conexão condutora para uma passagem formada entre a superfície externa da conexão condutora e a superfície interna do anel de vedação. Alternativamente, o fluido pressurizado pode ser desviado do dito ponto intermediário através de furos longitudinais criados na cabeça da broca de perfuração.
[0008] Um tipo de martelo furo abaixo de circulação reversa que oferece uma nova maneira de controlar o suprimento de fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira e de descarregar o fluido pressurizado delas é revelado na patente U.S. 7.921.941 (B2). Especificamente, um cilindro é coaxialmente disposto entre a cobertura externa e o pistão, e uma câmara de suprimento é disposta longitudinalmente em série com uma câmara de descarga, em que ambas as câmaras são definidas por respectivos recessos na superfície interna da cobertura externa e internamente delimitada pela superfície externa do cilindro, e são separadas por uma parede divisória. A câmara de suprimento é permanentemente conectada na fonte de fluido pressurizado para suprir o dito fluido na câmara dianteira e câmara traseira do martelo, enquanto a câmara de descarga é permanentemente comunicada com o fundo do poço para descarregar o fluido pressurizado das câmaras dianteira e traseira. Um conjunto de dispositivos de condução de fluido é provido no pistão para canalizar o fluxo de fluido pressurizado da câmara de suprimento para as câmaras dianteira e traseira, e para fora das ditas câmaras. Em uma segunda modalidade da patente 941, uma câmara interna é provida entre o pistão e o tubo de amostragem para um enchimento mais eficiente das câmaras. A câmara interna é definida por um recesso nas superfícies internas do pistão e é permanentemente conectada na câmara de suprimento.
[0009] Na mesma dita patente, para descarregar o fluido pressurizado da câmara de descarga e transferi-lo para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração, orifícios de descarga de extremidade são providos na porção da extremidade dianteira da cobertura externa. Esses orifícios de descarga de extremidade são alinhados com respectivos canais longitudinais formados ao longo da superfície externa da cobertura externa. Adicionalmente, tanto os orifícios de descarga de extremidade quanto canais longitudinais são cobertos por uma proteção ou camisa de vedação externa.
[00010] O controle do fluxo de fluido pressurizado a favor e contra as câmaras dianteira e traseira é assim simplificado e, graças ao uso de passagens “cegas” no pistão, as áreas de empuxo no pistão são maximizadas para melhor transferência de energia para a rocha, consequentemente, melhorando a capacidade de perfuração profunda do martelo. Também, um desenho de broca mais simples e mais vigoroso é provido, ao contrário de outros martelos furo abaixo de circulação reversa conhecidos onde a descarga de fluido pressurizado no fundo do poço é conseguida por dispositivo de condução de fluido localizados mais centralmente.
[00011] A despeito das vantagens supramencionadas da patente '941, seria desejável combiná-las com as melhorias seguintes: - prover um sistema e martelo de fluxo de fluido pressurizado estruturalmente mais simples que possa reduzir os custos de fabricação; e 1. prover um pistão mais robusto a fim de que o martelo opere a uma maior pressão e entregue mais energia na rocha sem o risco de uma falha catastrófica do pistão.
[00012] Em um primeiro aspecto da invenção, foi desenvolvido um sistema de fluxo de fluido pressurizado para um martelo furo abaixo de circulação reversa com uma cobertura externa cilíndrica, uma conexão traseira afixada na extremidade traseira da cobertura e conectada na fonte de fluido pressurizado, um pistão com furo central disposto deslizante e coaxialmente dentro da cobertura externa, uma broca de perfuração montada de forma deslizante na extremidade dianteira do martelo e uma conexão condutora e um tubo de amostragem coaxialmente disposto dentro da cobertura externa, passando através do furo central do pistão e estendendo-se da conexão traseira até a broca de perfuração, em que o sistema de fluxo de fluido pressurizado compreende: um cilindro coaxialmente disposto entre a cobertura externa e o pistão, o cilindro estendendo-se da conexão traseira até a guia da broca de perfuração; um tubo de controle cilíndrico disposto coaxialmente entre o pistão e o tubo de amostra, acoplado na conexão traseira, e estendendo-se para frente dele, o tubo de controle tendo dispositivo de entrada de fluido pressurizado conectado em uma passagem anular formada entre o tubo de controle e o tubo de amostra; e duas câmaras para ajudar respectivamente suprir e descarregar fluido pressurizado nas câmaras de trabalho: uma câmara interna definida por um recesso central nas superfícies internas do pistão e uma câmara de descarga definida por um ou mais recessos na superfície interna da cobertura externa, preferivelmente um único recesso anular.
[00013] Esses elementos têm a seguinte configuração: as superfícies externas do tubo de amostra incluem porções de extremidade dianteira e traseira rebaixadas, e uma porção de controle central entre elas; o tubo de controle cilíndrico compreende uma porção da superfície externa de controle da extremidade dianteira e uma porção da superfície externa da extremidade traseira rebaixada; a câmara de descarga é delimitada pela superfície externa do cilindro e a superfície interna da cobertura externa; e a câmara interna é delimitada em um lado pelas superfícies externas do tubo de amostra sozinho ou junto com as superfícies externas do tubo de controle, dependendo da posição do pistão durante a operação do martelo, e no outro lado pelas superfícies internas do pistão.
[00014] A invenção é caracterizada em que a câmara interna é permanentemente cheia e conectada na fonte de fluido pressurizado por meio da passagem anular que é formada entre o tubo de controle e o tubo de amostra, para suprir fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira do martelo. Com tal propósito, o sistema de fluxo de fluido pressurizado da invenção é, respectivamente, configurado de maneira tal que a passagem de suprimento anular dianteira seja formada na sobreposição entre a porção da superfície deslizante interna dianteira do pistão e da porção da superfície externa da extremidade dianteira rebaixada do tubo de amostra, e que uma passagem de suprimento anular traseira seja formada na sobreposição entre a porção da superfície deslizante interna traseira do pistão e a porção da superfície externa da extremidade traseira rebaixada do tubo de controle.
[00015] Por outro lado, a câmara de descarga comunica permanentemente com o fundo do poço perfurado pelo martelo para descarregar no dito furo o fluido pressurizado das câmaras dianteira e traseira do martelo.
[00016] Durante o estágio onde a câmara dianteira é suprida com fluido pressurizado, a entrada de fluido pressurizado é controlada pela sobreposição da porção da superfície externa de controle central do tubo de amostra com a porção da superfície deslizante interna dianteira do pistão. Similarmente, durante o estágio onde a câmara traseira é suprida com fluido pressurizado, a entrada de fluido pressurizado é controlada pela sobreposição da porção da superfície externa de controle da extremidade dianteira do tubo de controle com a porção da superfície deslizante interna traseira do pistão. Com esta forma de controle da entrada nas câmaras dianteira e traseira, consegue-se um enchimento mais eficiente das câmaras dianteira e traseira em cada ciclo do martelo e a magnitude dos volumes passivos em ambas as câmaras é reduzida.
[00017] Além de tudo, o fluxo de fluido pressurizado descarregado das câmaras dianteira e traseira é controlado somente pela sobreposição ou posição relativa das superfícies deslizantes externas do pistão com a superfície interna do cilindro. Existe um conjunto dianteiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado no cilindro para descarregar o fluido pressurizado da câmara dianteira na câmara de descarga, e existe um conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado no cilindro para descarregar o fluido pressurizado na câmara traseira da câmara de descarga. Entretanto, para canalizar o fluido pressurizado da câmara interna para as câmaras dianteira e traseira do martelo e dessas câmaras para a câmara de descarga, nenhum conduíte ou passagem foi usinado no pistão, tornando assim o pistão mais forte e o martelo mais barato de se fabricar.
[00018] Além disso, com o sistema de fluxo de fluxo de fluido pressurizado da invenção, uma câmara de descarga adjacente à superfície interna da cobertura externa permite desviar o fluxo de fluido pressurizado para fora da cobertura externa através de um ou mais orifícios de descarga abertos na parede da cobertura, e através dele para descarregar o fluido pressurizado na região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração.
[00019] Em um segundo aspecto da invenção, é provido um martelo furo abaixo de circulação reversa caracterizado por ter o sistema de fluxo de fluido pressurizado melhorado que foi aqui descrito e por descarregar o fluido pressurizado da câmara de descarga e para fora da cobertura externa ao longo dos lados da porção da extremidade dianteira do mesmo através dos orifícios de descarga de extremidade supramencionados.
[00020] Preferivelmente, os orifícios de descarga de extremidade são conectados nos respectivos canais de descarga longitudinais formados na superfície externa da porção da extremidade dianteira da cobertura externa. Tanto os orifícios de descarga de extremidade quanto canais de descarga longitudinais são cobertos por um elemento de vedação tal como uma proteção ou uma camisa de vedação externa, de maneira a direcionar o fluido pressurizado para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração e produzir um fluxo de fluido pressurizado através da face dianteira da broca de perfuração para arrastar os cascalhos de rocha para dentro da passagem central contínua formada ao longo do centro do martelo.
[00021] Para facilitar o entendimento das ideias expostas, a seguir a invenção será descrita com referência aos desenhos anexos.
[00022] Nos desenhos
[00023] A figura 1 representa uma vista em seção transversal longitudinal do martelo furo abaixo de circulação reversa da invenção especificamente mostrando a disposição do pistão com relação à cobertura externa, cilindro, broca de perfuração, tubo de controle e tubo de amostra quando a câmara dianteira está sendo suprida com fluido pressurizado e a câmara traseira está descarregando fluido pressurizado no fundo do poço.
[00024] A figura 2 representa uma vista em seção transversal longitudinal do martelo furo abaixo de circulação reversa da invenção especificamente mostrando a disposição do pistão com relação à cobertura externa, cilindro, broca de perfuração, tubo de controle e tubo de amostra quando a câmara traseira está sendo suprida com fluido pressurizado e a câmara dianteira está descarregando fluido pressurizado no fundo do poço.
[00025] A figura 3 representa uma vista em seção transversal longitudinal do martelo furo abaixo de circulação reversa da invenção mostrando especificamente a disposição do pistão e da broca de perfuração com relação à cobertura externa, cilindro, tubo de controle e tubo de amostra quando o martelo está no modo de limpeza.
[00026] A figura 4 representa uma vista isométrica do martelo furo abaixo de circulação reversa da invenção com uma cobertura externa recortada para mostrar a disposição das partes internas do martelo quando a câmara dianteira está sendo suprida com fluido pressurizado e a câmara traseira está descarregando fluido pressurizado no fundo do poço.
[00027] Nessas figuras, o sistema de fluxo do martelo foi representado com relação à solução projetada pela invenção para transferir o fluido pressurizado da câmara dianteira e da câmara traseira, e delas para o fundo do poço, em todos os possíveis modos e estados, incluindo a exaustão do fluido pressurizado para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração para limpeza de cascalhos de rocha. A direção do fluxo de fluido pressurizado foi indicada por meio de setas.
[00028] Referindo-se às figuras 1 a 4, está representado um martelo furo abaixo de circulação reversa com os seguintes componentes principais: uma cobertura externa cilíndrica (1); uma conexão traseira (20) afixado na extremidade traseira da dita cobertura externa (1) para conectar o martelo na fonte de fluido pressurizado; um pistão com furo central (60) disposto de forma deslizante e coaxial dentro da dita cobertura externa (1) e capaz de alternância por causa da mudança de pressão do fluido pressurizado contido dentro de uma câmara dianteira (240) e uma câmara traseira (230) localizadas em extremidades opostas do pistão (60), o pistão (60) tendo superfícies deslizantes externas (63) e superfícies internas (64); uma broca de perfuração (90) montada de forma deslizante na extremidade dianteira do martelo em uma conexão condutora (110), a conexão condutora (110) sendo montada na extremidade dianteira da cobertura externa (1), a broca de perfuração (90) sendo alinhada com a cobertura externa (1) por meio de uma guia da broca de perfuração (150) disposta dentro da dita cobertura externa (1) e limitada no seu movimento deslizante por um retentor da broca de perfuração (210) e a face de suporte da broca de perfuração (111) da conexão condutora (110); e um tubo de amostra (130) coaxialmente disposto dentro da cobertura externa (1) e estendendo-se da broca de perfuração (90) até a conexão traseira (20).
[00029] De acordo com o sistema de fluxo de fluido pressurizado da invenção, o pistão centralmente furado tem superfícies deslizantes externas (63), uma porção da superfície deslizante interna dianteira (64a), uma porção da superfície deslizante interna traseira (64b) e um recesso central (64c) nas superfícies internas (64) do pistão (60); e um tubo de amostra (130) tem uma porção da superfície externa de controle central (131c) para interagir com a dita porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) do pistão.
[00030] Adicionalmente, um cilindro (40) e um tubo de controle cilíndrico (170) são providos, que são respectivamente dispostos coaxialmente entre a cobertura externa (10) e o pistão (60), e entre o pistão (60) e o tubo de amostra (130), o tubo de amostra compreendendo uma porção da superfície externa da extremidade traseira rebaixada (131b) de maneira tal que uma passagem anular (175) seja formada entre o tubo de amostra (130) e o tubo de controle (170). Parte da superfície interna (5) da cobertura externa (1), a guia da broca de perfuração (150) e a conexão traseira (20) fornecem suporte para o cilindro (40) enquanto o tubo de controle cilíndrico (170) é suportado nas superfícies de guia internas dianteiras (21) da conexão traseira (20). O tubo de controle cilíndrico (170) tem uma superfície interna (178), uma porção da superfície externa de controle da extremidade dianteira (171a) e uma porção da superfície externa rebaixada da extremidade traseira (171b). O cilindro (40) estende-se da conexão traseira (20) até a guia da broca de perfuração (150), e o tubo de controle (170) é acoplado por uma porção de acoplamento (174) deste na conexão traseira (20), e estendendo-se para frente do mesmo, com superfícies internas (178) e superfícies externas (171).
[00031] Dessa maneira, a câmara traseira (230) do martelo é delimitada pela conexão traseira (20), o cilindro (40), o tubo de controle (170) e a superfície de empuxo traseira (62b) do pistão (60). Por sua vez, a câmara dianteira (240) do martelo é delimitada pela broca de perfuração (90), o cilindro (40), a guia da broca de perfuração (150), o tubo de amostra (130) e a superfície de empuxo dianteira (62a) do pistão (60). O volume dessas câmaras (230, 240) é variável e depende da posição do pistão (60).
[00032] O sistema de fluxo de fluido pressurizado da invenção compreende adicionalmente uma câmara de descarga (2) que, quando o martelo está em operação, fica em comunicação fluídica permanente com o fundo do poço perfurado pelo martelo para descarregar fluido pressurizado da câmara dianteira (240) e da câmara traseira (230) na frente do martelo e daí para o fundo do poço. Na modalidade exemplar representada nas figuras, a câmara de descarga (2) é composta de um espaço anular central (2a) no meio e um conjunto de passagens de descarga (2b, 2c) estendendo-se de cada uma das extremidades do espaço anular central (2a), tanto o espaço anular (2a) quanto as passagens (2b, 2c) sendo definidas por recessos na superfície interna (5) da cobertura externa (1) e internamente delimitadas pelo cilindro (40). Deve-se entender que a câmara de descarga (2) poderia também ter outras configurações tal como formada por um único recesso anular na superfície interna (5) da cobertura externa (1).
[00033] Um conjunto dianteiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (42) e um conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (41) são providos no cilindro (40) para respectivamente canalizar o fluido pressurizado para fora das câmaras dianteira e traseira (240, 230) e para dentro da câmara de descarga (2), assim o fluxo de fluido pressurizado descarregado das câmaras dianteira e traseira é controlado somente pela sobreposição ou posição relativa das superfícies deslizantes externas do pistão com a superfície interna do cilindro.
[00034] O sistema de fluxo de fluido pressurizado da invenção também tem uma câmara interna (68) para suprir fluido pressurizado na câmara dianteira (240) e na câmara traseira (230). Na modalidade representada nas figuras, a câmara interna (68) é definida pelo recesso central (64c) nas superfícies internas (64) do pistão (60), externamente delimitado pelo dito recesso central (64c) e é internamente delimitado tanto pelas superfícies externas (131) do tubo de amostra (130) sozinhas (vide figura 1) quanto pelas superfícies externas (131) do tubo de amostra (130) junto com as superfícies externas (171) do tubo de controle (170) (vide figura 2), dependendo da posição do pistão durante a operação do martelo.
[00035] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, representada nas figuras, o tubo de controle (170) tem na sua extremidade traseira um conjunto de orifícios de entrada (177) que permite que o fluido pressurizado flua da conexão traseira (20) para a câmara interna (68), através da passagem anular (175) formada entre a superfície interna (178) do tubo de controle (170) e a porção da superfície externa da extremidade traseira rebaixada (131b) do tubo de amostra (130).
[00036] Quando o martelo está em operação, a câmara interna (68) fica em comunicação fluídica permanente com a fonte de fluido pressurizado e cheia com o dito fluido pressurizado. Uma passagem de suprimento anular dianteira (67a) é formada entre a porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) do pistão (60) e a porção da superfície externa da extremidade dianteira rebaixada (131a) do tubo de amostra (130) e uma passagem de suprimento anular traseira (67b) é formada entre a porção da superfície deslizante interna traseira (64b) do pistão (60) e a porção da superfície externa rebaixada da extremidade traseira (171b) do tubo de controle (170) à medida que o pistão (60) alterna, para respectivamente suprir fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira (240, 230) do martelo. A entrada de fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira (240, 230) é dessa forma controlada respectivamente pela sobreposição da porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) do pistão (60) com a porção da superfície externa de controle central (131c) do tubo de amostra (130) e pela sobreposição da porção da superfície deslizante interna traseira (64b) do pistão (60) com a porção da superfície externa de controle da extremidade dianteira (171a) do tubo de controle cilíndrico (170).
[00037] Adicionalmente, a cobertura externa (1) do sistema de fluxo de fluido pressurizado da invenção tem na sua porção de extremidade dianteira um ou mais orifícios de descarga de extremidade (3) conectados nos respectivos canais de descarga longitudinais (4) usinados na superfície externa da porção da extremidade dianteira da cobertura externa, tanto os orifícios de descarga de extremidade (3) quando canais de descarga longitudinais (4) tendo a função de transferir o fluxo de fluido pressurizado recebido na câmara de descarga (2) das câmaras dianteira e traseira (240, 230) do martelo para fora da cobertura externa (1) e daí para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90). Os orifícios de descarga de extremidade (3) e canais de descarga longitudinais (4) são cobertos por um elemento de vedação tal como uma proteção ou uma camisa de vedação externa cilíndrica (190).
[00038] Quando no ciclo do martelo a face de impacto (61) do pistão (60) fica em contato com a face de impacto (95) da broca de perfuração (90) e a broca de perfuração (90) está no ponto mais atrasado de seu curso, isto é, o martelo está na sua posição de impacto (vide figura 1), a câmara dianteira (240) é comunicada fluidicamente com a câmara interna (68) através da passagem de suprimento anular dianteira (67a) formada entre a porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) do pistão (60) e a porção da superfície externa da extremidade dianteira rebaixada (131a) do tubo de amostra (130) e através de um conjunto de passagens de intensificação do fluxo (99) usinadas na face de impacto (95) da broca de perfuração (90). Desta maneira, o fluido pressurizado pode escoar da câmara interna (68) para a câmara dianteira (240) e começar o movimento para trás do pistão (60).
[00039] A entrada de fluido pressurizado na câmara dianteira (240) interromperá quando o pistão (60) tiver deslocado na direção da extremidade dianteira para a extremidade traseira de seu curso até o ponto onde a boda de suprimento de fluido pressurizado dianteira (66a) do pistão (60) atinja a borda de suprimento de fluido pressurizado dianteira (133) do tubo de amostra (130). À medida que o movimento do pistão (60) continua ainda mais na direção da extremidade dianteira para a extremidade traseira de seu curso, será atingido um ponto onde a borda de descarga de fluido pressurizado dianteira (65a) do pistão (60) casa com o limite dianteiro do conjunto dianteiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (42) do cilindro (40). À medida que o movimento do pistão (60) continua ainda mais, a câmara dianteira (240) do martelo comunicará fluidicamente com a câmara de descarga (2) através do conjunto dianteiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (42) do cilindro (40) (vide figura 2). Desta maneira, o fluido pressurizado contido na câmara dianteira (240) será descarregado na câmara de descarga (2) e da câmara de descarga (2) ele pode escoar livremente para fora da cobertura externa (1). De acordo com a modalidade exemplar mostrada nas figuras, o fluido pressurizado da câmara de descarga (2) é descarregado através de passagens de descarga (151), sulcos de descarga (152) e orifícios de descarga (153) de fluido pressurizado da guia da broca de perfuração (150, e através deles para os orifícios de descarga de extremidade (3) da cobertura externa (1). Dos ditos orifícios (3) o fluido pressurizado é então direcionado para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90) através dos canais de descarga longitudinais (4) da cobertura externa (1). Esses orifícios (3) e canais (4) são cobertos pela proteção ou camisa de vedação externa (190).
[00040] Quando no ciclo do martelo, a face de impacto (61) do pistão (60) está em contato com a face de impacto (95) da broca de perfuração (90) e a broca de perfuração (90) está no ponto mais atrasado de seu curso, isto é, o martelo está na posição de impacto (vide figura 1), a câmara traseira (230) está em comunicação fluídica direta com a câmara de descarga (2) através do conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (41) do cilindro (40). Desta maneira, o fluido pressurizado contido na câmara traseira (230) pode escoar livremente para a câmara de descarga (2) e da câmara de descarga (2) ele pode escoar livremente para fora da cobertura externa (1) através das passagens de descarga de fluido pressurizado (151), sulcos de descarga (152) e orifícios de descarga (153) da guia da broca de perfuração (150) e através dos orifícios de descarga de extremidade (3) da cobertura externa (1), de onde ele é direcionado para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90) através dos canais de descarga longitudinais (4) da cobertura externa (1). Esses orifícios (3) e canais (4) são cobertos pela proteção ou camisa de vedação externa (190).
[00041] A saída de fluido pressurizado da câmara traseira (230) interromperá quando o pistão (60) tiver deslocado na direção da extremidade dianteira para a extremidade traseira de seu curso até que a borda de descarga de fluido pressurizado traseira (65b) do pistão (60) atinja o limite traseiro do conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (41) do cilindro (40). À medida que o movimento do pistão (60) continua ainda mais na direção da extremidade dianteira para a extremidade traseira de seu curso, um ponto será atingido onde a borda de suprimento de fluido pressurizado traseira (66b) do pistão (60) casa com a borda de suprimento de fluido pressurizado traseira (172) do tubo de controle (170). À medida que o movimento do pistão (60) continua ainda mais, a câmara traseira (230) do martelo comunica fluidicamente com a câmara interna (68) do pistão (60) através da passagem de suprimento anular traseira (67b) formada entre a porção da superfície deslizante interna traseira (64b) do pistão (60) e a porção da superfície externa rebaixada da extremidade traseira (171b) do tubo de controle (170) (vide figura 2). Desta maneira, a câmara traseira (230) será cheia com fluido pressurizado proveniente da câmara interna (68).
[00042] No modo de limpeza do martelo representado pela figura 3, isto é, quando a percussão do martelo para, a face de impacto (61) do pistão (60) apoia- se na face de impacto (95) da broca de perfuração (90) e o fluido pressurizado é transferido diretamente para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90) através do caminho seguinte: para a câmara traseira (230), através da conexão traseira (20), através do conjunto de orifícios de entrada de fluido pressurizado (177) do tubo de controle (170), através da passagem anular (175) formada entre a superfície interna (178) do tubo de controle (170) e da porção da superfície externa da extremidade traseira rebaixada (131b) do tubo de amostra (130) para a câmara traseira (230); e da câmara traseira (230) para a câmara de descarga (2) através do conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (41) do cilindro (40). Da câmara de descarga (2), o fluido pressurizado pode escoar livremente para fora da cobertura externa (1) através das passagens de descarga de fluido pressurizado (151), sulcos de descarga (152) e orifícios de descarga (153) da guia da broca de perfuração (150), e através dos orifícios de descarga de extremidade (3) da cobertura externa (1), de onde ele é direcionado para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90), através dos canais de descarga longitudinais (4) da cobertura externa (1). Esses orifícios (3) e canais (4) são cobertos pela proteção ou camisa de vedação externa (190).
[00043] Fluido pressurizado que escoa da câmara interna (68) para a câmara dianteira (240) do pistão (60) é então transferido para fora da cobertura externa (1) através dos sulcos de descarga de fluido pressurizado (152) e orifícios de descarga (153) da guia da broca de perfuração (150) e através do conjunto de orifícios de descarga de extremidade (3) da cobertura externa (1).
Claims (7)
1. Sistema de fluxo de fluido pressurizado para um martelo furo abaixo de circulação reversa, que compreende os seguintes componentes principais: uma cobertura externa cilíndrica (1) com uma extremidade dianteira e uma extremidade traseira: uma conexão traseira (20) afixada na extremidade traseira da dita cobertura externa (1) para conectar o martelo na fonte de fluido pressurizado; um pistão com furo central (60) disposto de forma deslizante e coaxial dentro da dita cobertura externa (1) e capaz de alternar devido à mudança na pressão do fluido pressurizado contido em uma câmara dianteira (240) e uma câmara traseira (230) localizadas em extremidades opostas do pistão (60), o pistão (60) tendo superfícies deslizantes externas (63) e superfícies internas (64); uma broca de perfuração (90) montada de forma deslizante na extremidade dianteira do martelo em uma conexão condutora (110); e um tubo de amostra (130) disposto coaxialmente dentro da cobertura externa (1), passando através do furo central do pistão (60) e estendendo-se da broca de perfuração (90) até a conexão traseira (20), o tubo de amostra (130) tendo superfícies internas (136) e superfícies externas (131); caracterizadopelo fato de que o sistema de fluxo de fluido pressurizado compreende: um cilindro (40) coaxialmente disposto entre a cobertura externa (1) e o pistão (60), o cilindro estendendo-se da conexão traseira (20) até a guia da broca de perfuração (150) e tendo uma superfície interna (43) e uma superfície externa (44); um tubo de controle cilíndrico (170) coaxialmente disposto entre o pistão (60) e o tubo de amostra (130), o tubo de controle cilíndrico (170) estendendo-se para frente da conexão traseira (20) na qual ele é acoplado por uma porção de acoplamento (174) desta e tendo superfícies internas (178) e superfícies externas (171); uma câmara de descarga (2) definida por um ou mais recessos na superfície interna da cobertura externa (1) e internamente delimitada pelo cilindro (40), em que a câmara de descarga (2) fica em comunicação fluídica permanente com o fundo do poço para descarregar o fluido pressurizado das câmaras dianteira e traseira (240, 230); e uma câmara interna (68) formada em um recesso central (64c) feito nas superfícies internas (64) do pistão (60) e delimitada pelas superfícies externas (131) do tubo de amostra (130) sozinhas ou juntas com as superfícies externas (171) do tubo de controle (170), dependendo da posição do pistão durante a operação do martelo, em que a câmara interna (68) fica em comunicação fluídica permanente com a fonte de fluido pressurizado para suprir o dito fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira (240, 230); em que o cilindro (40) tem um conjunto dianteiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (42) e um conjunto traseiro de orifícios passantes de descarga de fluido pressurizado (41) para respectivamente canalizar o fluido pressurizado para fora das câmaras dianteira e traseira (240, 230) e para a câmara de descarga (2); em que o tubo de controle (170) tem em sua porção de acoplamento (174) meio de entrada de fluido pressurizado (177) conectado em uma passagem anular (175) formada entre o tubo de controle (170) e o tubo de amostra (130) para permitir que o fluido pressurizado flua da conexão traseira (20) para a câmara interna (68); em que o tubo de amostra (130) compreende uma porção da superfície externa da extremidade dianteira rebaixada (131a) que forma uma passagem de suprimento anular dianteira (67a) com as superfícies internas (64) do pistão (60) para canalizar o fluxo de fluido pressurizado para a câmara dianteira (240); em que o tubo de controle (170) compreende uma porção da superfície externa rebaixada da extremidade traseira (171b) para criar uma passagem de suprimento anular traseira (67b) entre as superfícies internas (64) do pistão (60) e a dita porção da superfície externa rebaixada da extremidade traseira (171b) do tubo de controle (170) para canalizar o fluxo de fluido pressurizado para a câmara traseira (230); por meio do que o fluxo de fluido pressurizado descarregado pelas câmaras dianteira e traseira (240, 230) é controlado somente pela sobreposição ou posição relativa das superfícies deslizantes externas (63) do pistão (60) com a superfície interna (43) do cilindro (40), enquanto a entrada de fluido pressurizado nas câmaras dianteira e traseira (240, 230) é controlada pela sobreposição das superfícies internas (64) do pistão (60) com as superfícies externas (171) do tubo de controle cilíndrico (170) e a porção das superfícies externas (131) do tubo de amostra (130).
2. Sistema de fluxo de fluido pressurizado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as superfícies internas (64) do pistão (60) são divididas em uma porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) e uma porção da superfície deslizante interna traseira (64b) separadas pelo recesso central (64c); em que o tubo de amostra (130) compreende adicionalmente uma porção da superfície externa de controle central (131c) localizada à frente do tubo de controle (170) e estendendo-se até a porção da superfície externa da extremidade dianteira rebaixada (131a) para interagir com a dita porção da superfície deslizante interna dianteira (64a) do pistão (60) permitindo ou bloqueando o fluxo de fluido pressurizado para a câmara dianteira (240) durante a operação do martelo.
3. Sistema de fluxo de fluido pressurizado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o tubo de amostra (130) compreende adicionalmente uma porção da superfície externa rebaixada traseira (131b) estendendo-se do meio de entrada de fluido pressurizado (177) do tubo de controle (170) até a dita porção da superfície externa de controle central (131c), por meio disto definindo a passagem anular (175) junto com as ditas superfícies internas (178) do tubo de controle cilíndrico (170).
4. Sistema de fluxo de fluido pressurizado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o tubo de controle (170) compreende adicionalmente uma porção da superfície externa de controle da extremidade dianteira (171a) para interagir com a porção da superfície deslizante interna traseira (64b) do pistão (60) permitindo ou bloqueando o fluxo de fluido pressurizado para a câmara traseira (230) durante a operação do martelo.
5. Sistema de fluxo de fluido pressurizado, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizadopelo fato de que o conjunto de dispositivos de entrada de fluido pressurizado (177) do tubo de controle (170) conectado na passagem anular (175) formada entre o tubo de controle (170) e o tubo de amostra compreende um conjunto de orifícios de entrada.
6. Martelo furo abaixo de circulação reversa, caracterizadopelo fato de que o martelo compreende: o sistema de fluxo de fluido pressurizado como definido na reivindicação 1; e um ou mais orifícios de descarga (3) conectados nos respectivos canais de descarga longitudinais (4) formados na superfície externa da extremidade dianteira da cobertura externa; em que tanto os orifícios de descarga de extremidade (3) quanto os canais de descarga longitudinais (4) têm a função de transferir o fluxo de fluido pressurizado da câmara de descarga (2) para fora da cobertura externa (1) e ao longo dos lados da extremidade dianteira da cobertura (1) e daí para a região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração (90).
7. Martelo furo abaixo de circulação reversa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que os orifícios de descarga de extremidade (3) e os canais de descarga longitudinais (4) são cobertos por um elemento de vedação tal como uma proteção ou uma camisa de vedação externa cilíndrica (190) para direcionar o fluido pressurizado para a dita região periférica da extremidade dianteira da broca de perfuração e produzir um fluxo de fluido pressurizado através da face dianteira da broca de perfuração para arrastar os cascalhos de rocha em direção ao tubo de amostra (130).
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