BR112012002520B1 - broca de perfuração, método para fabricar uma broca de perfuração e método para direcionar uma broca de perfuração - Google Patents
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Abstract
broca de perfuração, método para fabricar uma broca de perfuração e método para direcionar uma broca de perfuração a presente invenção refere-se a uma broca de perfuração está provida que em uma modalidade pode incluir um dispositivo de aplicação de força sobre um corpo da broca de perfuração, em que o dispositivo de aplicação de força inclui um membro de aplicação de força acoplado articulado na broca de perfuração e configurado para estender do corpo de broca de perfuração para aplicar uma força sobre uma parede de furo de poço quando a broca de perfuração é utilizada para perfurar um furo de poço, e um atuador configurado para atuar o membro de aplicação de força para aplicar a força sobre a parede de furo de poço durante a perfuração do furo de poço.
Description
REFERÊNCIA CRUZADA [001] Este pedido reivindica o benefício da data de depósito do Pedido de Patente dos Estados Unidos Número de série 12/535.326 depositado em 04 de Agosto de 2009, para BROCA DE PERFURAÇÃO COM DISPOSITIVO DE DIRECIONAMENTO AJUSTÁVEL. INFORMAÇÕES FUNDAMENTAIS
1. CAMPO DA DESCRIÇÃO [002] Os poços de petróleo (também referidos como furos de poço ou poços) são perfurados com uma coluna de perfuração que inclui um membro tubular que tem um conjunto de perfuração (também referido como um conjunto de fundo de poço ou BHA) o qual inclui uma broca de perfuração presa na sua extremidade inferior. A broca de perfuração é girada para desintegrar a formação rochosa para perfurar o furo de poço. O BHA inclui dispositivos e sensores para prover informações sobre uma variedade de parâmetros relativos às operações de perfuração (parâmetros de perfuração), comportamento do BHA (parâmetros de BHA) e a formação que circunda o furo de poço que está sendo perfurado (parâmetros de perfuração). Um grande número de furos de poço é perfurado ao longo de uma trajetória contornada. Por exemplo, um único furo de poço pode incluir uma ou mais seções verticais, seções desviadas e seções horizontais. Alguns BHAs incluem juntas de articulação ajustáveis para formar um furo de poço desviado. Tais dispositivos de direcionamento estão tipicamente dispostos sobre o BHA, isto é, afastados da broca de perfuração, como descrito no documento US 2004/0089477. No entanto, é desejável ter-se um dispositivo de direcionamento próximo da ou sobre a broca de perfuração pa
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2/17 ra fazer com que a broca de perfuração mude as direções de perfuração mais rapidamente do que pode ser obtenível com os dispositivos de direcionamento que estão dentro do BHA, para perfurar furos de poço desviados mais regulares, para aperfeiçoar a taxa de penetração da broca de perfuração e/ou estender a vida da broca de perfuração. O pedido de patente americano número US 2009/0065262 revela uma broca de perfuração que pode ser dirigida pela retração de dedos articulados no corpo da broca de perfuração, no entanto, ainda há campo para dispositivos de direcionamento de broca alternativos.
[003] A descrição aqui provê brocas de perfuração com dispositivos de direcionamento, métodos de fabricação de tais brocas e um aparelho para utilizar tais brocas de perfuração para perfurar os furos de poço.
SUMÁRIO [004] Em um aspecto, uma broca de perfuração está provida que em uma modalidade pode incluir um dispositivo de aplicação de força sobre uma haste da broca de perfuração, em que o dispositivo de aplicação de força inclui um membro de aplicação de força configurado para estender da haste para aplicar a força sobre uma parede de furo de poço quando a broca de perfuração é utilizada para perfurar um furo de poço, e um atuador configurado para atuar o membro de aplicação de força para aplicar a força sobre uma parede de furo de poço durante a perfuração do furo de poço.
[005] Em outro aspecto, um método para fabricar uma broca de perfuração está provido cujo método pode incluir: prover pelo menos um dispositivo de aplicação de força sobre uma haste da broca de perfuração, em que o dispositivo de aplicação de força inclui um membro de aplicação de força preso na haste e configurado para estender da haste para aplicar a força sobre uma parede de furo de poço quando a broca de perfuração é utilizada para perfurar um furo de poço; e prover
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3/17 um atuador configurado para atuar o membro de aplicação de força para aplicar a força sobre uma parede de furo de poço durante a perfuração do furo de poço.
[006] Exemplos de certas características do aparelho e método aqui descritos estão resumidos bastante geralmente de modo que a sua descrição detalhada que segue possa ser melhor compreendida. Estas são, é claro, características adicionais do aparelho e do método daqui em diante descrito que formarão o assunto das reivindicações anexas a este.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A descrição aqui será melhor compreendida com referência às figuras acompanhantes nas quais os números iguais foram geralmente atribuídos a elementos iguais e nas quais:
[008] figura 1 é uma vista isométrica de uma broca de perfuração com um dispositivo de direcionamento sobre uma seção de haste de uma broca de perfuração, de acordo com uma modalidade da descrição;
[009] figura 2 é uma vista lateral de componentes de um dispositivo de direcionamento exemplar localizado sobre uma broca de perfuração, de acordo com uma modalidade da descrição;
[0010] figura 3 é uma vista em corte de uma porção de uma broca de perfuração exemplar com dois membros de aplicação de força, que inclui um perfil de um bloco único em posição estendida de acordo com uma modalidade da descrição;
[0011] figura 4 é uma vista de topo de uma broca de perfuração exemplar que inclui um membro de aplicação de força, de acordo com uma modalidade da descrição;
[0012] figura 5 é uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração exemplar com dois membros de aplicação de força localizados sobre uma luva flutuante, em que os membros de aplicação de força
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4/17 articulam ao redor de um eixo geométrico perpendicular a um eixo geométrico de broca longitudinal, de acordo com uma modalidade da descrição;
[0013] figura 6 é uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração exemplar com dois membros de aplicação de força localizados sobre uma luva flutuante, em que os membros de aplicação de força articulam ao redor de um eixo geométrico paralelo a um eixo geométrico de broca longitudinal, de acordo com uma modalidade da descrição;
[0014] figura 7 é uma vista de topo em corte da broca de perfuração exemplar mostrada na Figura 6.
[0015] figura 8 é uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração exemplar com dois membros de aplicação de força localizados sobre uma luva flutuante, em que os membros de aplicação de força articulam ao redor de um eixo geométrico perpendicular a um eixo geométrico de broca longitudinal, de acordo com uma modalidade da descrição; e [0016] figura 9 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplar que inclui uma broca de perfuração que tem um dispositivo de aplicação de força feito de acordo com uma modalidade da descrição.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [0017] A figura 1 mostra uma vista isométrica de uma broca de perfuração 100 exemplar feita de acordo com uma modalidade da descrição. A broca de perfuração 100 mostrada é uma broca PDC que tem um corpo de broca 112 que inclui um cone 112a, uma haste 112b, e um pino 112c. O cone 112a está mostrado incluindo um número de perfis de lâmina 114a, 114b, ..., 114n (também referidos como os perfis). Cada perfil de lâmina está mostrado incluir uma face ou seção de coroa, tal como uma seção 118a e uma seção de calibre, tal como a
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5/17 seção 118b. Uma porção da haste 112b é substancialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal de 122 da broca de perfuração 100. Um número de cortadores espaçados está colocado ao longo de cada perfil de lâmina. Por exemplo, o perfil de lâmina 114n está mostrado conter os cortadores 116a-116m. Todos os perfis de lâmina 114a-114n estão mostrados terminando próximo do centro inferior 115 da broca de perfuração 100. Cada cortador tem uma face de corte ou elemento de corte, tal como o elemento 116a' do cortador 116a, que acopla a formação rochosa quando a broca de perfuração 100 é girada durante a perfuração do furo de poço. Cada cortador 116a-116m tem um ângulo de raspagem traseiro e um ângulo de raspagem lateral que define a profundidade de corte do cortador dentro da formação rochosa. Cada cortador também tem uma profundidade de corte máxima dentro da formação. Em um aspecto, um número de dispositivos de aplicação de força extensíveis está colocado ao redor da haste 112b da broca de perfuração 100. A figura 1 mostra os dispositivos de aplicação de força 140a-140p exemplares colocados ao redor da haste 112b. Cada dispositivo de aplicação de força pode ainda incluir um membro de aplicação de força e um dispositivo de atuação ou uma fonte para suprir energia para o seu membro de aplicação de força associado. Por exemplo, o dispositivo de aplicação de força 140a pode incluir um membro de aplicação de força 140af e uma fonte de energia 140ap. Em um aspecto, o membro de aplicação de força pode ser referido como um bloco, membro de bloco, membro extensor ou extensível. Ainda, a fonte de energia pode também ser referida como um atuador ou um dispositivo de atuação. O atuador pode ser qualquer dispositivo adequado, que inclui, mas não limitado a, um dispositivo hidráulico, um dispositivo de parafuso, um dispositivo elétrico linear, e um dispositivo eletromecânico, Liga de Memória de Forma (SMA) ou qualquer outro dispositivo adequado cada membro de aplicação de força pode ser
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6/17 independentemente atuado para estender radialmente da broca de perfuração para aplicar uma quantidade de força selecionada sobre a parede de furo de poço durante a perfuração do furo de poço. Várias modalidades dos dispositivos de aplicação de força e suas operações estão descritas em mais detalhes com referência às figuras 2-9. A figura 1 mostra uma broca de perfuração PDC como um exemplo somente. Os dispositivos de aplicação de força aqui descritos podem ser utilizados com qualquer outra broca de perfuração, que inclui, mas não limitado a, brocas de perfuração de cone de rolo e brocas de perfuração de cortador de diamante.
[0018] A figura 2 ilustra uma vista lateral de um membro de aplicação de força ou bloco 200 exemplar e outros componentes os quais podem estar incluídos na broca de perfuração. Em um aspecto, um membro de articulação 202, apresentado como um pino pode trabalhar em combinação com um membro de cunha 204, para mover um bloco 200 afastando do corpo de broca de perfuração. Ainda, o movimento do bloco 200 pode ser coordenado com um ou mais outros blocos sobre a broca de perfuração para dirigir a broca de perfuração dentro de uma formação. O membro de cunha 204 pode mover em uma direção linear 206, ao longo de um eixo geométrico longitudinal 208, para atuar o movimento do bloco 200 em uma direção radial 210. O membro de cunha 204 pode ser atuado por qualquer mecanismo adequado para prover uma força para mover o bloco 200, pressionando-o em uma direção para fora 210 contra uma parede de formação. Exemplos de mecanismos para mover o membro de cunha 204 podem incluir um atuador baseado em fluido (por exemplo, hidráulico), um atuador baseado em parafuso, um atuador elétrico, ligas de memória de forma ou qualquer outro mecanismo adequado. Em um aspecto, um membro composto em parte de uma liga de memória de forma pode estar acoplado no e atuar o movimento de bloco. Por exemplo, um membro
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7/17 composto de uma Liga de Memória de Forma, tal como níquel titânio, cobre-zinco-alumínio-níquel, cobre-alumínio-níquel, ou ligas baseadas em ferro, pode ser um componente do membro, em que a forma do metal muda quando induzido por uma mudança térmica ou por uma tensão aplicada no membro. Como abaixo discutido, o bloco 200 pode estar posicionado em uma broca de perfuração para prover um controle relativamente preciso de direção de broca de perfuração durante a perfuração de um furo de poço.
[0019] Ainda referindo à figura 2, em uma modalidade, o bloco 200 pode também incluir rolos 212 posicionados sobre membros axiais 214, tais como pinos. Os rolos 212 podem reduzir o atrito conforme o bloco 200 contacta uma parede de formação. Como tal, os rolos 212 podem facilitar o movimento da broca de perfuração e dos blocos de broca 200 ao longo de um furo de poço conforme a broca de perfuração move pela formação abaixo. Os rolos 214 podem também reduzir o desgaste sobre uma superfície externa 216 do bloco 200 conforme a broca move pela formação abaixo. Conforme o membro de cunha 204 move axialmente na direção 206, uma superfície de bloco 218 e uma superfície de cunha 220 interfaceiam ou cooperam para acionar o movimento de bloco 210. As superfícies 218 e 220 podem incluir uma camada de atrito reduzido feita de um material adequado, que inclui, mas não limitado a, um revestimento metálico ou de liga, materiais não metálicos, uma combinação de tais materiais, polímeros ou outros materiais adequados para permitir um movimento deslizante e uma transferência de forma entre o membro de cunha 204 e o bloco 200. O membro de cunha 204 e o bloco 200 podem ser compostos de qualquer material resistente ao desgaste adequado de resistência suficiente, tal como ácido inoxidável, ligas metálicas, polímeros ou qualquer sua combinação. Ainda, o membro de cunha 204 pode ser de qualquer forma adequada, tal como uma forma de torta ou uma forma triangular
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8/17 com uma interseção angular de dois lados, em que a forma permite uma transferência de força de uma direção para outra. Por exemplo, o membro de cunha 204 pode ter um ângulo de aproximadamente 25 graus entre os lados adjacentes e permite que uma força aplicada geralmente perpendicular a um terceiro lado seja suavemente transferida para a superfície de cunha 220 para acionar o movimento 210. Além disso, os rolos 212 podem ser de qualquer forma adequada, tal como rodas substancialmente redondas ou um polígono arredondado. Em um aspecto, as rodas de rolo 212 podem ser feitas de qualquer material adequado, que inclui, mas não limitado a, elementos metálicos, elementos não metálicos e uma sua combinação. Os rolos 212 reduzem o atrito rotacional e tangencial contra uma parede de furo de poço e ajudam um atuador de bloco 200 na transferência da força de direcionamento em uma direção para fora contra a parede.
[0020] A figura 3 mostra uma vista lateral em corte de um perfil de uma broca de perfuração 300, feita de acordo com a uma modalidade da descrição. Um perfil de metade da broca de perfuração 300 está ilustrado de um eixo geométrico longitudinal 312 para fora. A broca de perfuração 300 está mostrada incluindo uma pluralidade de blocos 302, os quais podem ser colocados em um de várias localizações sobre a broca de perfuração 300 para dirigir a broca de perfuração durante a perfuração de um furo de poço. Em um aspecto, três ou mais blocos 302 podem estar uniformemente espaçados ao redor de um exterior da broca de perfuração 300, tal como sobre a haste da broca de perfuração 300. Por exemplo, cada um dos blocos 302 pode estar a 120 graus dos outros dois blocos quando três blocos são utilizados ou afastados de 90 graus de seu bloco adjacente quando quatro blocos são utilizados, etc. Em um aspecto, os blocos 302 podem estar presos no corpo da broca de perfuração 300 através de um mecanismo de articulação 304, tal como pinos de articulação, por meio disto permitin
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9/17 do o movimento dos blocos 302 para dirigir a broca 300. Qualquer mecanismo de acoplamento de articulação adequado pode ser utilizado para permitir o movimento dos blocos 302, que inclui, mas não limitado a, conjuntos de rolamento, pinos e receptores de pino estacionários, abas conectadas articuladas e ocultas, ou qualquer sua combinação. Como será abaixo discutido, os blocos 302 podem também estar diretamente presos a um atuador linear 306, em que o atuador linear pode pressionar linearmente o bloco 302 inteiro para fora para dirigir a broca. Como apresentado na figura 3, um atuador 306 pode estar acoplado a cada bloco e causar um movimento angular do bloco 302 para uma posição estendida 308. Consequentemente, o atuador 306 está acoplado no bloco 302, através de um acoplamento articulado, para traduzir o movimento linear (atuação) para um movimento angular ou radial 310 do bloco 302. Em outro aspecto, o pino de articulação 304 pode estar localizado mais próximo de uma porção de coroa 311 da broca, por meio disto permitindo que o bloco 302 estenda sem agarrar sobre uma parede de formação conforme a broca 300 e o bloco 302 movem em uma direção 313. Em um aspecto, o pino de articulação 304 pode estar localizado dentro da porção de bloco 302 localizada mais distante da coroa 311. Como tal, o atuador pode estar localizado mais próximo da coroa 311 para mover o bloco 302. Em aspectos, na modalidade da figura 3, o eixo geométrico de bloco 304' na sua posição recuada fica ao longo do eixo geométrico longitudinal 312 da broca de perfuração.
[0021] Ainda referindo à figura 3, o mecanismo de pino de articulação 304 pode ser referido como articulado com um eixo geométrico a um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal 312. Como abaixo discutido, a orientação do mecanismo de articulação pode variar, por meio disto alterando a configuração de bloco e a direção de movimento de bloco. Mais ainda, o mecanismo de atuação de bloco
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300 pode variar, dependendo de necessidades de aplicação e outros fatores de projeto e de operação.
[0022] A figura 4 é uma vista superior em corte de uma porção de uma broca 400 exemplar, a broca 400 inclui um bloco 402, o qual pode estar configurado para dirigir e controlar uma direção da broca 400 durante um processo de perfuração. O bloco 402 pode articular ao redor de uma articulação 404 acoplada a um corpo de broca 412 e no bloco 402. Um mecanismo de atuação 406 pode ser utilizado para mover o bloco em uma direção 408 para uma posição estendida 410. Quando não estendido, o bloco 402 pode recuar para dentro do corpo de broca de perfuração 412, onde este fica substancialmente no plano com uma superfície externa 413 da broca e do bloco. Ainda, a superfície externa 413 da broca e do bloco pode incluir um material resistente ao desgaste para reduzir o desgaste conforme a broca 400 gira contra a rocha para criar um furo de poço, como anteriormente descrito. Como apresentado na Figura 4, a articulação 404 articula ao redor de um eixo geométrico que é paralelo ou substancialmente paralelo a um eixo geométrico longitudinal 414. Além disso, a broca 400 gira ao redor do eixo geométrico longitudinal 414 em uma direção 415. O bloco 402 pode estender ou recuar conforme a broca 400 gira. O bloco 402 assim dirige a broca 400 enquanto esta está perfurando. Consequentemente, a broca 400 pode incluir sensores, processadores, memória, e dispositivos de comunicação para permitir que a broca 400 estenda o bloco 402 no tempo e duração apropriados para mover a broca 400 em uma direção desejada. Ainda, posicionando o bloco 402 dentro da broca de perfuração 400, o direcionamento e a perfuração da broca de perfuração podem ser mais precisamente controlados. A broca de perfuração 400 pode conter uma pluralidade de blocos 402 localizada sobre as porções externas da broca. A broca pode apresentar blocos da mesma configuração e orientação, tais como aqueles com eixos geo
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11/17 métricos de articulação paralelos ou perpendiculares ao eixo geométrico longitudinal ou em qualquer outro ângulo adequado em relação ao eixo geométrico longitudinal de broca de perfuração. Em uma modalidade, uma combinação de configurações de blocos pode ser utilizada para dirigir um único conjunto de broca.
[0023] Referindo à figura 5, uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração 500 exemplar está ilustrada. O conjunto inclui um ou mais blocos 502 configurados para dirigir a broca 500 durante uma operação de perfuração. Os blocos 502 podem estar acoplados articulados na broca através de pinos de articulação 504. Os blocos 502 podem estender em uma direção angular 506 para controlar a direção da broca 500. Um controlador, uma memória, sensores, e um sistema de comunicação podem estar acoplados na broca 500, blocos 502, e outros componentes para correlacionar os movimentos de bloco para a direção desejada da broca de perfuração 500. Os blocos 502 podem estar substancialmente no plano com uma luva flutuante 508 quando recuados. A luva flutuante 508 pode ser um membro cilíndrico oco colocado ao redor de um corpo de broca de perfuração 510. A luva flutuante 508 pode estar acoplada no corpo 510 através de rolamentos 512. Os rolamentos 512 permitem que o corpo 510 gire ao redor do eixo geométrico longitudinal 514 independente da luva flutuante 508. Consequentemente, o corpo de broca de perfuração 510 pode girar em uma alta taxa enquanto que a luva flutuante 508 permanece substancialmente estacionária com relação a uma coluna de perfuração. Mantendo a luva flutuante 508 em uma posição substancialmente estacionária, o processamento e o controle do direcionamento de broca pelos blocos 502 podem ser simplificados. Ainda, posicionando os blocos 502 sobre a luva flutuante 508 um operador pode ter um controle mais preciso sobre a direção da operação de perfuração. Em um aspecto, a luva flutuante 508 pode ficar substancialmente estacionária
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12/17 enquanto que o corpo de broca 510 gira. Em outro aspecto, a luva flutuante 508 pode girar a uma taxa mais lenta do que o corpo 510. Os rolamentos 512 podem ser qualquer mecanismo adequado para reduzir o atrito entre os componentes rotativos, incluindo rolos, rolamentos de esferas, ou qualquer outro dispositivo adequado. Em um aspecto, a configuração dos blocos 502 e dos pinos 504 pode ser descrita como perpendicular ou substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal 514. Na modalidade apresentada, mecanismos atuadores podem estar localizados dentro da luva flutuante 508 para controlar o movimento dos blocos 506.
[0024] A figura 6 é uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração 600 exemplar. O conjunto inclui uma seção de coroa 601 e uma pluralidade de blocos 602 configurados para dirigir a broca 600. Os blocos 602 podem estar acoplados articulados na broca através de pinos de articulação 604. Os blocos 602 podem estender em uma direção 600 para mudar a direção da broca durante a perfuração. Os blocos 602 podem estar distribuídos através de toda a broca 600 para prover um controle de direcionamento ótimo para um operador. Um controlador, uma memória, sensores, e um sistema de comunicação podem estar acoplados na broca 600, blocos 602, e outros componentes para correlacionar os movimentos de bloco para a direção desejada da broca de perfuração 600. Quando recuados, os blocos 602 podem estar substancialmente no plano com uma luva flutuante 608. A luva flutuante 608 pode ser um membro cilíndrico oco colocado ao redor de um corpo de broca de perfuração 610. A luva flutuante 608 pode estar acoplada no corpo 610 através de rolamentos 612. Os rolamentos 612 permitem que o corpo 610 gire ao redor do eixo geométrico longitudinal 614 independente da luva flutuante 608. Em um aspecto, a configuração dos blocos 602 e dos pinos 604 pode ser descrita como paralela ou substancialmente paralela ao eixo geométrico longi
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13/17 tudinal 614. A orientação dos blocos 602 pode ser alterada com base em uma direção de rotação de broca 616 para reduzir o desgaste sobre os blocos 602. Como apresentado, a ilustração ainda inclui um perfil 618 dos blocos estendidos.
[0025] A figura 7 é uma vista superior em corte da broca de perfuração 600 mostrada na Figura 6. A luva flutuante 608 está mostrada como um membro anular colocado ao redor do corpo 610 da broca de perfuração. Os rolamentos 612 permitem um movimento de broca rotacional 616 enquanto provendo um acoplamento de atrito reduzido entre a luva flutuante 608 e o corpo 610. Em um aspecto, cada um dos três blocos 602 está localizado a aproximadamente 120 graus dos outros dois blocos. O diagrama também mostra o perfil estendido 618 de um bloco, onde o bloco articula sobre um eixo geométrico paralelo ao eixo geométrico longitudinal 614.
[0026] A figura 8 é uma vista lateral em corte de uma broca de perfuração 600 exemplar. O conjunto inclui uma seção de coroa 801 e uma pluralidade de blocos 802 configurados para dirigir a broca 800. Os blocos 802 podem estender em uma direção 808 para mudar a direção da broca durante a perfuração. Em um aspecto, o dispositivo de aplicação de força pode incluir um membro flutuante 804 tal como uma luva flutuante, montado sobre um lado externo do corpo de broca de perfuração 810. A luva flutuante 804 pode ser um membro cilíndrico oco colocado ao redor de um corpo de broca de perfuração 810. A luva flutuante 804 pode estar acoplada no corpo de broca de perfuração 810 através de rolamentos 812. Os rolamentos 812 permitem que o corpo de broca de perfuração 810 gire ao redor do eixo geométrico longitudinal 814 independente do membro flutuante 804. O membro flutuante 804 pode estar colocado dentro de um rebaixo ao redor de uma localização adequada sobre o corpo de broca de perfuração 810, tal como a haste. Em um aspecto, o membro flutuante 804 pode estar
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14/17 configurado para girar mais lentamente do que a broca de perfuração 800 e em outro aspecto o membro flutuante 804 pode ser estacionário ou substancialmente estacionário com relação à rotação do corpo de broca de perfuração 810. Em um aspecto, os blocos 802 podem mover radialmente para fora da luva flutuante 804 quando acionados por um atuador (não mostrado). Ainda, os blocos 802 podem estar distribuídos em qualquer número de localizações adequadas ao redor da broca de perfuração 800 para prover um direcionamento ótimo da broca de perfuração dentro de um furo de poço. Como mostrado, a ilustração inclui um perfil 806 dos blocos estendidos. Um controlador, uma memória, sensores, e um sistema de comunicação podem estar acoplados na broca 800, blocos 802, e outros componentes para correlacionar os movimentos de bloco para a direção desejada da broca de perfuração 800. Quando recuados, os blocos 802 podem estar substancialmente no plano com a luva flutuante 804.
[0027] A figura 9 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração 900 exemplar que pode utilizar as brocas de perfuração feitas de acordo com uma ou mais modalidades da descrição. A figura 9 mostra um furo de poço 910 que tem uma seção superior 911 com um revestimento 912 instalado na mesma e uma seção inferior 914 sendo perfurada com uma coluna de perfuração 918. A coluna de perfuração 918 está mostrada incluindo um membro tubular 916 com um BHA 930 (também referido como o conjunto de perfuração ou conjunto de fundo de poço (BHA)) preso na sua extremidade inferior. O membro tubular 916 pode ser uma série de seções de tubo de perfuração unidas ou pode ser uma tubulação espiral. Uma broca de perfuração 950 está mostrada presa na extremidade inferior do BHA 930 para desintegrar a formação rochosa para perfurar o furo de poço 910 de um diâmetro selecionado na formação 919. A broca de perfuração inclui um ou mais dispositivos de aplicação de força 960 feitos de acordo
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15/17 com uma ou mais modalidades desta descrição.
[0028] A coluna de perfuração 918 está mostrada conduzida para dentro do furo de poço 910 de uma plataforma 980 na superfície 967. A plataforma 980 exemplar é uma plataforma terrestre para facilidade de explicação. O aparelho e métodos aqui descritos podem também ser utilizados com plataformas offshore. Uma mesa rotativa 969 ou um acionamento superior (não mostrado) acoplado na coluna de perfuração 918 pode ser utilizada para girar a coluna de perfuração 918 para girar o BHA 930 e a broca de perfuração 950 para perfurar o furo de poço 910. Um motor de perfuração 955 (também referido como o motor de lama) pode estar provido no BHA 930 para girar a broca de perfuração 950. O motor de perfuração 955 pode ser utilizado sozinho para girar a broca de perfuração ou sobrepor a rotação da coluna de perfuração 918. Uma unidade de controle (ou controlador) 990, a qual pode ser uma unidade baseada em computador, pode estar colocada na superfície para receber e processar os dados transmitidos pelos sensores na broca de perfuração 950 e no BHA 930 e para controlar as operações selecionadas dos vários dispositivos e sensores no conjunto de perfuração 930. O controlador de superfície 990, em uma modalidade, pode incluir um processador 992, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio legível por computador 994 para armazenar os dados e os programas de computador 996. O dispositivo de armazenamento de dados 994 pode ser qualquer dispositivo adequado, que inclui, mas não limitado a, uma memória somente de leitura (ROM) uma memória de acesso randômico (RAM), uma memória instantânea, uma fita magnética, um disco rígido e um disco ótico. Durante a perfuração, um fluido de perfuração 979 de uma sua fonte é bombeado sob pressão para dentro do membro tubular 916. O fluido de perfuração descarrega no fundo da broca de perfuração 950 e retorna para a superfície através do espaço anular (também referido como o
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16/17 anel) entre a coluna de perfuração 918 e a parede interna 942 do furo de poço 910.
[0029] O BHA 930 pode ainda incluir um ou mais sensores de fundo de poço, que incluem, mas não limitados a, sensores geralmente conhecidos como os sensores de medição durante a perfuração (MWD) ou os sensores de perfilagem durante a perfuração (LWD), e sensores que proveem informações sobre o comportamento do BHA 930, tal como a rotação de broca de perfuração, a vibração, o turbilhonamento, e aderência - deslizamento (coletivamente designados na figura 9 pelo número 975) e pelo menos uma unidade de controle (ou controlador) 970 para controlar a operação dos membros de aplicação de força 962 e para pelo menos parcialmente processar os dados recebidos dos sensores 975 e da broca de perfuração 950. O controlador 970 pode incluir, entre outras coisas, um processador 972, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 974, tal como uma memória de estado sólido, e um programa 976 para utilização pelo processador 972 para controlar a operação dos membros de aplicação de força 960, processar os dados de fundo de poço e também comunicar com o controlador 970 através de uma unidade de telemetria de duas vias 988.
[0030] A broca de perfuração 950 pode incluir um ou mais sensores 955, que incluem, mas não limitados a, acelerômetros, magnetômetros, sensores de torque, sensores de peso, sensores de resistividade, e sensores acústicos para prover as informações sobre vários parâmetros de interesse. A broca de perfuração 950 pode também incluir um processador e uma conexão de comunicação para prover uma comunicação de duas vias entre a broca de perfuração 950 e o BHA 930. Durante a perfuração do furo de poço 910, um ou mais dispositivos de aplicação de força 960 são ativados para aplicar uma força sobre a parede de furo de poço. A utilização de três dispositivos de apli
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17/17 cação de força tipicamente provê vetores de força adequados para fazer com que a broca de perfuração 950 mova para qualquer direção desejada. A broca de perfuração 950 pode também incluir mais do que três ou menos do que três dispositivos de aplicação de força. Cada membro de aplicação de força pode ser independentemente operado por seu atuador associado, o qual pode estar localizado dentro da broca de perfuração ou no BHA. O processador no BHA e/ou na broca de perfuração pode fazer com que cada dispositivo de aplicação de força aplique uma força selecionada sobre a parede de furo de poço de acordo com os programas de instrução e as instruções disponíveis para o processador dentro da broca de perfuração, BHA e/ou a superfície para perfurar o furo de poço ao longo de um percurso ou trajetória desejado.
[0031] Apesar da descrição acima ser direcionada a certas modalidades, várias mudanças e modificações de tais modalidades ficarão aparentes para aqueles versados na técnica. É pretendido que o âmbito da presente invenção inclua todas as mudanças e modificações que estejam dentro do escopo das reivindicações.
Claims (19)
1. Broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950), caracterizado pelo fato de que compreende:
um corpo de broca (112; 412) compreendendo um cone (112a) e uma haste (112b) em que o cone (112a) inclui uma pluralidade de perfis de lâmina (114a-114n) incluindo uma seção de coroa (118a; 311) e uma seção de calibre (118b);
uma pluralidade de dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) no corpo (112; 412), em que os dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) incluem, cada um, um membro de aplicação de força (140af; 962) acoplado pivotalmente ao corpo (112; 412) configurado para se estender do corpo (112; 412) radialmente para fora além da seção da coroa (118a; 311), de modo a aplicar uma força em uma parede do poço para direcionar a broca (100; 200; 300; 400; 950) em direção a um percurso desejado quando a broca (100; 200; 300; 400; 950) é usada para perfurar um poço; e um atuador (306) configurado para atuar os membros de aplicação de força (140af; 962) para aplicar a força sobre a parede de furo de poço durante a perfuração de poço.
2. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os membros de aplicação de força (140af; 962) compreendem uma superfície externa de um material resistente ao desgaste.
3. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) estão posicionados sobre uma haste (112b) do corpo (112; 412) e estão substancialmente nivelados com uma superfície da broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) quando não estendida.
4. Broca de perfuração, acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os dispositivos de aplicação de força
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2/5 (140a-140p; 960) compreendem um acoplamento pivotante (202; 304; 404) entre os membros de aplicação de força (140af; 962) e o corpo (112; 412), em que um eixo do acoplamento pivotante (202; 304; 404) é um dentre: substancialmente paralelo a um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414); substancialmente perpendicular a um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414); e num ângulo selecionado para um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414).
5. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o atuador (306) compreende um membro de cunha (204).
6. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o atuador (306) compreende um dentre: um atuador hidráulico; um atuador baseado em parafuso, um dispositivo elétrico linear; uma liga de memória de forma; e um atuador eletromecânico.
7. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro de aplicação de força (140af; 962) compreende rolos (212) localizados sobre uma superfície externa para reduzir o atrito contra a parede de furo de poço.
8. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma porção da haste é substancialmente paralela a um eixo longitudinal (112; 208; 312; 414) da broca de perfuração.
9. Broca de perfuração de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de dispositivos de aplicação de força está na parte da haste que é substancialmente paralela ao eixo longitudinal (122; 208; 312; 414) da broca de perfuração.
10. Método para fabricar uma broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950), caracterizado pelo fato de que que compreende:
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3/5 fornecer um corpo de broca (112; 412) compreendendo um cone (112a) e uma haste (112b) em que o cone (112a) inclui uma pluralidade de perfis de lâmina (114a-114n) incluindo uma seção de coroa (118a; 311) e uma seção de calibre (118b);
fornecer uma pluralidade de dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) no corpo (112; 412), em que os dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) incluem, cada um, um membro de aplicação de força (140af; 962) acoplado pivotalmente ao corpo (112; 412) configurado para se estender do corpo (112; 412) radialmente para fora além da seção da coroa (118a; 311), de modo a aplicar uma força em uma parede do poço para direcionar a broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) em direção a um percurso desejado quando a broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) é usada para perfurar um poço; e fornecer um atuador (306) configurado para atuar o membro de aplicação de força (140af; 962) para aplicar a força sobre a parede de furo de poço durante a perfuração de poço.
11. Método, acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que fornecer os dispositivos de aplicação de força (140a140p; 960) compreende fornecer um acoplamento pivotante (202; 304; 404) entre os membros de aplicação de força (140af; 962) e o corpo (112; 412), em que um eixo do acoplamento pivotante (202; 304; 404) é um dentre: substancialmente paralelo a um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414); substancialmente perpendicular a um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414); e num ângulo selecionado para um eixo de broca de perfuração longitudinal (122; 208; 312; 414).
12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que prover um atuador (306) compreende prover um membro de cunha (204).
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13. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o atuador (306) compreende um dentre: um atuador hidráulico; um atuador baseado em parafuso, um dispositivo elétrico linear; uma liga de memória de forma; e um atuador eletromecânico.
14. Método para direcionar uma broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) em um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende:
conduzir uma ferramenta que tem uma broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) em uma de suas extremidades, para dentro de um furo de poço, a broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950) incluindo:
um corpo de broca (112; 412) compreendendo um cone (112a) e uma haste (112b) em que o cone (112a) inclui uma pluralidade de perfis de lâmina (114a-114n) incluindo uma seção de coroa (118a; 311) e uma seção de calibre (118b) e uma pluralidade de dispositivos de aplicação de força (140a-140p; 960) cada um tendo um membro de aplicação de força (140af; 962) acoplado pivotalmente ao corpo (112; 412) e configurado para se estender do corpo (112; 412) radialmente para fora além da seção da coroa (118a; 311), de modo a aplicar uma força em uma parede do poço para direcionar a broca (100; 200; 300; 400; 950) em direção a um percurso desejado;
determinar o percurso desejado para a broca de perfuração (100; 200; 300; 400; 950); e atuar o membro de aplicação de força (140af; 962) para estender do corpo (112; 412) radialmente para fora além da seção da coroa (118a; 311) de modo a aplicar uma força sobre a parede de furo de poço para dirigir a broca ao longo do percurso desejado.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que atuar o dispositivo de aplicação de força (140a
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140p; 960) compreende estender os membros de aplicação de força (140af; 962) pivotavelmente ao longo de um eixo geométrico que é um dentre: substancialmente paralelo a um eixo geométrico longitudinal (122; 208; 312; 414) de broca de perfuração; substancialmente perpendicular a um eixo geométrico longitudinal (122; 208; 312; 414) de broca de perfuração; e a um ângulo selecionado em relação a um eixo geométrico longitudinal (122; 208; 312; 414) de broca de perfuração.
16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que atuar os dispositivos de aplicação de força (140a140p; 960) compreende provocar o movimento dos membros de aplicação de força (140af; 962) através de um membro de cunha; ou através de um dentre: um atuador baseado em fluido; um atuador de parafuso; um dispositivo elétrico linear; um material com memória de forma; e um atuador eletromecânico.
17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o membro de aplicação de força (140af; 962) compreende rolos (212) localizados sobre uma superfície externa para reduzir o atrito contra a parede de furo de poço.
18. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 14, caracterizado pelo fato de que uma porção da haste é substancialmente paralela a um eixo longitudinal (112; 208; 312; 414) da broca de perfuração.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de dispositivos de aplicação de força está na parte da haste que é substancialmente paralela ao eixo longitudinal (122; 208; 312; 414) da broca de perfuração.
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