BR112013025421B1

BR112013025421B1 - válvula para controlar o fluxo de um fluido de perfuração, e, método de controlar o fluxo de um fluido de perfuração

Info

Publication number: BR112013025421B1
Application number: BR112013025421-1A
Authority: BR
Inventors: Curtis Lanning; Dong Phung; Aaron Schen; Jacob Riddel
Original assignee: National Oilwell Varco, L.P.
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2020-10-27
Also published as: WO2012138383A3; RU2013149863A; US20140041943A1; BR112013025421A2; US9540877B2; CA2832212A1; CA2832212C; RU2549647C1; WO2012138383A2

Abstract

VÁLVULA PARA CONTROLAR O FLUXO DE UM FLUIDO DE PERFURAÇÃO, E, MÉTODO DE CONTROLAR O FLUXO DE UM FLUIDO DE PERFURAÇÃO Uma válvula para controlar o fluxo de um fluido de perfuração através de uma ferramenta de furo descendente, posicionável em um furo de poço penetrando em uma formação subterrânea. A ferramenta de furo descendente tem um recinto com um motor de perfuração nele e uma broca em sua extremidade. O motor de perfuração tem um recinto com um rotor rotacionalmente móvel em um canal de rotor quando o fluido de perfuração passa através do canal de rotor entre o recinto e o rotor. O rotor tem através dele um canal de desvio para desviar através dele uma parte do fluido de perfuração. A válvula inclui uma placa de válvula posicionável a montante do motor. A placa e válvula tem através dela pelo menos uma passagem de fluxo e pelo menos uma passagem de desvio. A passagem de fluxo fica em comunicação fluida com o canal de rotor para passar através dele o fluido de perfuração. A passagem de desvio fica em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor gira em torno do recinto e move (...).

Description

1. Campo da Invenção

[001] Esta descrição refere-se genericamente a técnicas para realizar operações de local de poço. Mais especificamente, a descrição refere-se a técnicas, tais como motores de perfuração (e válvulas relacionadas) usados em perfurar furos de poço.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[002] Na indústria de exploração e produção de óleo e gás, as formações de subsuperfície são acessadas perfurando-se furos de sondagem a partir da superfície. Tipicamente, uma broca de perfuração é montada na extremidade inferior de uma tubagem de revestimento (referida como uma “coluna de perfuração”) e avançada para dentro da terra a partir da superfície, para formar um poço. Um motor de perfuração é posicionado ao longo da coluna de perfuração para realizar várias funções, tais como prover força para a broca de perfuração perfurar o furo de poço. O fluido ou “lama” de perfuração pode ser bombeado para baixo através da coluna de perfuração a partir da superfície, saindo através dos bicos da broca de perfuração. O fluido de perfuração pode carregar aparas de perfuração para fora do furo de sondagem e de volta para cima para a superfície, através de uma coroa anular entre a tubulação de perfuração e a parede do furo de poço. Quando o fluido passa através do motor de lama de perfuração, um rotor posicionado em um estator do motor de perfuração pode ser acionado.

[003] Um motor de lama de perfuração convencional pode ser, por exemplo, um motor de cavidade progressiva ou Moineau, tendo estator fixo helicoidal, com um rotor rotacional posicionado nele. Tipicamente, o rotor tem múltiplos lobos helicoidais para encaixar em um maior número de sulcos Ul<) helicoidais formados no estator de borracha. A lama de perfuração (ou outro fluido adequado) pode ser bombeada para dentro do espaço entre o rotor e o estator. A lama de perfuração pode ser bombeada através do motor e forçada ao longo de uma cavidade progressiva dele, desse modo fazendo com que o motor gire em uma maneira excêntrica. Outros motores de perfuração, tais como motores acionados por turbina com rotores de turbina têm sido também desenvolvidos.

[004] Em alguns casos, pode ser desejável controlar o fluxo de fluido quando ele passa através da coluna de perfuração como descrito, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 7086486, 4979577 e 4275795. O fluxo de fluido pode ser usado em uma tentativa de prover um efeito percussivo ou de martelo, como descrito na Patente U.S. No. 6508317, que por este meio é incorporada aqui por referência.

[005] Apesar do desenvolvimento de técnicas para controlar o fluxo de fluido através de uma coluna de perfuração, permanece a necessidade de proverem-se técnicas avançadas para controlar o fluxo. Pode ser desejável proverem-se técnicas que possam ser usadas para assistir na prevenção da fixação da ferramenta de perfuração no furo de poço. Pode ainda ser desejável que tais técnicas reduzam a vibração e/ou aumentem a eficiência de perfuração da ferramenta de furo descendente, enquanto evitando avaria da broca. Esta descrição é dirigida ao comprimento desta necessidade na técnica.

SUMÁRIO

[006] A descrição refere-se a uma válvula para um motor de perfuração. A válvula tem uma passagem para passar fluido para dentro de um canal de rotor dentro do motor para rotação de um rotor dele e um desvio para passar fluido através de um canal de desvio do motor. O desvio é seletivamente alinhável com o canal de desvio, para seletivamente permitir que fluido desvie-se através dele. A descrição refere-se a uma válvula de um motor de perfuração usado para controlar o fluxo de fluido passando através de um rotor de motor do motor de perfuração. A válvula pode ser usada, por exemplo, pra seletivamente prover pulsos de pressão no fluido fluindo através do motor de perfuração, por exemplo, em uma pressão e/ou nível de torque preestabelecidos. A válvula pode também ser usada para prover oscilações de alta velocidade na velocidade rotacional da broca e/ou para ajustar o torque do motor de perfuração para seletivamente diminuir as rotações da broca, desse modo provendo picos de pressão para gerar um efeito martelo no torque da broca. O fluxo de fluido pode ser variado para reduzir a vibração torcional (ou lateral do motor, para auxiliar na prevenção de pega-deslizamento, e/ou para auxiliar na prevenção de pega da ferramenta de perfuração dentro do furo de poço. O fluxo de fluido pode também ser variado pra aumentar a eficiência da perfuração (p. ex., velocidades de perfuração mais rápidas para peso similar sobre a broca e reduzido torque reativo).

[007] Em pelo menos um aspecto, a descrição refere-se a uma válvula para controlar o fluxo de um fluido de perfuração através de uma ferramenta de furo descendente posicionável dentro de um furo de poço penetrando em uma formação subterrânea. A ferramenta de furo descendente inclui uma broca de perfuração em uma sua extremidade e um motor de perfuração. O motor de perfuração tem um recinto com um rotor móvel em um canal de rotor dentro do recinto para passagem do fluido de perfuração através dele. O rotor tem um canal de desvio para desviar uma parte do fluido de perfuração através dele.

[008] A válvula inclui uma placa de válvula (ou válvula de placa) posicionável a montante do motor. A placa de válvula tem através dela pelo menos uma passagem de fluxo e pelo menos uma passagem de desvio. A passagem de fluxo fica em comunicação fluida com o canal de rotor para passar através dela o fluido de perfuração, por meio do que o rotor é rotativo dentro do recinto. A passagem de desvio fica em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor move-se próximo do recinto e o canal de desvio seletivamente move-se para alinhamento com pelo menos uma parte da pelo menos uma passagem de desvio, para desviar através dela uma parte do fluido de perfuração, por meio do que um efeito de martelamento é gerado sobre a broca.

[009] O rotor pode ser um rotor helicoidal orbitando dentro de um estator helicoidal dentro do recinto, ou uma turbina rotativa dentro do recinto. A passagem de desvio pode ser descentrada de um eixo geométrico de rotação do rotor. O canal de rotor pode ser descentrado do eixo geométrico de rotação do rotor. A placa de válvula pode incluir um cubo central e um anel externo com pelo menos um raio definindo pelo menos uma passagem de rotor entre eles.

[0010] A válvula pode incluir um bico, uma lingueta de rotor, um anel de rotor e/ou uma ponta de desgaste. A ponta de desgaste pode ser direta ou indiretamente acoplada ao rotor. A passagem de desvio pode incluir uma pluralidade de passagens de desvio. O canal de desvio pode ser posicionável em alinhamento total, alinhamento parcial ou não alinhamento com a passagem de desvio.

[0011] Em outro aspecto, a descrição refere-se a uma ferramenta de furo descendente posicionável em um furo de poço penetrando em uma formação subterrânea. A ferramenta de perfuração de furo descendente tem uma coluna de perfuração com uma broca de perfuração em uma sua extremidade e um fluido de perfuração passando através dela. A ferramenta de furo descendente inclui um motor de perfuração posicionável na coluna de perfuração. O motor de perfuração inclui um recinto e um rotor rotacionalmente móvel em um canal de rotor do recinto quando o fluido de perfuração passa através de um canal de rotor entre o recinto e o rotor. O rotor tem canal de desvio para desviar uma parte do fluido de perfuração através dele. A ferramenta de furo descendente também inclui uma válvula posicionável a montante do motor para controlar o fluxo do fluido de perfuração através dela.

[0012] A válvula inclui uma placa de válvula posicionável a montante do motor. A placa de válvula tem pelo menos uma passagem de fluxo e pelo menos uma passagem de desvio através dela. A passagem de fluxo fica em comunicação fluida com o canal de rotor, para passar o fluido de perfuração através dela. A passagem de desvio fica em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor gira próximo do recinto e move o canal de desvio para alinhamento com pelo menos uma parte da pelo menos uma passagem de desvio, desviando uma parte do fluido de perfuração através dela, por meio do que um efeito de martelamento é gerado sobre a broca.

[0013] O motor pode também incluir um estator helicoidal e o rotor pode ser um rotor helicoidal orbitando nele. O rotor pode ser uma turbina rotativa em torno de um eixo geométrico da ferramenta de furo descendente. A ferramenta de furo descendente pode também incluir um regulador para seletivamente restringir o fluxo para o canal de desvio. O regulador pode ser operativamente conectável a uma extremidade a montante do rotor.

[0014] O regulador pode incluir um recinto com uma embreagem para seletivamente girar um rotor de regulação em uma dada pressão alcançada, por meio do que o rotor de regulação seletivamente permite que o fluido de perfuração passe para dentro da pelo menos uma passagem de desvio. O regulador pode incluir um pistão retrátil para seletivamente permitir que o fluido de perfuração passe nele e gire o rotor de regulação, ou um freio seletivamente liberável para permitir rotação do rotor de regulação.

[0015] Finalmente, em outro aspecto, a descrição refere-se a um método de controlar o fluxo de um fluido de perfuração através de uma ferramenta de furo descendente posicionável em um furo de poço penetrando em uma formação subterrânea. A ferramenta de furo descendente incluindo uma broca de perfuração em uma sua extremidade e um motor de perfuração, o motor de perfuração incluindo um recinto com um rotor móvel em um canal de rotor dentro do recinto quando o fluido de perfuração passa através dele. O rotor tem um canal de desvio para desviar uma parte do fluido de perfuração através dele.

[0016] O método envolve posicionar uma placa de válvula a montante do motor. A placa de válvula tem pelo menos uma passagem de fluxo e pelo menos uma passagem de desvio através dela. A passagem de fluxo fica em comunicação fluida com o canal de rotor. A passagem de desvio fica em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor gira em tomo do recinto e move o canal de desvio para alinhamento com a passagem de desvio. O método envolve ainda girar o rotor passando o fluido de perfuração através da passagem de fluxo e para dentro do canal de rotor, criar um efeito de martelamento desviando seletivamente uma parte do fluido de perfuração através do desvio de placa e para dentro do canal de desvio, quando o canal de desvio move-se para alinhamento com pelo menos uma parte da passagem de desvio. O método pode também envolver regular o fluxo de fluido para a placa de válvula e seletivamente passar o fluido para dentro do canal de desvio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] De modo que os detalhes e vantagens citados da presente descrição possam ser entendidos em detalhes, uma descrição mais particular, brevemente resumida acima, pode ser feita por referência a suas formas de realização, que são ilustradas nos desenhos anexos. Deve ser citado, entretanto, que os desenhos anexos ilustram somente formas de realização típicas desta descrição e não são, portanto, para ser consideradas limitantes de seu escopo, visto que a descrição pode admitir outras formas de realização igualmente eficazes. As figuras não são necessariamente em escala e certos detalhes e certas vistas das figuras podem ser mostradas exageradas em escala ou esquematicamente, no interesse da clareza e concisão.

[0018] A Figura 1 é uma vista esquemática, parcialmente em seção transversal, de um equipamento de perfuração tendo uma ferramenta de furo descendente, incluindo uma coluna de perfuração, um motor de perfuração com uma válvula e uma broca de perfuração avançada dentro da terra para formar um furo de poço.

[0019] As Figuras 2A e 2B mostram vistas em seção transversal longitudinal e explodida, respectivamente, de uma parte de uma unidade de furo descendente (BHA) de uma ferramenta de furo descendente tendo um motor de perfuração com uma válvula, de acordo com a descrição.

[0020] As Figuras 3A - 3F são vistas em seção transversal da válvula da Figura 2A, tomada ao longo da linha 3-3 representando uma placa de válvula em várias posições.

[0021] As Figuras 4A e 4B são vistas em seção transversal longitudinal, esquemáticas, de uma parte de uma ferramenta de furo descendente representando várias configurações de um motor com uma placa de válvula e um regulador de acordo com a descrição.

[0022] As Figuras 5A e 5B são vistas em seção transversal esquemática, radial e longitudinal, respectivamente, de uma parte de uma ferramenta de furo descendente, tendo um motor de perfuração com uma válvula alternativa.

[0023] A Figura 6 é um diagrama de fluxo representando um método de controlar o fluxo através de uma ferramenta de furo descendente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] A descrição que segue inclui aparelho, métodos, técnicas e sequências de instrução, que corporificam técnicas do presente assunto. Entretanto, deve ser entendido que as formas de realização descritas podem ser praticadas sem estes detalhes específicos.

[0025] A Figura 1 mostra esquematicamente uma representação de uma ferramenta de furo descendente 10, compreendendo uma coluna de perfuração 2 e uma broca de perfuração 1 em sua extremidade. A coluna de perfuração é suspensa por um derrick 4 para perfurar um furo de sondagem 6 na terra. Uma unidade de furo de sondagem (BHA) 8 é localizada em uma extremidade mais baixa da coluna de perfuração 2 acima da broca de perfuração 1. A BHA 8 pode ter motor de perfuração 9 com uma válvula 11, de acordo com a descrição.

[0026] Uma lama (ou fluido) de perfuração é bombeada de uma poça de lama 12 e através da coluna de perfuração 2, como indicado pelas setas. A medida que a lama de perfuração passa através da coluna de perfuração 2, a lama de perfuração aciona e energiza o motor de perfuração 9. O motor de perfuração 9 é provido com a válvula 11 para seletivamente desviar uma parte do fluido fluindo para dentro do motor de perfuração 9, como será ainda descrito aqui. O motor de perfuração 9 é usado para girar e avançar a broca de perfuração 1 dentro da terra. A lama de perfuração, passando através do motor de perfuração 9, deixa a broca de perfuração 1, retorna para a superfície e é recirculada através da coluna de perfuração 2, como indicado pelas setas.

[0027] Embora a Figura 1 represente uma certa configuração de uma ferramenta de furo descendente 10 de um local de poço, a ferramenta de furo descendente pode ser qualquer uma de numerosos tipos bem conhecidos daqueles hábeis na indústria de perfuração. Há numerosos arranjos e configurações possíveis para perfurar furos de poço dentro da terra e não se pretende ficar limitados a uma configuração particular.

[0028] As Figuras 2a e 2B mostram vistas de seção transversal e explodidas, respectivamente, do motor de perfuração e válvula 11 da BHA 8 da ferramenta de furo descendente 10 da Figura 1. Como mostrado na Figura 2A, a válvula 11 inclui uma placa de válvula 200 a montante do motor de perfuração 9. A placa de válvula 200 pode ser posicionada em um sub (ou tubo de perfuração) 203 operativamente conectada com uma extremidade de furo ascendente do motor de perfuração 9.

[0029] O motor de perfuração 9 tem um estator de motor 202 com um canal de rotor 204 através dele e um rotor de motor 206 com um canal de desvio 208 através dele. O motor de perfuração 9 pode opcionalmente ser provido com outros detalhes, tais como um bico 210, lingueta de rotor 212, anel de lingueta 214 e ponta de desgaste 216. Dependendo da configuração, alguns destes ou todos estes detalhes podem ser fixados com relação ao rotor 206 ou acoplados para rotação com ele. Estes detalhes têm uma passagem 218 através deles em comunicação fluida com o canal de desvio 208 para passagem do fluido através deles.

[0030] A placa de válvula 200 tem uma passagem de fluxo 226 em comunicação fluida com o canal de rotor 204 para passar fluido através dele e girar o rotor 206. A placa de válvula 200 tem um desvio de placa (ou passagem de desvio) 220 através dela, que é posicionado para comunicação seletiva de fluido com o canal de desvio 208 para seletivamente desviar uma parte do fluido de perfuração através dele. A placa de válvula 200 pode ser provida com um mecanismo de travamento (não mostrado), tal como um anel- O, chave, chaveta ou outro conector, para fixamente prender a placa de válvula 200 em posição relativa ao estator de motor 202. A configuração da placa de válvula 200, adjacente ao rotor de motor 206, pode ser usada para prover uma configuração integrada de motor/válvula, para reduzir o espaço dentro da coluna de perfuração.

[0031] As Figuras 3A - 3F são vistas em seção transversal, uma parte da BHA 8 da Figura 2A tomada ao longo da linha 3-3 representando a operação da placa de válvula 200. Estas figuras também mostram uma sequência exemplo do movimento que o rotor de motor 206 pode ter quando o fluido flui através do motor de perfuração 9 (vide, p. ex., Figura 2A). O rotor de motor 206 gira dentro do canal de rotor 204 do estator de motor 202. O rotor de motor 206 pode mover-se de uma primeira posição da Figura 3A, sequencialmente através das posições das Figuras 3B - 3D e para uma posição final da Figura 3E, como indicado pela seta.

[0032] Como mostrado nas Figuras 3A - 3E, o desvio de placa 220 da placa de válvula 200 é em uma posição fixa no centro da placa de válvula 200. O desvio de placa 220 é mostrado como sendo em uma parte central do cubo 320, porém pode ser localizado em qualquer parte ao longo da placa de válvula 200, o que permitirá comunicação de fluido seletiva com o canal de desvio 208. Como mostrado na Figura 3F, um desvio de placa adicional 220’ pode ser provido. Uma ou mais desvios de placa 220, 220’ de qualquer formato pode ser provido.

[0033] A placa de válvula 200 compreende um cubo central 320 e um anel externo 322 com raios 324 estendendo-se entre eles. As passagens de fluxo 226 são definidas entre o cubo 320, o anel externo 322 e os raios 324. As passagens de fluxo 226 podem ser usadas para permitir o fluxo de fluido através da placa de válvula 200 e para dentro do canal de rotor 204, para energizar o motor 9 e acionar o rotor. Embora uma configuração de cubo e raios seja representada, a placa de válvula pode ter vários formatos para prover fluxo de fluido para o motor.

[0034] Partes do fluido podem ser seletivamente desviadas através do canal de desvio 208, via o desvio de placa 220 quando o rotor de motor 206 passa atrás da placa de válvula 200. O desvio de placa 220 é mostrado estendendo-se através do centro do cubo 320. Dependendo da posição do rotor de motor 206 quando ele gira dentro do canal de rotor 204, o desvio de placa 220 fica seletivamente em comunicação fluida como canal de desvio 208. Esta comunicação fluida seletiva interrompe o fluxo de fluido passando através do motor 9. A placa de válvula 200 pode ser dimensionada e conformada de modo que o desvio de placa 220 seja exposto ao canal de desvio 208 do rotor de motor orbitando 206. Quando o rotor de motor 206 orbita dentro do estator de motor 202, o canal de desvio 208 orbita em torno do desvio de placa 220 para dentro e para fora de alinhamento com o desvio de placa 220, desse modo fazendo com que a área disponível para o fluxo de fluido aumente e diminua quando o rotor de motor 206 gira.

[0035] Como mostrado nas Figuras 3A, 3C e 3D, o desvio de placa 220 pode ficar em alinhamento pelo menos parcial com (parcialmente aberto para) o canal de desvio 208. O desvio de placa 220 pode ficar em alinhamento total com (aberto para) o canal de desvio 208, como mostrado na Figura 3B. Como mostrado nas Figuras 3D, o desvio de placa 220 pode completamente bloquear (fechar) o fluxo de fluido através do canal de desvio 208. Quando o fluido é bloqueado de fluxo para dentro do canal de desvio 208, o fluido continua através das passagens de fluxo 226 da placa de válvula 200 e para dentro do canal de rotor 204.

[0036] A comunicação de fluido seletiva, através do desvio de placa 220 e para dentro do canal de desvio 208, desvia uma parte do fluido passando através do canal de rotor 204. Estas interrupções proveem pulsos de fluido através do motor 9. Estes pulsos de fluido podem ser usados para manipular o torque do motor 9. Estes pulsos de fluido podem também ser usados para alterar o fluxo para fora da broca de perfuração, desse modo desalojando partículas próximas da broca, o que pode fazer com que a ferramenta grude no furo de poço.

[0037] A comunicação fluida seletiva da placa de válvula 200 com o canal de desvio 208 provê uma área variável para a passagem de fluido. Em razão da área de fluxo através do desvio de placa 220 (e/ou 220’) e para dentro do canal de desvio 208 poder variar quando o rotor de motor 206 gira, o fluxo variável através do motor pode ser estabelecido. Em razão do fluido poder acelerar e desacelerar quando o desvio de placa 220 e canal de desvio 208 gira em relação entre si, uma força ‘martelo d'água’ pode ser gerada ao longo do eixo geométrico longitudinal do motor de perfuração 9.

[0038] O desvio de placa 220 pode ser usado para definir um trajeto de fluido através da placa de válvula 200 e através do canal de desvio 208. O fluxo de fluido através do canal de desvio 208 reduz a passagem do fluido entre o rotor de motor 206 e o estator de motor 202, desse modo reduzindo o torque (e/ou RPMs) do motor de perfuração 9. Esta redução de torque pode brevemente tornar lenta a broca e pode também prover um ‘efeito de martelamento’ do torque da broca. Este ‘efeito de martelamento’ pode gerar uma força que cria flutuações de torque devidas à variação dos pulsos de pressão quando a placa de válvula 200 é seletivamente alinhada (aberta, parcialmente aberta e/ou fechada). O fluxo variado pode também ser usado para energizar ferramentas adicionais da unidade de furo descendente (BHA). Por exemplo, fluido de elevada pressão pode ser desviado para outras ferramentas de furo descendente, tais como martelos de perfuração torcionais, martelos de perfuração axiais, pulsadores/moduladores de fluxo, brocas de perfuração, alargadores de furo de poço, estabilizadores e outros tipos conhecidos de ferramentas de furo descendente, abaixo do motor de perfuração, utilizando fluido com a pressão total disponível para o motor.

[0039] As Figuras 4A - 4B mostram vistas esquemáticas do motor 9 da BHA 8 figura 1 provida com a placa de válvula 200 e reguladores 400a e 400b, respectivamente. Os reguladores 400a,b podem sr configurados para seletivamente restringir o fluxo de fluido pra dentro da placa de válvula 200 e motor 9, para tornar o torque variável disponível para o motor 9. Este torque variado, provocado pelo fluxo interrompido, pode ser usado para criar um impacto torcional, ou ‘efeito martelo’.

[0040] A Figura 4A representa um regulador ‘mordente-deslizante’ 400a posicionado a montante do motor 9 e placa de válvula 200. O regulador 400a inclui um recinto regulador 430a tendo uma passagem 432 através dele, uma embreagem 434a, rotor regulador 436, um estator regulador 437 e um bico 438.

[0041] Uma extremidade inferior 440 do recinto 430a pode ser inserida dentro de uma extremidade de furo ascendente (ou rosca de cauda) 442 do rotor de motor 206 e estende-se por uma distância de furo ascendente a partir dali. A placa de válvula 200 é posicionada adjacente à extremidade de furo ascendente 442 do rotor de motor 206. O recinto 430a tem um corpo tubular terminando em uma ponta 444. O recinto 430a tem aberturas 446 através dele para permitir que fluido passe para dentro da passagem 432, através do bico 438 e para dentro do canal de desvio 208, como indicado pelas setas.

[0042] Quando o fluido flui através da passagem 432, o fluido rotacionalmente aciona o rotor regulador 436 dentro do estator regulador 437 da mesma maneira que o rotor de motor 206 e estator de motor 202. A embreagem 434a é operada para restringir o fluido fluindo através da passagem 432 em uma dada pressão, desse modo restringindo a rotação do rotor regulador 436 e a passagem do fluido para dentro do canal de desvio 208.

[0043] A embreagem 434a e o rotor regulador 436 são rotacionalmente posicionados na passagem 432 do recinto 430a. A embreagem 434a inclui um eixo motriz 448 e um freio 450 adjacente à ponta 444. O rotor regulador 436 é operativamente conectado a uma extremidade a jusante do eixo motriz 448 por um conector 452, tal como uma junta-u. A rotação do rotor regulador 436 pode ser usada para alterar o fluxo de fluido quando ele passa através da passagem 432 e para dentro do canal de desvio 208. O movimento excêntrico do rotor regulador 436 seletivamente abre e fecha a passagem 432 na extremidade inferior 440 do recinto. Este movimento cria um pulso de pressão acima do motor 9, que pode ser usado para criar um pulso de torque através do rotor 9.

[0044] O freio 450 pode continuamente encaixar no eixo motriz 448 quando ele gira como indicado pelas setas. Quando a pressão do fluido excede um dado nível, a resistência do freio 450 pode ser superada para permitir rotação do rotor regulador 436. O freio 450 pode ser colocado em uma dada resistência, de modo que o rotor regulador 436 pode ser permitido operar, por exemplo, em um dado ponto de ajuste de pressão. Por exemplo, em uma dada pressão, a embreagem 434a pode ser ativada para permitir que o rotor regulador 436 encaixe e, eficazmente, ‘desligue’ o fluxo (ou feche) através do regulador 400a. Esta configuração permite que o retardador de endurecimento 400a atue como embreagem ‘mordente-deslizante’, para ajustar a pressão requerida pra interromper o fluxo de fluido. O fluxo de fluido interrompido pode ser usado para prover o ‘efeito de martelamento’ torcional.

[0045] A Fig. 4B representa um regulador de mola 400b, posicionado em uma extremidade de furo ascendente do rotor de motor 206. O regulador de mola 400b opera similarmente ao regulador mordente-deslizante da Figura 4A para seletivamente permitir a rotação do rotor regulador 436. O regulador de mola 400b inclui um recinto regulador 430b tendo uma passagem 432 através dele, uma embreagem 434b, um recinto de embreagem 435, o rotor regulador 436, o estator regulador 437 e o bico 438.

[0046] A extremidade inferior 440 do recinto 430b pode ser inserida na extremidade de furo ascendente (ou rosca de calda) 442 do rotor de motor 206 e estender-se por uma distância furo acima a partir dali. A placa de válvula 200 é posicionada adjacente à extremidade de furo ascendente 442 do rotor de motor 206. O recinto regulador 430b tem um corpo tubular com a embreagem 434b posicionada em uma sua extremidade superior. O recinto de embreagem 435 estende-se por uma distância a partir da extremidade superior do recinto regulador 430b e termina na ponta 444. O recinto regulador 430b tem aberturas 446 através dele e o recinto de embreagem 435 tem aberturas 447 através dele para seletivamente permitir que fluido passe para dentro da passagem 432. Quando as aberturas 446 do recinto regulador 430b alinham-se com as aberturas 447 do recinto de embreagem 435, o fluido é permitido passar através da passagem 432, através do bico 438 e para dentro do canal de desvio 208, como indicado pelas setas.

[0047] A embreagem 434b é deslizavelmente posicionada dentro do recinto de embreagem 435. A embreagem 434b inclui o pistão deslizante 460 e molas 462 fixada sobre os ressaltos 464 do recinto 430b. O rotor regulador 436 é rotacionalmente posicionável dentro do recinco e ativado pelo pistão deslizante 460. A rotação do rotor regulador 436 pode ser usado para alterar o fluxo de fluido quando ele passa através da passagem 432 e para dentro do canal de desvio 208. O movimento excêntrico do rotor regulador 436 seletivamente abre e fecha a passagem 432 na extremidade inferior 440 do recinto 430b. Este movimento cria um pulso de pressão sobre o motor 9, que pode ser usado para criar um pulso de torque através do motor 9.

[0048] A embreagem 434b pode ser seletivamente ativada, por exemplo, pelo fluido passando para dentro do recinto 430b. O pistão deslizante 460 é deslizavelmente móvel dentro da passagem 432, como indicado pelas setas. O pistão deslizante 460 pode comprimir a mola 462 à medida que a pressão aumenta. Quando a pressão aumenta, o pistão deslizante 460 é retraído para dentro do recinto 430b e as aberturas 446 movem-se para alinhamento com as aberturas 447. Nesta posição, o fluido pode ser permitido fluir através das aberturas 447 e para dentro da passagem 432. Desta maneira, a embreagem 434b pode abrir e fechar, em resposta à pressão aplicada ao regulador 400b. A mola 462 pode ser configurada de modo que uma dada pressão possa superar a força da mola 462 e retrair o pistão deslizante 460 para a posição aberta. A abertura e fechamento do regulador 400b pelo pistão deslizante 460 podem ser usados para interromper o fluxo de fluido através dele. O fluxo de fluido interrompido pode ser usado para prover o ‘efeito martelo’ torcional.

[0049] Em operação, os reguladores 400a,b das figuras 4A e 4B podem ser usados para ajustar o fluxo para a placa de válvula 200 e/ou para dentro do motor 9. Os reguladores 400a,b podem medir o fluxo de fluido através do canal de desvio 208, desse modo desviando a seção de força do motor 9. O fluxo pulsado através do canal de desvio 434 pode ser usado para gerar um pulso de pressão acima de uma pressão do motor de furo descendente 9. Os pulsos de pressão proveem o efeito de martelamento no torque da broca. Os reguladores 400a,b podem ser oscilados continuamente, desse modo pulsando o fluxo ou, periodicamente empregando-se a embreagem 434a,b para ‘pop-off’, de modo que o efeito pulsante somente ocorra em uma pressão e/ou nível de torque preestabelecidos. Esta pulsação pode ser usada para minimizar a vibração torcional e/ou lateral da coluna de perfuração. Esta pulsação pode também ser usada para desalojar material na broca e/ou para auxiliar na prevenção de pega-deslizamento.

[0050] Embora as Figuras 4A e 4B representem uma embreagem específica, outras embreagens capazes de seletivamente controlar o fluxo de fluido podem ser usadas no regulador, tais como deslizante, mordente, fluido magneto-reológico, viscoso ou outro tipo de mecanismo de controle.

[0051] As Figuras 5A e 5B mostram vistas de seção transversal horizontais e longitudinais esquemáticas, respectivamente, de uma parte de uma ferramenta de furo descendente alternativa 8’ com um motor alternativo 9’ e válvula 11’ utilizáveis em lugar da ferramenta de furo descendente 8, motor 9 e válvula 11 da Figura 1. A válvula alternativa 11’ é similar à válvula 11 da Figura 2A, exceto que, nesta versão, a válvula 11 ’ inclui uma placa de válvula (ou placa de desgaste) 200’ com uma ponta de desgaste 216’ adjacente a ela. A placa de válvula 200’ é similar à placa de válvula das Figuras 3A - 3F, exceto que um único desvio descentralizado 220’ é provido através do cubo 320’.

[0052] A ponta de desgaste 216’ é similar à ponta de desgaste 216 das Figuras 2A e 2B, exceto que o ponta de desgaste 216’ tem uma passagem descentralizada 565’ através dela, em comunicação fluida com o desvio descentralizado 220’, e uma passagem 226’ através dela em comunicação fluida com um canal de rotor 204’. O desvio descentralizado 220’ e a passagem descentralizada 565’ são descentralizados com respeito a um eixo geométrico de rotação Z da ponta de desgaste 216’.

[0053] A ponta de desgaste 216’ é acoplada ao e rotacionalmente acionada pelo motor 9’. Na configuração da Figura 5B, o motor 9’ é um motor de turbina, porém pode ser um motor de perfuração convencional, rotacionalmente acionado pelo fluxo de fluido através dele. O motor de turbina 9’ tem um rotor de turbina 206’ posicionado em um recinto 202’, com o canal de rotor 204’ entre eles. O motor de turbina 9’ tem um canal de desvio 208’ através dele, para desviar uma parte do fluido através dele. Em alguns casos, a ponta de desgaste 216’ pode ser inteiriça com o rotor de turbina 206’, de modo que estes itens são representados como um detalhe unitário na Figura 5B. A ponta de desgaste 216’ pode ser diretamente conectada a um motor de turbina 9’ para rotação com ele, ou indiretamente ligada ao motor de turbina 9’ para rotação com ele via componentes intervenientes (p. ex., embreagem de rotor 212), como mostrado nas Figuras 2A e 2B.

[0054] Em operação, o fluido passa através da passagem 226’ da placa de válvula 200’ e para dentro do canal de rotor 204’. O rotor 206’ e a ponta de desgaste 216’ são girados próximo do eixo geométrico-Z por fluxo de fluido através do canal de rotor 204’. Durante tal rotação, a ponta de desgaste 216’ gira adjacente à placa de válvula 200’. Quando a ponta de desgaste 216’ gira, a passagem descentralizada 565’ fica às vezes em alinhamento com o desvio descentralizado 220’, desse modo provendo comunicação de fluido seletivo entre eles. O fluido passando para dentro do desvio descentralizado 220’ flui através da passagem descentralizada 565’ e para dentro do canal de desvio 208’, quando em parcial ou total alinhamento com eles. O fluido passando através da ferramenta de furo descendente 8’ e para dentro do desvio descentralizado 220’ é evitado de passar através da passagem descentralizada 565’ e para dentro do canal de desvio 208, quando não em alinhamento com eles. Esta comunicação seletiva provê o efeito de martelamento em maneira similar ao da comunicação fluida seletiva de desvio 220 das Figuras 3A - 3E.

[0055] A Figura 6 representa um método 600 de controlar o fluxo de fluido através de uma ferramenta de furo descendente. O método envolve posicionar (670) uma placa de válvula a montante do motor (a placa de válvula tendo pelo menos uma passagem de fluxo e pelo menos uma passagem de desvio através dela, passagem de fluxo em comunicação fluida com o canal de rotor e a passagem de desvio em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor gira próximo do recinto e move o canal de desvio para alinhamento com a passagem de desvio), girando (672) o rotor pela passagem do fluido de perfuração através da passagem de fluxo e para dentro do canal de rotor, e criando (674) um efeito de martelamento desviando uma parte do fluido de perfuração através do desvio de placa e para dentro do canal de desvio, quando o canal de desvio move-se para alinhamento com pelo menos uma parte da passagem de desvio. O método pode também envolver regular o fluxo de fluido para dentro da placa de válvula. A regulagem pode envolver seletivamente passar o fluido pra dentro do canal de desvio. O efeito de martelamento pode induzir um efeito torcional axial e/ou radial. O método pode ser repetido e realizado em uma ordem como desejado.

[0056] Será observado por aqueles hábeis na técnica que as técnicas descritas aqui podem ser implementadas para aplicações automatizadas/ autônomas via software configurado com algoritmos para realizar as funções desejadas. Estes aspectos podem ser implementados programando-se um ou mais computadores para fins gerais adequados, tendo apropriado hardware. A programação pode ser realizada através do uso de um ou mais dispositivos de armazenagem de programa legíveis pelo(s) processador(es) e codificando-se um ou mais programas de instruções executáveis pelo computador para realizar as operações descritas aqui. O dispositivo de armazenagem de programa pode tomar a forma de, p.ex., um ou mais discos flexíveis; um CD ROM ou outro disco óptico; um chip de memória de somente leitura (ROM); e outras formas da espécie bem conhecida na técnica ou subsequentemente desenvolvida. O programa de instruções pode ser “código objeto”, isto é, em forma binária, que é executável mais ou menos diretamente pelo computador; em “código fonte”, que requer compilação ou interpretação antes da execução; ou em alguma forma intermediária, tal como código parcialmente compilado. As formas precisas do dispositivo de armazenagem de programa e da codificação de instruções são insignificantes aqui. Aspectos da descrição podem também ser configurados para realizar as funções descritas (via propriado hardware/software) unicamente em site e/ou remotamente controladas via uma rede de comunicação estendida (p. ex., sem fio, internet, satélite etc.).

[0057] Embora as formas de realização sejam descritas com referência a várias implementações e explorações, deve ser entendido que estas formas de realização são ilustrativas e que o escopo do assunto inventivo não é limitado a elas. Muitas variações, modificações, adições e melhorias são possíveis. Por exemplo, uma ou mais válvulas com um ou mais reguladores e/ou placas de válvula podem ser posicionadas próximo de vários tipos de rotores da ferramenta de furo descendente.

[0058] Diversos exemplos podem ser providos para componentes, operações ou estruturas descritos aqui como um único exemplo. Em geral, as estruturas e funcionalidade apresentadas como componentes separados nas configurações exemplares podem ser implementadas como uma estrutura ou componente combinado. Similarmente, as estruturas e funcionalidade apresentadas como um único componente podem ser implementadas como componentes separados. Estas e outras variações, modificações, adições e melhorias podem situar-se dentro do escopo do assunto inventivo.

Claims

1. Válvula (11) para controlar o fluxo de um fluido de perfuração, através de uma ferramenta de furo descendente (10) posicionável em um furo de poço (6) penetrando em uma formação subterrânea, a ferramenta de furo descendente compreendendo uma broca de perfuração (1) em uma sua extremidade e um motor de perfuração (9), o motor de perfuração compreendendo um recinto (203) com um rotor (206) móvel em um canal de rotor (204) dentro do recinto quando o fluido de perfuração passa através dele, o rotor tendo um canal de desvio (208) para desviar uma parte do fluido de perfuração através dele, a válvula caracterizadapelo fato de que compreende: uma placa de válvula (200) posicionável a montante do motor, a placa de válvula tendo pelo menos uma passagem de fluxo (226) e pelo menos uma passagem de desvio (220) através dela, a pelo menos uma passagem de fluxo em comunicação fluida com o canal de rotor para passar o fluido de perfuração através dela, por meio do que o rotor é girável dentro do recinto, a pelo menos uma passagem de desvio em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio quando o rotor move-se próximo do recinto e o canal de desvio seletivamente move-se dentro e fora de alinhamento com pelo menos uma parte da pelo menos uma passagem de desvio para desviar uma parte do fluido de perfuração através dela, por meio do que um efeito de martelamento é gerado sobre a broca.

2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que o rotor compreende um rotor helicoidal orbitando dentro de um estator helicoidal (202) dentro do recinto ou uma turbina (206’) rotativa dentro do recinto.

3. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que pelo menos uma passagem de desvio e/ou o canal de rotor é descentrado em relação a um eixo geométrico de rotação do rotor.

4. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a placa de válvula compreende um cubo central (320) e um anel externo (322) com pelo menos um raio (324) definindo pelo menos uma passagem de rotor (226) entre eles.

5. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um bico (210), uma lingueta de rotor (212), e/ou um anel de lingueta (214).

6. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma ponta de desgaste (216), a ponta de desgaste é diretamente ou indiretamente acoplada ao rotor.

7. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o canal de desvio é posicionável em um dos alinhamento total, alinhamento parcial e não-alinhamento com a passagem de desvio.

8. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um regulador (400a,b) para seletivamente restringir o fluxo para o canal de desvio, o regulador operativamente conectável a uma extremidade a montante do rotor.

9. Válvula de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o regulador compreende um recinto (430a,b) com uma embreagem (434a,b) para seletivamente girar um rotor de regulação (436) quando uma determinada pressão é alcançada, por meio o regulador seletivamente permite que o fluido de perfuração passe para dentro da pelo menos uma passagem de desvio.

10. Válvula de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o regulador compreende um pistão retrátil (460) para seletivamente permitir que o fluido de perfuração passe nele e gire o rotor de regulação.

11. Válvula de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a embreagem compreende um freio (450) seletivamente liberável, para permitir rotação do rotor de regulação.

12. Método de controlar o fluxo de um fluido de perfuração através de uma ferramenta de furo descendente (10) posicionável em um furo de poço (6) penetrando uma formação subterrânea, a ferramenta de furo descendente compreendendo uma broca de perfuração (1) em uma sua extremidade e um motor de perfuração, o motor de perfuração compreendendo um recinto com um rotor (206) móvel em um canal de rotor (204) dentro do recinto quando o fluido de perfuração passa através dele, o rotor tendo um canal de desvio (208) para desviar uma parte do fluido de perfuração através dele, o método caracterizado pelo fato de que compreende: posicionar uma placa de válvula (200) a montante do motor, a placa de válvula tendo pelo menos uma passagem de fluxo (226) e pelo menos uma passagem de desvio (220) através dela, a pelo menos uma passagem de fluxo em comunicação fluida com o canal de rotor, a pelo menos uma passagem de desvio em comunicação fluida seletiva com o canal de desvio, quando o rotor gira em torno do recinto; girar o rotor passando o fluido de perfuração através da pelo menos uma passagem de fluxo e para dentro do canal de rotor; mover o canal de desvio para dentro e fora de alinhamento com a pelo menos uma passagem de desvio enquanto gira o rotor; e criar um efeito de martelamento, desviando uma parte do fluido de perfuração através do pelo menos um desvio de placa e para dentro do canal de desvio, quando o canal de desvio move-se para alinhamento com pelo menos uma parte da pelo menos uma passagem de desvio.