BR112013032031B1

BR112013032031B1 - cartucho para uma ferramenta de perfuração terrestre, broca para perfuração terrestre e método de operar uma ferramenta de perfuração terrestre

Info

Publication number: BR112013032031B1
Application number: BR112013032031-1A
Authority: BR
Inventors: Marcus Oesterberg
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US10731419B2; US20120318580A1; EP2721243A2; US9080399B2; CA2838732A1; WO2012174206A3; US9970239B2; MX2013014902A; NO2834208T3; US20180258705A1; WO2012174206A2; EP2721243A4; CN103703209A; US20150292268A1; CA2838732C; BR112013032031A2; RU2014100613A; EP2721243B1; CN103703209B

Abstract

FERRAMENTAS DE PERFURAÇÃO TERRESTRE INCLUINDO PASTILHAS RETRÁTEIS, CARTUCHOS INCLUINDO PASTILHAS RETRÁTEIS PARA TAIS FERRAMENTAS E MÉTODOS RELACIONADOS Uma ferramenta de perfuração pode compreender pelo menos uma cavidade formada em das suas faces. Pelo menos, uma pastilha retrátil residente em pelo menos uma cavidade pode ser acoplada a um pistão localizado pelo menos, parcialmente, dentro de pelo menos uma cavidade. Além disso, uma válvula pode ser posicionada dentro da ferramenta de perfuração terrestre e configurada para regular o fluxo de um fluido incompressível em contato com o pistão através de uma abertura de um reservatório. Um cartucho pode compreender uma parede do cilindro definindo um primeiro furo, e um pistão compreendendo pelo menos uma pastilha retrátil posicionada pelo menos parcialmente dentro do primeiro furo. A parede do cilindro e o pistão podem definir um primeiro reservatório dentro do primeiro furo, e uma válvula pode estar posicionada e configurada para regular o fluxo através de uma abertura para o primeiro reservatório. Métodos e dispositivos relacionados também são divulgados.

Description

CARTUCHO PARA UMA FERRAMENTA DE PERFURAÇÃO TERRESTRE, BROCA PARA PERFURAÇÃO TERRESTRE E MÉTODO DE OPERAR UMA FERRAMENTA DE PERFURAÇÃO TERRESTRE

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

[0001] Esse pedido reivindica o beneficio do Pedido de patente número de série 13/160,015, depositado em 14 de junho de 2011, pendente, intitulado "FERRAMENTAS DE PERFURAÇÃO TERRESTRE INCLUINDO PASTILHAS RETRÁTEIS, CARTUCHOS INCLUINDO PASTILHAS RETRÁTEIS PARA TAIS FERRAMENTAS E MÉTODOS RELACIONADOS".

CAMPO TÉCNICO

[0002] As modalidades da presente divulgação, geralmente, referem-se às ferramentas de perfuração incluindo pastilhas retráteis. As modalidades, adicionalmente, referem-se com componentes para tais ferramentas de perfuração, como cartuchos incluindo pastilhas retráteis, e métodos relacionados.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003] A tendência no território dos Estados Unidos e outros de exploração de petróleo e gás não convencional tende em direção a um desenvolvimento horizontal de poços de petróleo e gás, onde um poço é perfurado em e, então, seguir lateralmente, uma formação de produção de hidrocarbonetos. Tal desenvolvimento horizontal de poços de petróleo e de gás, tipicamente, requer perfuração direcional, em que um segmento de furo do poço vertical é perfurado, seguido por um segmento de furo do poço curvo o qual, por sua vez, faz a transição para outro segmento de furo de poço ou horizontal estendendo lateralmente para seguir à formação. Tipicamente, o segmento curvo do furo do poço é perfurado com uma broca tendo uma agressividade relativamente baixa, de modo a proporcionar a estabilidade e o controle da face da ferramenta. Na formação do segmento do furo do poço, lateral ou horizontal, o operador pode querer otimizar a taxa de penetração (ROP). Para otimizar a ROP total usando brocas convencionais, o operador pode usar uma viagem redonda, arrastando a broca para fora com agressividade relativamente baixa e arrastando em outra broca com agressividade relativamente alta. Tal viagem redonda pode ser demorada e caro devido ao tempo de plataforma desperdiçado e a necessidade de utilização de duas brocas diferentes.

[0004] Em vista do exposto, as ferramentas de perfuração terrestre, componentes da ferramenta de perfuração melhorada, e métodos de perfuração melhorados, seriam desejáveis.

BREVE SUMÁRIO

[0005] Em algumas modalidades, uma ferramenta de perfuração terrestre pode compreender pelo menos uma cavidade formada em uma das suas faces. Uma pastilha retrátil pode estar posicionada em pelo menos uma cavidade adjacente à face e acoplada a um pistão localizado pelo menos parcialmente no interior de pelo menos uma cavidade. Além disso, um fluido substancialmente incompressível pode estar em contato com o pistão e contido dentro de um primeiro reservatório, e uma válvula pode estar posicionada dentro da ferramenta de perfuração terrestre e configurada para regular o fluxo através de uma abertura do primeiro reservatório.

[0006] Em modalidades adicionais, um cartucho para uma ferramenta de perfuração terrestre pode compreender uma parede do cilindro definindo um primeiro furo e um pistão compreendendo pelo menos uma pastilha retrátil posicionada pelo menos parcialmente no interior do primeiro furo. Adicionalmente, o cartucho pode compreender um primeiro reservatório no interior do primeiro furo adjacente ao pistão, uma abertura para o primeiro reservatório, e uma válvula posicionada e configurada para regular o fluxo de fluido através da abertura.

[0007] Em outras modalidades, uma broca de perfuração para perfuração terrestre pode compreender uma pluralidade de cavidades em uma das suas faces, e uma pastilha retrátil acoplada em um primeiro pistão localizado pelo menos, parcialmente, dentro de cada cavidade da pluralidade. A broca de perfuração para perfuração terrestre pode, adicionalmente, compreender um fluido substancialmente incompressível em contato com o pistão e contido dentro de um primeiro reservatório, e uma pluralidade de furos em comunicação de fluido com a pluralidade de cavidades e em contato com o fluido substancialmente incompressível. Adicionalmente, um segundo pistão pode ser localizado pelo menos, parcialmente, dentro de cada furo de uma pluralidade de furos; e uma placa oscilante pode ser acoplada operacionalmente a cada segundo pistão.

[0008] Ainda em modalidades adicionais, um método de operar uma ferramenta de perfuração terrestre pode compreender perfurar um furo de poço com uma ferramenta de perfuração terrestre com pelo menos uma pastilha retrátil sobressaindo a partir de uma face da ferramenta de perfuração terrestre adjacente a, pelo menos, uma estrutura cortante. O método pode ainda compreender abrir uma válvula dentro da ferramenta de perfuração terrestre para liberar um fluido a partir de um primeiro reservatório posicionado abaixo da pelo menos uma pastilha retrátil e reduzir a quantidade de saliência da pelo menos uma pastilha retrátil a partir da face da ferramenta de perfuração terrestre enquanto dentro do furo do poço, e reiniciar a perfuração depois de reduzir a quantidade de saliência de, pelo menos, uma pastilha retrátil a partir da face da ferramenta de perfuração terrestre.

[0009] Ainda em outras modalidades, um método de formar um furo do poço curvo pode compreender estender pelo menos uma pastilha retrátil posicionada dentro de uma face de uma broca de perfuração em um primeiro lado de um furo do poço durante perfuração, e retrair a, pelo menos, pastilha retrátil em um segundo lado do furo do poço durante a perfuração.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS

[0010] A FIG. 1 mostra uma vista esquemática de uma plataforma de perfuração incluindo uma broca de perfuração de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[0011] A FIG. 2 mostra uma vista isométrica de uma broca de perfuração incluindo pastilhas retráteis de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[0012] A FIG. 3 mostra uma vista da parte inferior da broca de perfuração mostrada na FIG. 2.

[0013] A FIG. 4A mostra uma vista esquemática de uma porção da broca de perfuração da FIG. 2, mostrando os canais de fluido através de um corpo da broca da broca de perfuração e mostrando as pastilhas retráteis em uma posição estendida.

[0014] A FIG. 4B mostra uma vista esquemática da porção da broca de perfuração mostrada na FIG. 4A, com as pastilhas retráteis em uma posição retraída.

[0015] A FIG. 5A mostra uma montagem do cartucho incluindo uma pastilha retrátil para uso em uma broca de perfuração, tal como mostrada na FIG. 2, a pastilha retrátil mostrada em uma posição estendida.

[0016] A FIG. 5B mostra a montagem do cartucho da FIG. 5A com a pastilha retrátil mostrada em uma posição retraída.

[0017] A FIG. 6A mostra um conjunto de cartucho incluindo uma pastilha retrátil e um segundo pistão para uso em uma broca de perfuração, tal como mostrada na FIG. 2, a pastilha retrátil mostrada em uma posição estendida.

[0018] A FIG. 6B mostra a montagem do cartucho da FIG. 6A com a pastilha retrátil mostrada em uma posição retraída.

[0019] A FIG. 7A mostra uma montagem do cartucho incluindo uma pastilha retrátil e um diafragma para uso em uma broca de perfuração, tal como mostrada na FIG. 2, a pastilha retrátil mostrada em uma posição estendida.

[0020] A FIG. 7B mostra a montagem do cartucho da FIG. 7A com a pastilha retrátil mostrada em uma posição retraída.

[0021] A FIG. 8 mostra uma vista explodida de uma haste e um módulo de eletrônicos da broca de perfuração da FIG. 2.

[0022] A FIG. 9 mostra uma vista em corte transversal da haste da FIG. 8.

[0023] A FIG. 10 mostra uma vista em perspectiva do módulo de eletrônicos da FIG. 8.

[0024] A FIG. 11 mostra um diagrama esquemático do módulo de eletrônicos da FIG. 8.

[0025] A FIG. 12 mostra uma vista em corte transversal parcial de uma broca de perfuração incluindo uma placa oscilante de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

[0026] A FIG. 13 mostra uma vista em corte transversal parcial de uma broca incluindo uma válvula de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0027] As ilustrações aqui apresentadas não se destinam a ser vistas reais de qualquer dispositivo particular ou método relacionado, mas são meramente representações idealizadas, as quais são empregadas para descrever modalidades da presente invenção. Além disso, elementos comuns entre as figuras podem manter a mesma designação numérica.

[0028] Apesar de algumas modalidades da presente divulgação são descritas como sendo usadas e empregadas em brocas de arrasto, as pessoas com conhecimentos ordinários na técnica compreenderão que as modalidades da presente divulgação podem ser usadas em brocas híbridas de perfuração ou outras configurações de broca de perfuração. Consequentemente, o termo "ferramenta de perfuração terrestre" e, como usado aqui, significa e inclui qualquer tipo de broca de perfuração ou outro aparelho de perfuração terrestre para uso em perfurar ou ampliar furos dos poços ou poços em formações terrestres.

[0029] A FIG. 1 mostra um exemplo de um aparelho para realizar operações de perfuração subterrâneas. A plataforma de perfuração 10 pode incluir uma torre de perfuração 12, piso da torre 14, um guincho da sonda 16, um gancho 18, um tornel 20, junção do Kelly (haste quadrada ou hexagonal) 22, e uma mesa rotativa 24. Uma coluna de perfuração 30, a qual pode incluir uma seção do tubo de perfuração 32 e uma seção do colar de perfuração 34, estende-se para baixo a partir da plataforma de perfuração 10 em um furo do poço 40. A seção do tubo de perfuração 32 pode incluir um número de membros dos tubos de perfuração tubulares ou filamentos conectados juntos e a seção do colar de perfuração 34 pode também incluir uma pluralidade de colares de perfuração. Opcionalmente, a coluna de perfuração 30 pode incluir um subconjunto do registro de medição durante a perfuração (MWD) e subconjunto de transmissão de dados de telemetria de pulso de lama auxiliar, os quais são referidos coletivamente como um sistema de comunicação MWD 50, bem como outros sistemas de comunicação conhecidos pelos peritos ordinários na técnica.

[0030] Durante as operações de perfuração, o fluido de perfuração pode ser circulado a partir de um tanque de lama 60 através de uma bomba de lama 62, através de um amortecedor 64, e através de uma linha de fornecimento de lama 66 no tornel 20. A lama de perfuração (também referida como fluido de perfuração) flui através da junção do Kelly (haste quadrada ou hexagonal) 22 e em um furo central axial na broca de perfuração 30. Eventualmente, ela sai através dos bocais ou outras aberturas, as quais estão localizadas em uma broca de perfuração 100, a qual está conectada à porção mais inferior da coluna de perfuração 30. A lama de perfuração flui de volta para cima através de um espaço anular 42 entre a superfície externa da coluna de perfuração 30 e a superfície interna do furo do poço 40, para ser circulada para a superfície onde ela é retornada para o tanque de lama 60 através de uma linha de retorno de lama 68.

[0031] Um filtro agitador (não mostrado) pode ser usado para separar cascalhos de formação a partir da lama de perfuração antes de retornar para o tanque de lama 60. O sistema de comunicação MWD opcional 50 pode usar uma técnica de telemetria de pulso de lama para comunicar dados a partir de uma localização no fundo do poço para a superfície, enquanto as operações de perfuração ocorrem. Para receber os dados na superfície, um transdutor de pulsos de lama 70 é fornecido em comunicação com a linha de fornecimento de lama 66. Esse transdutor de pulso de lama 70 gera sinais elétricos em resposta às variações de pressão do fluido de perfuração na linha de alimentação de lama 66. Esses sinais elétricos são transmitidos por um condutor de superfície 72 para um sistema de processamento eletrônico da superfície 80, o qual é convencionalmente um sistema de processamento de dados com uma unidade de processamento central para executar as instruções do programa, e para responder aos comandos do usuário entrados ou através de um teclado ou um dispositivo apontador gráfico. O sistema de telemetria de pulso de lama é fornecido para dados de comunicação para a superfície referente às várias condições da parte inferior do poço detectado pelo registro do poço e sistemas de medição que estão convencionalmente localizados dentro do sistema de comunicação MWD 50. Pulsos de lama que definem os dados propagados para a superfície são produzidos por equipamento convencionalmente localizado dentro do sistema de comunicação MWD 50. Tal equipamento inclui, tipicamente, um gerador de pulso de pressão operando sob o controle de eletrônicos contidos em um alojamento do instrumento para permitir a lama de perfuração purgar através de um orifício estendendo através da parede do colar de perfuração. Cada vez que o gerador de pulsos de pressão induz tal purga, um pulso negativo de pressão é transmitido para ser recebido pelo transdutor de pulso de lama 70. Um arranjo alternativo convencional gera e transmite pulsos positivos de pressão. Como é convencional, a lama de perfuração circulante também pode proporcionar uma fonte de energia de um subconjunto de gerador de acionamento de turbina (não mostrado) que pode estar localizado perto de um conjunto da parte inferior do furo do poço (BHA). O gerador de acionamento de turbinas pode gerar energia elétrica para o gerador de pulso de pressão e para vários circuitos incluindo aqueles circuitos que formam os componentes operacionais das ferramentas de medição durante a perfuração. Como uma alternativa ou fonte suplementar de energia elétrica, baterias podem ser proporcionadas, particularmente, como um apoio para o gerador de acionamento de turbinas.

[0032] Para perfuração direcional, a coluna de perfuração 30 pode incluir um motor de lama 90 e um substituto dobrado e/ou um substituto de direção 92 em uma localização perto da broca de perfuração 100. Ao perfurar um segmento do furo de poço reto, o substituto de direção 92 e a broca de perfuração 100 podem ambos ser girados em relação ao furo do poço 40. Em vista disto, a broca de perfuração 100 pode ser rodada para fora do centro e pode perfurar um furo ligeiramente excessivamente dimensionado, devido ao substituto de direção 92 girando e esfregando ao longo da parede do furo do poço. Opcionalmente, uma pastilha de direção no substituto de direção 92 pode ser movida para uma posição retraída, a qual pode permitir a broca de perfuração 100 ser girada no centro, enquanto perfurando um segmento do furo do poço em linha reta.

[0033] Ao perfurar um segmento curvo de furo do poço, o motor de lama 90 pode ser usado para girar a broca de perfuração 100 em relação ao furo do poço 40, enquanto a coluna de perfuração 30 localizada a cima do motor de lama 90, não pode girar em relação ao furo do poço 40. Em vista disto, a broca de perfuração 100 pode ser girada no centro e o substituto de direção 92 não pode girar em relação ao furo do poço 40 e pode consistentemente aplicar uma força lateral sobre um lado do furo do poço 40, o qual pode induzir a broca de perfuração 100 a seguir um percurso curvo através da formação. Se o substituto de direção 92 inclui uma pastilha de direção móvel, a pastilha de direção pode estar posicionada em uma posição estendida, enquanto a formando o segmento curvo do furo do poço.

[0034] No entanto, em algumas modalidades, um substituto dobrado e/ou substituto de direção 92 não podem ser incluídos para a perfuração direcional. Em tais modalidades, a formação de um segmento curvo do furo do poço pode ser facilitada usando os dispositivos e métodos de acordo com a presente divulgação sem usar um substituto dobrado e/ou um substituto de direção 92, tal como aqui discutido com referência às Figs. 12 e 13.

[0035] Como mostrado na FIG. 2, a broca de perfuração 100 pode compreender um corpo de broca 110 e uma haste 112. O corpo de broca 110 pode incluir um número de lâminas 114 e os canais de fluidos 116 localizados entre as lâminas 114 definindo uma superfície externa do corpo de broca 110. O corpo de broca 110 pode incluir, adicionalmente, uma pluralidade de bocais 118 (FIG. 3), a qual pode estar localizada no corpo de broca 110 para direcionar o fluido através dos canais de fluido 116. As lâminas 114 podem incluir uma pluralidade de estruturas de corte 122 (por exemplo, os cortadores compactos de diamante policristalino (PDC)), tal como em uma região de coroa ou de face da broca de perfuração 100 e as lâminas 114 podem incluir estruturas de inibição de desgaste 124 (por exemplo, botões de desgaste de carboneto de tungstênio) , tal como em uma região de calibre da broca de perfuração 100.

[0036] Tal como mostrado nas FIGS. 2 e 3, o corpo de broca 110 da broca de perfuração 100 pode incluir uma pluralidade de pastilhas retráteis 128 localizadas na face da broca. A face da broca é mostrada na FIG. 3, e é a região principal da broca de perfuração 100 que engata a parte inferior de um furo de poço durante as operações de perfuração (isto é, a porção da broca que fica oposta à haste 112). Por exemplo, cada pastilha retrátil 128 pode estar localizada em uma lâmina 114 do corpo da broca 110 em uma posição rotacionalmente arrastando uma fileira de estruturas de corte 122. Em outras modalidades, cada pastilha retrátil 128 pode conduzir rotacionalmente uma fileira de estruturas de corte 122.

[0037] Tal como mostrado nas FIGS. 4A e 4B, o corpo de broca 110 pode incluir, adicionalmente, os canais de fluido 130 dentro do corpo de broca 110, o qual pode estender-se a partir de um canal de fluido central 132 e para os bocais 118 e para as cavidades 136 do corpo de broca 110 contendo as pastilhas retráteis 128. O canal de fluido central 132 pode estender-se para o exterior da broca de perfuração 100 por meio de uma abertura na haste 112 (FIG. 8).

[0038] Em algumas modalidades, cada pastilha ajustável 128 pode ser incluída em uma montagem de cartucho 140, 180, 200, tal como mostrado nas FIGS. 5A, 5B, 6A, 6B, 7A e 7B, as quais podem estar posicionadas dentro da cavidade 136 na lâmina 114 do corpo de broca 110.

[0039] Tal como mostrado nas FIGS. 5A e 5B, uma montagem do cartucho 140 pode incluir uma parede do cilindro 142 definindo um furo, um pistão 144 posicionado dentro do furo, um perímetro do pistão 144 vedado contra a parede do cilindro 142. O pistão 144 pode incluir um transportador 146, tal como um transportador de aço, que pode incluir um anel de vedação equipado com vedadores 148 para impedir a passagem do fluido entre o perímetro selado do pistão 144 e a parede do cilindro 142, e pode também ser equipado com um anel do mancal ou desgaste. O pistão 144 também inclui a pastilha retrátil 128, a qual pode estar acoplada a, ou formada integralmente com o transportador 146. Por exemplo, a pastilha retrátil 128 pode ser compreendida por carboneto, ou de outro material resistente ao desgaste, e pode ser emendada ou soldada ao transportador 146. Após a inserção no furo, uma superfície 150 do pistão 144 e a parede do cilindro 142 podem definir um reservatório do fluido 152. O cartucho 140 pode ainda incluir uma abertura 154 para o reservatório de fluido 152 e uma válvula 156 (tal como uma válvula piezoelétrica) localizada e configurada para controlar a passagem de fluido através da abertura 154 para o reservatório do fluido 152. À medida que o reservatório 152 é definido pela parede do cilindro 142 e a superfície 150 do pistão 144, o reservatório 152 pode variar em tamanho, dependendo da posição do pistão 144 dentro do furo do poço. Um fluido substancialmente incompressível pode preencher substancialmente o reservatório 152 contatando com a superfície 150 do pistão 144. Em vista disto, após fechamento da abertura 154 pela válvula 156, o fluido incompressível pode ser contido dentro do reservatório 152 e o pistão 144 pode ser mantido em posição por meio de pressão hidráulica. Exemplos não limitativos de líquidos substancialmente incompressíveis que podem ser utilizados incluem óleo mineral, óleo vegetal, óleo de silicone e água.

[0040] A montagem do cartucho 140 pode ser dimensionada para inserção na cavidade 136 do corpo de broca 110 (Figs. 4A e 4B), e pode incluir um flange 160 que pode ser utilizada para posicionar a montagem de cartucho 140 em uma profundidade predeterminada dentro da cavidade 136 e pode também ser utilizada para juntar a montagem de cartucho 140 para o corpo de broca 110. Por exemplo, a flange 160 pode ser soldada à face da broca de perfuração 100 (FIG. 2), a qual pode manter a montagem de cartucho 140 dentro do corpo de broca 110 e pode também proporcionar uma vedação impermeável ao fluido entre a montagem do cartucho 140 e o corpo de broca 110. Além disso, a fiação 162 pode ser fornecida e direcionada através do corpo de broca 110 para proporcionar uma comunicação elétrica entre a válvula 156 e um módulo de eletrônicos 310 (descrito em maiores detalhes aqui com referência às FIG. 8-11).

[0041] Em outra modalidade, mostrada nas FIGS. 6A e 6B, uma montagem do cartucho 180 pode incluir uma primeira parede do cilindro 182 definindo um primeiro furo e um primeiro pistão 184 posicionado no interior do furo, um perímetro do primeiro pistão 184 selado contra a primeira parede do cilindro 182. Além disso, a montagem do cartucho 180 pode incluir um segundo pistão 186, e uma válvula 187 posicionada entre os primeiro e o segundo pistões 184 e 186, respectivamente, e configurada para regular o fluxo entre um primeiro reservatório 189 e um segundo reservatório 191.

[0042] Similar ao pistão 144 da montagem do cartucho 140, ilustrado nas FIGS. 5A e 5B, o primeiro pistão 184 da montagem do cartucho 180 pode incluir um transportador 188, tal como um transportador de aço, que pode incluir uma anel de vedação equipado com vedadores 190 para impedir a passagem de fluido entre o perímetro do primeiro pistão 184 e a primeira parede do cilindro 182, e também pode ser equipado com um anel de mancal ou desgaste. O primeiro pistão 184 pode também incluir uma pastilha retrátil 192, a qual pode ser acoplada a, ou formada integralmente com o transportador 188.

[0043] O segundo pistão 186 pode ser posicionado dentro de um segundo orifício definido por uma segunda parede do cilindro 194, um perímetro do segundo pistão 186 vedado contra a segunda parede do cilindro 194. O segundo pistão 186 pode também incluir um vedador 196, tal como um ou mais de um anel redondo, um anel quadrado, um anel quadrangular, um came, um anel de apoio, e outro acondicionador, os quais podem proporcionar uma vedação entre o segundo pistão 186 e a segunda parede do cilindro 194.

[0044] Embora na modalidade mostrada nas FIGS. 6A e 6B mostram as superfícies do primeiro e do segundo pistões 184 e 186, respectivamente, expostas ao fluido incompressível e ao fluido de perfuração tendo tamanhos similares. As áreas de superfície das superfícies opostas do segundo pistão 186 podem ser dimensionadas de forma diferente, tal como para proporcionar um multiplicador de pressão para aumentar a pressão do fluido incompressível em relação à pressão aplicada pelo fluido de perfuração. Além disso, as áreas da superfície e o tamanho do primeiro pistão 184 podem ser diferentes das áreas da superfície e do tamanho do segundo pistão 186.

[0045] Ainda em outras modalidades, uma montagem de cartucho 200 pode incluir um diafragma flexível 202 para proporcionar um reservatório de fluido expansível 204, conforme mostrado nas FIGS. 7A e 7B. Por exemplo, um membro elastomérico pode ser posicionado ao longo de uma extremidade da montagem de cartucho 200 e proporcionar uma barreira de fluidos, mas ainda permite que a pressão de fluido a ser comunicada a partir do fluido de perfuração dentro do corpo de broca 110 (FIG. 2) através de uma válvula 206 a um primeiro reservatório 208 por trás de um pistão 210, incluindo uma pastilha retrátil 212.

[0046] Como mostrado esquematicamente nas FIGs. 4A e 4B, os canais de fluido 130 do corpo de broca 110 podem conectar o canal central de fluido 132 da broca de perfuração 100 (FIG. 2) para a cavidade 136 contendo a pastilha retrátil 128. Em vista disto, os canais de fluido 130 podem fornecer uma comunicação de fluido entre o canal de fluido central 132 da broca de perfuração 100 para um cartucho 140, 180, 200, tal como descrito com referência às FIGS. 5A, 5B, 6A, 6B, 7A e 7B, posicionado dentro da cavidade 136. Uma válvula pode permitir seletivamente a comunicação de fluido entre o canal central de fluido 132 e a pastilha retrátil 128. Por exemplo, uma válvula tal como a válvula 156, 187, 206 descrita com referência aos cartuchos 140, 180, 200 pode ser utilizada para permitir seletivamente a comunicação de fluido entre o canal de fluido central 132 e a pastilha retrátil 128, 192, 212. A válvula 156, 187, 206 pode ser acionada eletricamente (por exemplo, uma válvula piezoelétrica) e pode em comunicação elétrica com e operada por um módulo de eletrônicos 310 que pode estar localizado na haste 112 da broca de perfuração 100, como descrito nos Pedidos de Patentes Americanos Números US 12/367,433 e 12/901,172 e Patentes Americanas Números US 7,497,276; 7,506,695; 7,510,026; 7,604,072; e 7,849,934, cada um para Pastusek et al., cada uma intitulada "MÉTODO E APARELHO PARA COLETAR DADOS DE DESEMPENHO DA BROCA DE PERFURAÇÃO", e cada um cedido ao cessionário do presente pedido, a divulgação de cada um da qual está aqui incorporada por referência na sua totalidade.

[0047] Como mostrado na FIG . 8, a haste 112 inclui um furo central 300 formado através do eixo longitudinal Z da haste 112. Em brocas de perfuração convencionais, um furo central é configurado para permitir a lama de perfuração fluir através da mesma. Nesta modalidade, pelo menos uma parte do furo central 300 da haste 112 é dado um diâmetro suficiente para aceitar um módulo de eletrônicos 310, o qual pode ser configurado como um anel substancialmente anular. Assim, o módulo de eletrônicos 310 pode ser colocado dentro do furo central 300, sobre a capa da extremidade 312, a qual se estende através do diâmetro interno do anel anular do módulo de eletrônicos 310 para criar uma câmara anular impermeável ao fluido com a parede do furo central 300 e selar o módulo de eletrônicos 310 no local dentro da haste 112.

[0048] A capa da extremidade 312 inclui um furo na capa 314 formado através da mesma, de modo a que a lama de perfuração pode fluir através da capa da extremidade 312, através do furo central 300 da haste 112 para o outro lado da haste 112 e, então, no canal de fluido central 132 da broca de perfuração 100. A FIG. 9 mostra uma vista em corte transversal da capa da extremidade 312 disposta na haste 112 sem o módulo de eletrônicos 310, ilustrando uma câmara anular 320 formada entre a capa da extremidade 312 e as paredes do furo central 300 da haste 112. Um primeiro anel de vedação 322 e um segundo anel de vedação 324 formam uma vedação de proteção impermeável ao fluido na capa da extremidade 312 e a parede do furo central 300 para proteger o módulo de eletrônicos 310 (FIG. 8) a partir das condições ambientais adversas. A vedação protetora formada pelo primeiro anel de vedação 322 e o segundo anel de vedação 324 pode também ser configurada para manter a câmara anular 320 aproximadamente na pressão atmosférica.

[0049] Em algumas modalidades, o primeiro anel de vedação 322 e o segundo anel de vedação 324 podem ser formados por um material adequado para um ambiente de alta temperatura, a alta pressão, tal como, por exemplo, um anel redondo de Borracha Hidrogenada de Nitrila Butadieno (HNBR) em combinação com um anel de apoio PEEK. Além disso, a capa da extremidade 312 pode ser presa à haste 112 por um número de mecanismos de conexão, tais como, por exemplo, um encaixe à pressão seguro utilizando anéis de vedação 322 e 324, uma conexão com rosca, uma conexão de epóxi, um servidor de memória configurada, uma solda, e uma emenda.

[0050] O módulo de eletrônicos 310, pode ser configurado como uma placa flexível de circuito, mostrado na configuração plana na FIG. 10. A configuração da placa flexível de circuito pode facilitar o dobramento e modelagem do módulo de eletrônicos 310 para um anel em forma, geralmente, anular, como mostrado na FIG. 8, adequada para a disposição ao redor da capa da extremidade 312 e no furo central 300. A placa de circuito flexível pode incluir uma estrutura reforçada de alta resistência (não mostrada) para facilitar a transmissão confiável de forças de aceleração para sensores do módulo de eletrônicos, como acelerômetros. Além disso, outras áreas da placa de circuito flexível, as quais podem portar componentes eletrônicos sem sensores, podem estar ligadas à capa da extremidade 312 de uma forma adequada para pelo menos atenuar parcialmente as forças de aceleração resultantes a partir de operações de perfuração através da utilização de um material tal como o um adesivo viscoelástico.

[0051] Em adição às válvulas de operação 156, 187, 206 para controlar a comunicação de fluido entre o canal de fluido central 132 e as pastilhas retráteis 128, 192, 212, o módulo de eletrônicos 310 pode ser configurado para executar uma variedade de coleta de dados e/ou funções de análise de dados.

[0052] Em algumas modalidades, como mostrado na FIG. 11, o módulo de eletrônicos 310 pode incluir uma fonte de alimentação 340 (por exemplo, uma bateria), um processador 342 (por exemplo, um microprocessador), e um dispositivo de memória 344 (por exemplo, um dispositivo de memória de acesso aleatório (RAM) e dispositivo de memória somente para leitura (ROM)) . O módulo de eletrônicos 310 pode incluir, adicionalmente, pelo menos, um sensor 346, 348, 350 configurado para medir parâmetros físicos relacionados com a broca de perfuração, a qual pode incluir a condição da broca de perfuração, as condições de operação de perfuração, e as condições ambientais próximas à broca de perfuração. Em uma modalidade, os sensores 346, 348, 350 podem incluir um sensor de aceleração 346, um sensor de campo magnético 348, e um sensor de temperatura 350.

[0053] O sensor de aceleração 346 pode incluir três acelerômetros configurados em um arranjo ortogonal (isto é, cada um dos acelerômetros pode estar disposto em um ângulo reto em relação a cada um dos outros acelerômetros). Do mesmo modo, o sensor de campo magnético 348 pode incluir três magnetômetros configurados em um arranjo ortogonal (isto é, cada um dos magnetômetros pode estar disposto em ângulo reto em relação a cada um dos outros magnetômetros). Embora arranjos ortogonais (por exemplo, sistema de coordenadas cartesianas) utilizando três sensores são aqui descritos, outros números de sensores e arranjos também podem ser utilizados.

[0054] O orifício de comunicação 352 pode também ser incluído no módulo de eletrônicos 310 para a comunicação com os dispositivos externos, tais como um sistema de comunicação MWD 50 e um sistema de processamento remoto 354. O orifício de comunicação 352 pode ser configurado para uma ligação direta de comunicação 356 para o sistema de processamento remoto 354 usando uma conexão direta de fio ou um protocolo de comunicação sem fios, tal como, a título de exemplo apenas, infravermelhos, Bluetooth®, e protocolos 802,11a/b/g. Usando a ligação de comunicação direta 356, o módulo de eletrônicos 310 pode ser configurado para comunicar com um sistema de processamento remoto 354, tal como, por exemplo, um computador, um computador portátil e um assistente pessoal digital (PDA) quando a broca de perfuração 100 não está na parte inferior do poço. Assim, a ligação direta de comunicação 356 pode ser usada para uma variedade de funções, como, por exemplo, descarregar o software e atualizações de software, para permitir a instalação do módulo de eletrônicos 310 por descarregar os dados de configuração, e carregar os dados da amostra e dados de análise. O orifício de comunicação 352 também pode ser usado para consultar o módulo de eletrônicos 310 para informações relacionadas com a broca de perfuração 100 como, por exemplo, o número de série da broca, número de série do módulo de eletrônicos, versão do software, tempo total decorrido da operação da broca, e outros dados da broca de perfuração ao longo prazo, os quais podem ser armazenados no dispositivo de memória 344.

[0055] Como as válvulas 156, 187, 206 podem estar localizadas dentro do corpo de broca 110 da broca de perfuração 100 e o módulo de eletrônicos 310 que opera as válvulas 156, 187, 206 podem estar localizados na haste 112 da broca de perfuração 100, o sistema de controle para as pastilhas retráteis 128, 192, 212 pode estar incluído completamente dentro da broca 100.

[0056] Em certos métodos de funcionamento da broca de perfuração 100, as pastilhas retráteis 128, 192, 212 da broca de perfuração 100 podem estar inicialmente posicionadas em uma posição estendida, tal como uma posição totalmente estendida, como mostrada nas FIGS. 5A, 6A e 7A. Com as pastilhas retráteis 128, 192, 212 posicionadas em uma posição estendida, um segmento curvo do furo do poço pode ser formado com a broca de perfuração 100 usando técnicas de perfuração direcionais, tais como para a transição de um segmento vertical do furo do poço para uma orientação horizontal. Na posição estendida, as pastilhas retráteis 128, 192, 212 podem proporcionar uma característica limitante da profundidade de corte que pode proporcionar uma agressividade reduzida da broca de perfuração 100 que pode facilitar a perfuração do furo curvo do poço através da limitação da exposição eficaz de estruturas cortantes 122 adjacentes às pastilhas retráteis 128, 192, 212. Em uma modalidade, as pastilhas de retráteis estão localizadas substancialmente dentro da região de cone C da broca de perfuração (Fig. 3), adjacente a uma linha central CL (Fig. 3) da broca de perfuração 100. Após o segmento curvo do furo do poço ser perfurado dentro da formação, as pastilhas retráteis 128, 192, 212 podem, então, ser retraídas no interior do corpo da broca 110, aumentando a profundidade de corte e a agressividade da broca de perfuração 100 por aumentar a exposição eficaz das estruturas de corte 122 adjacentes às pastilhas retráteis 128, 192, 212, a qual agressividade aumentada pode facilitar a formação eficiente de um segmento substancialmente reto do furo do poço, tal como um segmento horizontal do furo do poço, aumentando a ROP para uma velocidade rotacional dada de broca de perfuração 100.

[0057] Para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212, um sinal pode ser fornecido ao módulo de eletrônicos 310. Em algumas modalidades, uma aceleração da broca de perfuração 100 pode ser utilizada para fornecer um sinal para o módulo de eletrônicos 310. Por exemplo, a broca de perfuração 100 pode ser girada em velocidades diferentes, as quais podem ser detectadas pelos acelerômetros do sensor de aceleração 346. A velocidade de rotacional predeterminada, ou uma série predeterminada (por exemplo, um padrão) de várias velocidades de rotação dentro de um determinado período de tempo, pode ser utilizada para sinalizar o módulo de eletrônicos 310 para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212. Para facilitar a detecção confiável de acelerações correlacionando com o sinal padrão ou sinal de velocidade rotacional predeterminada pelo sistema eletrônico 310, o peso em broca (WOB) pode ser reduzido, como para substancialmente zero libra (zero Kg) WOB.

[0058] Em outras modalidades, outra força agindo sobre a broca de perfuração 100 pode ser utilizada para fornecer um sinal para o módulo de eletrônicos 310. Por exemplo, a broca de perfuração 100 pode incluir um medidor de tensão em comunicação com o módulo de eletrônicos 310 que podem detectar WOB. Um WOB predeterminado, ou uma série predeterminada (por exemplo, padrão) de WOB, pode ser utilizado para sinalizar o módulo de eletrônicos 310 para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212. Para facilitar a detecção confiável de WOB correlacionando ao sinal WOB predeterminado pelo módulo de eletrônicos 310, a velocidade rotacional da broca de perfuração 100 pode ser mantida em uma velocidade de rotação constante (isto é, rotações consistentes por minuto (RPM)). Em algumas modalidades, a velocidade rotacional da broca de perfuração 100 pode ser mantida a uma velocidade de substancialmente zero RPM, enquanto detectando o sinal de WOB.

[0059] Após o módulo de eletrônicos 310 detectar o sinal para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212 (por exemplo, acelerações correlacionando com o sinal de velocidade rotacional predeterminada ou tensão medida pelo medidor de tensão correlacionando com o sinal de WOB predeterminado), uma corrente elétrica pode ser fornecida para as válvulas 156, 187, 206 correspondentes às pastilhas retráteis 128, 192, 212 e as válvulas 156, 187, 206 podem abrir, permitindo fluido através da mesma. Por exemplo, um circuito elétrico pode ser proporcionado entre a fonte de energia 340 (por exemplo, a bateria) do módulo de eletrônicos 310 e as válvulas 156, 187, 206, tal como as válvulas 156, 187, 206, podem requerer relativamente pouca energia para funcionar (por exemplo, as válvulas 156, 187, 206 podem ser válvulas piezoelétrica que podem estar em um modo normalmente fechado e cada um utiliza cerca de 5 watts de potência para abrir).

[0060] Depois de enviar o sinal ou sinais para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212, o peso pode ser aplicado para a broca de perfuração 100 por meio da coluna de perfuração 30, e uma força pode ser aplicada às pastilhas retráteis 128, 192, 212 pela formação subjacente. Após a abertura das válvulas 156, 187, 206, a força aplicada para as pastilhas retráteis 128, 192, 212 pelo WOB na formação não perfurada adiante da broca de perfuração 100 pode induzir o fluido substancialmente incompressível dentro do reservatório associado 152, 189, 208 para fluir para fora do reservatório 152, 189, 208 através da válvula 156, 187, 206 e induzir as pastilhas retráteis 128, 192, 212 a ser retraída do corpo de broca 110, como mostrado nas FIGS. 5B, 6B, e 7B. Em modalidades que utilizam uma montagem de cartucho 140 aberta, o fluido incompressível pode fluir para fora do reservatório 152 e misturar com o fluido de perfuração no corpo de broca 110. Em modalidades que utilizam uma montagem de cartucho 180, 200 com um segundo reservatório 191, 204, o fluido incompressível pode fluir para fora do primeiro reservatório 189, 208 e no segundo reservatório 191, 204, induzindo o volume do segundo reservatório 191, 204 a expandir-se, conforme mostrado nas FIGS. 6B e 7B.

[0061] Em algumas modalidades, as pastilhas retráteis 128, 192, 212 podem ser estendidas dentro do furo do poço depois de terem sido retraídas. Para estender as pastilhas retráteis 128, 192, 212 dentro do poço, outro sinal, tal como um sinal similar, ou o mesmo que, o sinal para retrair as pastilhas retráteis 128, 192, 212 pode ser fornecido ao módulo de eletrônicos 310. Ao receber o sinal, uma corrente elétrica pode ser fornecida para as válvulas 156, 187, 206 correspondentes às pastilhas retráteis 128, 192, 212 e as válvulas 156, 187, 206 podem abrir permitindo fluido através das mesmas. A broca de perfuração 100 pode estar posicionada fora da parte inferior do furo do poço e o fluido de perfuração pode ser bombeado no canal central de fluido 132 da broca de perfuração 100. A pressão do fluido dentro do canal central de fluido 132 da broca 100 pode, então, induzir o fluido para fluir através das válvulas 156, 187, 206 e nos reservatórios associados 152, 189, 208, induzindo o volume dos reservatórios 152, 189, 208 expandir e as pastilhas retráteis 128, 192, 212 para estender-se a partir da face da broca. Após as pastilhas retráteis 128, 192, 212 terem sido movidas para a posição estendida, tal como mostrada nas FIGS. 5A, 6A, e 7A, as válvulas 156, 187, 206 podem ser fechadas para manter o volume expandido de reservatórios 152, 189, 208, mantendo as pastilhas retráteis 128, 192, 212 na posição estendida, e a perfuração pode ser iniciada.

[0062] Em modalidades que incluem um segundo reservatório 191, 204, tal como mostrado nas FIGS. 6A, 6B, 7A, e 7B, a pressão pode ser aplicada para o fluido no segundo reservatório 191, 204, tal como através do segundo pistão 186, ou através do diafragma flexível 202, através do fluido dentro do canal central de fluido 132 da broca de perfuração 100 e o fluido dentro do segundo reservatório 191, 204 pode ser fluido para dentro do primeiro reservatório 189, 208. Em modalidades sem um segundo reservatório 191, 204, o fluido de perfuração pode direcionar o fluido incompressível para dentro do reservatório 152 (FIG. 5A). Em outras modalidades sem um segundo reservatório 191, 204, o fluido de perfuração pode ser utilizado como o fluido incompressível. Em tais modalidades, em que o fluido de perfuração é usado como o fluido incompressível, um filtro ou outro meio de filtro (não mostrado) pode ser utilizado para inibir os detritos sólidos a partir da passagem através da válvula 156.

[0063] Em modalidades adicionais, uma broca de perfuração 400, 500, incluindo pastilhas retráteis 410, 510 pode ser configurada para retrair seletivamente e estender pastilhas retráteis individuais 410, 510 da broca de perfuração 400, 500, respectivamente, como mostrado nas FIGS. 12 e 13. Nessas modalidades, a extensão e a retração das pastilhas retráteis 410, 510 durante a perfuração podem ser utilizadas para a perfuração de um segmento curvo do furo do poço por variar a agressividade das estruturas cortantes 122 (FIG. 2), em diferentes localizações na face da broca.

[0064] Em algumas modalidades, uma broca de perfuração 400 pode incluir um pistão 402 em comunicação de fluido com cada pastilha retrátil 410 e cada pistão 402 pode estar acoplado a uma placa oscilante 420, como mostrado na FIG. 12. A placa oscilante 420 pode compreender uma placa superior 422 e uma placa inferior 424, as quais giram uma em relação à outra em uma interface 426. A placa superior 422 não pode girar em relação ao furo do poço, e a placa inferior 424 pode girar com a broca de perfuração 400. Por exemplo, a placa superior 422 pode estar ligada a uma ou mais barras 430 que impedem a placa superior 422 de girar em relação ao furo do poço. Uma pluralidade de pistões 402 pode ser acoplada à placa inferior 424 por uma conexão articulada, tal como uma bola e conexão de encaixe 440, e a placa inferior 424 pode girar, juntamente com a broca de perfuração 400 e os pistões 402, em relação à placa superior 422. Os pistões 402 podem estender nos furos 450 no corpo da broca 452 e estarem em comunicação de fluido com as pastilhas retráteis 410.

[0065] Em operação, a placa superior 422 e a placa inferior 424 podem estar inclinadas em relação ao eixo principal longitudinal da broca de perfuração 400, tal como através da manipulação de uma ou mais das barras 430 ligadas à placa superior 422, que pode induzir os pistões 402 retribuírem dentro dos orifícios 450 no corpo de broca 452 sob rotação da broca de perfuração 400. Os pistões recíprocos 402 podem, então, induzir as pastilhas retráteis 410 se moverem para dentro e para fora em relação à face da broca à medida que a broca de perfuração 400 gira dentro do furo do poço, como um resultado das forças de pressão hidráulica geradas pelos pistões recíprocos 402 atuando nas pastilhas retráteis 410. A placa oscilante 420 pode induzir os pistões 402 de se moverem para baixo e induzir as pastilhas retráteis 410 estenderem-se quando as pastilhas retráteis 410 passam em um primeiro lado do furo do poço e para mover para cima e induzir as pastilhas retráteis 410 retraírem à medida que as pastilhas retráteis 410 passam em um segundo lado do furo do poço. Em vista disso, a profundidade de corte para a broca de perfuração 400 pode ser maior no segundo lado do furo do poço do que no primeiro lado e a broca de perfuração 400 pode remover mais material a partir do segundo lado do furo do poço e a perfuração direcional pode ser alcançada. Além disso, a direção alcançada (por exemplo, o grau de desvio a partir de um caminho em linha reta) pode ser determinada pelo ângulo que a placa oscilante 420 é orientada em relação ao eixo longitudinal principal da broca de perfuração 400.

[0066] Em outras modalidades, como mostradas na FIG. 13, cada pastilha retrátil 510 de uma broca de perfuração 500 pode estar em comunicação de fluido com uma válvula 520, tal como uma válvula similar à válvula descrita com referência à Patente Americana US No. 5,553,678 de Barr et al, intitulada "UNIDADES DE INDUÇÃO MODULADA PARA SISTEMAS DIRECIONÁVEIS DE PERFURAÇÃO ROTATÓRIA", cuja divulgação está aqui incorporada por referência na sua totalidade. A válvula 520 pode estar acoplada a uma barra 522 que pode impedir a válvula 522 de girar relativamente ao furo do poço durante as operações de perfuração. O corpo de broca 530 pode incluir canais de fluido 532 nesta para proporcionar a comunicação de fluido entre a válvula 520 e as pastilhas de retráteis 510. Além disso, o corpo de broca 530 pode incluir canais de fluido 534 que proporcionam a comunicação de fluido entre a válvula 520 e um exterior da broca de perfuração 500. Como mostrado na FIG. 13, os canais de fluido 534 podem proporcionar uma comunicação de fluido para o exterior da broca de perfuração 500 em uma localização em ou perto da região do calibre da broca de perfuração 500. Em outras modalidades, os canais de fluido 534 podem ser direcionados para baixo através do corpo da broca 530 e proporcionar uma comunicação de fluido para o exterior da broca de perfuração 500 através dos bocais 118, localizados na região da face da broca de perfuração 500. Os canais de fluido 532, 534 formados através do corpo de broca 530 irão girar com a broca de perfuração 500 durante as operações de perfuração, assim, irão girar em relação à válvula 520. A válvula 520 pode ser configurada com pelo menos duas regiões circunferenciais diferentes 540, 542. Uma primeira região circunferencial 540 pode proporcionar uma comunicação de fluido entre uma passagem central de fluido 544 no corpo da broca 530 e a passagem de fluido 532 para uma pastilha retrátil 510, enquanto bloqueando a comunicação de fluido entre uma passagem de fluido correspondente 534 entre a passagem central de fluido 544 e o exterior da broca de perfuração 500. Uma segunda região circunferencial 542 da válvula 520 pode fornecer uma comunicação de fluido entre uma pastilha retrátil 510 e uma porção exterior da broca de perfuração 500, enquanto impedindo a comunicação de fluido entre a passagem central de fluido 544 e um dos canais de fluido 532 e 534 que corresponde à pastilha retrátil 510.

[0067] Em funcionamento, a passagem central de fluido 544 da broca de perfuração 500 pode ser pressurizada em relação a um fluido em torno do exterior da broca de perfuração 500. Quando os canais de fluido 532 e 534 que correspondem a uma pastilha retrátil 510 passam na primeira região circunferencial 540 da válvula 520, a pastilha retrátil 510 pode ser pressurizada. Durante o processo de pressurização (por exemplo, à medida que o canal de fluido 532 passa na primeira região circunferencial 540 da válvula 520), o canal de fluido 532 para a pastilha retrátil 510 pode ser aberto para o fluido pressurizado dentro da passagem central de fluido 544 da broca de perfuração 500 e a pastilha retrátil 510 pode tornar-se extensa em resposta à pressão do fluido. À medida que a broca de perfuração 500 gira, os canais de fluido 532 e 534 correspondentes às pastilhas retráteis 510 passam na segunda região circunferencial 542 da válvula 520 e uma comunicação de fluido entre o canal de fluido 532 e o canal de fluido 534 é fornecido através da válvula 520, resultando na purga. Durante o processo de purga (por exemplo, à medida que o canal de fluido 532 passa na segunda região circunferencial 542 da válvula 520), a comunicação de fluido é proporcionada entre uma pastilha retrátil 510 e o exterior da broca de perfuração 500, o que pode resultar em purga e uma redução na pressão do fluido em comunicação com a pastilha retrátil tornando reduzida e a pastilha retrátil 510 retraindo. A válvula 520 pode ser orientada em relação a um furo do poço para induzir as pastilhas retráteis 510 moverem-se para dentro de uma localização correspondente a um primeiro lado do furo do poço e para o exterior em relação a um segundo lado do furo do poço, à medida que a broca de perfuração 500 gira dentro do furo do poço. Em vista disso, a profundidade do corte para a broca de perfuração 500 pode ser maior no segundo lado do furo do poço do que no primeiro lado, e a broca de perfuração 500 pode remover mais material a partir do segundo lado do furo do poço e a perfuração direcional pode ser alcançada. Além disso, a direção alcançada (por exemplo, o grau de desvio de um caminho em linha reta) pode ser determinada pela posição da válvula 520 em relação ao furo do poço e a pressão do fluido fornecida para a passagem central de fluido 544 da broca de perfuração 500.

[0068] Embora a presente invenção tenha sido aqui descrita com respeito a certas modalidades, os peritos na técnica reconhecerão e compreenderão que não é tão limitada. Pelo contrário, muitas adições, eliminações e alterações às modalidades aqui descritas podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção tal como a seguir reivindicado. Além disso, as características de uma modalidade podem ser combinadas com as características de outra modalidade enquanto continuam sendo abrangidas no escopo da invenção tal como contemplado pelo inventor.

Claims

Cartucho para uma ferramenta de perfuração terrestre, o cartucho caracterizado por compreender:
uma parede do cilindro definindo um primeiro furo;
um pistão compreendendo pelo menos uma pastilha retrátil posicionada pelo menos parcialmente dentro do primeiro furo;
um primeiro reservatório dentro do primeiro furo adjacente ao pistão;
uma abertura para o primeiro reservatório;
uma válvula posicionada e configurada para regular o fluxo de fluido através da abertura;
outra parede do cilindro definindo um segundo furo e tendo um segundo reservatório nesta posicionado para comunicação de fluido com o primeiro reservatório através da válvula, em que a válvula é posicionada entre o primeiro reservatório e o segundo reservatório.
Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:
um segundo pistão posicionado dentro do segundo furo adjacente ao segundo reservatório de fluido.
Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:
um diafragma encerrando pelo menos uma porção do segundo furo adjacente ao segundo reservatório de fluido.
Broca para perfuração terrestre, caracterizada por compreender:
uma pluralidade de cavidades em uma face da broca para perfuração terrestre;
uma pastilha retrátil acoplada a um primeiro pistão localizado pelo menos parcialmente dentro de cada cavidade da pluralidade de cavidades;
um fluido substancialmente incompressível em contato com o primeiro pistão e contido dentro de um primeiro reservatório;
uma pluralidade de furos em comunicação de fluido com a pluralidade de cavidades e em contato com o fluido substancialmente incompressível;
um segundo pistão localizado pelo menos, parcialmente, dentro de um segundo reservatório em cada furo da pluralidade de furos;
uma válvula posicionada entre o primeiro reservatório e o segundo reservatório em cada furo da pluralidade de furos, a válvula configurada para fluir seletivamente fluido entre o primeiro reservatório e o segundo reservatório; e
uma placa oscilante operativamente acoplada em cada segundo pistão.
Método de operar uma ferramenta de perfuração terrestre, o método caracterizado por compreender:
perfurar um furo com uma ferramenta de perfuração terrestre com pelo menos uma pastilha retrátil sobressaindo a partir de uma face da ferramenta de perfuração terrestre adjacente a pelo menos uma estrutura de corte;
abrir uma válvula dentro da ferramenta de perfuração terrestre para liberar um fluido a partir de um primeiro reservatório posicionado por baixo da pelo menos uma pastilha retrátil e reduzir a quantidade de saliência da pelo menos uma pastilha retrátil a partir da face da ferramenta de perfuração terrestre, enquanto dentro do furo;
reiniciar a perfuração após reduzir a quantidade de saliência da pelo menos uma pastilha retrátil a partir da face da ferramenta de perfuração terrestre;
pressurizar um fluido dentro da ferramenta de perfuração terrestre, enquanto posicionando a ferramenta de perfuração terrestre fora do fundo;
abrir a válvula; e
estender a pelo menos uma pastilha retrátil.
Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda detectar pelo menos uma alteração na velocidade rotacional da ferramenta de perfuração terrestre e abrir a válvula em resposta à alteração detectada na velocidade rotacional da ferramenta de perfuração terrestre.
Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda detectar pelo menos uma alteração no peso na ferramenta de perfuração terrestre e abrir a válvula em resposta à alteração detectada no peso na ferramenta de perfuração terrestre.
Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda manter uma velocidade rotacional da ferramenta de perfuração terrestre, enquanto detectando pelo menos uma alteração de peso na ferramenta de perfuração terrestre.
Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por manter a velocidade rotacional da ferramenta de perfuração terrestre compreende manter uma velocidade rotacional que é substancialmente zero rotação por minuto.
Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda liberar fluido a partir do primeiro reservatório em um canal de fluido de perfuração da ferramenta de perfuração terrestre na abertura da válvula.
Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda liberar o fluido a partir do primeiro reservatório em um segundo reservatório na abertura da válvula.
Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda mover um segundo pistão dentro da ferramenta de perfuração terrestre em resposta à liberação do fluido a partir do primeiro reservatório.
Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda desviar um diafragma dentro da ferramenta de perfuração terrestre em resposta à liberação do fluido a partir do primeiro reservatório.