BR112014011743B1

BR112014011743B1 - broca de perfuração de furação de terreno, método utilizando a mesma e broca de perfuração para a perfuração de um furo de poço em formações de terreno

Info

Publication number: BR112014011743B1
Application number: BR112014011743-8A
Authority: BR
Inventors: Anton F. Zahradnik; Rolf C. Pessier; Mitchell A. Rothe; Don Q. Nguyen; Karlos Cepeda; Michael S. Damschen; Robert J. Buske; Johnathan Howard; Chaitanya K. Vempati
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2020-08-25
Also published as: SG11201402311VA; CA2855947C; EP3159475B1; WO2013074788A9; BR112014011743A2; US10190366B2; EP3159475A1; EP2780532A1; US9353575B2; EP2780532B1; ZA201404343B; MX351357B; MX2014005881A; MX2022007154A; US20160230467A1; US10072462B2; CA2855947A1; WO2013074788A1; CN104024557B; EP2780532A4

Abstract

BROCAS DE PERFURAÇÃO HÍBRIDAS TENDO EFICIÊNCIA AUMENTADA DE PERFURAÇÃO É descrita uma broca de perfuração de furação de terreno, a broca tendo um corpo de broca que tem um eixo geométrico longitudinal central que define um centro axial do corpo de broca e configurado em sua extensão superior para conexão em uma coluna de perfuração; pelo menos uma lâmina fixa primária que se estende para baixo a partir do corpo de broca e para dentro em direção a, mas próximo do eixo geométrico central da broca de perfuração; pelo menos uma lâmina fixa secundária se estendendo radialmente para fora a partir de próximo do eixo geométrico central da broca de perfuração; uma pluralidade de elementos de corte fixos presos às lâminas fixas primárias e secundárias; pelo menos um braço de broca preso ao corpo de broca; e um cortador com rolamento montado para rotação no braço de broca; em que os elementos de corte fixos em pelo menos uma lâmina fixa se estendem a partir do centro da broca para fora em direção ao calibre da broca, mas não incluem uma região de corte de calibre, e em que pelo menos uma porção de cortador de rolete cônico se estende (...).

Description

BROCA DE PERFURAÇÃO DE FURAÇÃO DE TERRENO, MÉTODO UTILIZANDO A MESMA E BROCA DE PERFURAÇÃO PARA A PERFURAÇÃO DE UM FURO DE POÇO EM FORMAÇÕES DE TERRENO

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este Pedido reivindica prioridade para o pedido de patente provisória U.S. número de série 61/560.083, depositado em 5 de novembro de 2011, cujo conteúdo é incorporado aqui em sua totalidade.

DECLARAÇÃO REFERENTE A PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO COM SUBSÍDIO FEDERAL

[0002] Não aplicável.

REFERÊNCIA A APÊNDICE

[0003] Não aplicável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0004] Campo da Invenção. As invenções expostas e ensinadas aqui se referem geralmente a brocas de perfuração de furação de terreno e, mais especificamente, estão relacionadas a brocas de perfuração de furação de terreno melhoradas tendo uma combinação de cortadores fixos e cortadores com rolamento tendo elementos de corte associados a eles, o arranjo de todos eles exibindo uma eficiência de perfuração melhorada, bem como à operação dessas brocas.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0005] A presente exposição se refere a sistemas e métodos para escavação de uma formação de terreno, tal como a formação de um furo de poço para fins de recuperação de óleo e gás, para a construção de um túnel, ou para a formação de outras escavações, em que a formação de terreno é cortada, moída, pulverizada, raspada, cisalhada, denteada e/ou fraturada (referidos a partir deste ponto como "corte"), bem como o aparelho usado para essas operações. O processo de corte é um processo muito independente que tipicamente integra e considera muitas variáveis para se garantir que um furo de poço usável seja construído. Conforme é comumente conhecido na técnica, muitas variáveis têm um efeito interativo e cumulativo de aumento dos custos de corte. Estas variáveis podem incluir dureza de formação, abrasividade, poropressões e propriedades elásticas da formação em si. Na perfuração de furos de poço, a dureza da formação e um grau correspondente de dificuldade de perfuração podem aumentar exponencialmente como uma função de aumento da profundidade do furo de poço. Uma percentagem alta dos custos para perfuração de um poço é derivada a partir de operações independentes que são sensíveis ao tempo, isto é, quanto mais tempo se leva para penetrar na formação sendo perfurada, maiores os custos. Um dos fatores mais importantes afetando o custo de perfuração de um furo de poço é a taxa na qual a formação pode ser penetrada pela broca de perfuração, o que tipicamente diminui com materiais de formação mais duros ou mais tenazes e a profundidade de furo de poço na formação.

[0006] Geralmente, há duas categorias de brocas de perfuração modernas que evolveram a partir de mais de cem anos de desenvolvimento e quantidades enormes de dólares gastos na pesquisa, testes e desenvolvimento iterativo. Estes são comumente conhecidos como a broca de perfuração de cortador fixo e a broca de perfuração de rolete cônico. Nestas duas categorias primárias, há uma ampla variedade de variações, com cada variação projetada para a perfuração de uma formação tendo uma faixa geral de propriedades de formação. Estas duas categorias de brocas de perfuração geralmente constituem o grosso das brocas de perfuração empregadas para a perfuração de poços de óleo e gás ao redor do mundo.

[0007] Cada tipo de broca de perfuração é comumente usado onde sua economia na perfuração for superior ao outro. As brocas de perfuração de rolete cônico podem perfurar o espectro inteiro de dureza de formações de rocha. Assim, as brocas de perfuração de rolete cônico geralmente são usadas quando se encontram rochas mais duras, onde a vida longa da broca e taxas razoáveis de penetração são fatores importantes na economia da perfuração. As brocas de perfuração de cortador fixo, incluindo brocas de perfuração impregnadas, tipicamente são usadas para a perfuração de uma ampla variedade de formações variando de rochas não consolidadas e fracas a rochas de dureza média.

[0008] A broca de rolete cônico substituiu a broca de rabo de peixe do início dos anos 1900 como uma ferramenta mais durável para a perfuração de formações duras e abrasivas (Hughes, 1915), mas suas limitações na perfuração de folhelho e outras rochas de comportamento plástico foram bem conhecidos. A causa subjacente foi uma combinação de manutenção de lasca e/ou esferoidização de fundo [Murray et al., 1955], o que se torna progressivamente pior a uma profundidade maior, conforme a pressão de furo de poço e o peso de lama aumentarem. Uma esferoidização reduz a eficiência de perfuração das brocas de rolete cônico para uma fração do que é observado sob condições atmosféricas [Pessier, R.C. e Fear, M.J. "Quantifying Common Drilling Problems with Mechanical Specific Energy and a Bit-Specific Coefficient of Sliding Friction", SPE Conference Paper N° 24584-MS, 1992]. Outros fenômenos, tais como rastreamento e manobra fora de centro, agravam o problema. Muitas inovações no projeto de broca de rolete cônico e na hidráulica se dirigiram a estas questões, mas elas apenas marginalmente melhoraram a performance [Wells e Pessier, 1993; Moffit, et al., 1992]. As brocas de rabo de peixe ou de lâmina fixa são muito menos afetadas por estes problemas, uma vez que atuam como raspadores mecânicos, os quais continuamente raspam no fundo de furo de poço. O primeiro protótipo de uma broca híbrida [Scott, 1930], o qual simplesmente combina uma broca de rabo de peixe e uma de rolete cônico, nunca foi bem sucedido comercialmente, porque a parte de rabo de peixe ou de lâmina fixa da broca se desgastaria prematuramente e grandes partes planas de desgaste reduziriam a taxa de penetração para ainda menos do que era obtenível com a broca de rolete cônico apenas. O conceito da broca híbrida foi revivido com a introdução de brocas de PDC (compacto de diamante policristalino) de cortador fixo resistente a desgaste nos anos 1980 e uma variedade ampla de projetos foi proposta e patenteada [Schumacher et al., 1984; Holster, et al., 1992; Tandberg, 1992; Baker 1982] . Alguns foram testados no campo, mas de novo com resultados misturados [Tandberg e Rodland, 1990], principalmente devido a deficiências estruturais nos projetos e à falta de durabilidade dos cortadores de PDC de primeira geração. Enquanto isso, avanços significativos foram feitos na tecnologia de cortador de PDC, e bits de PDC de lâmina fixa substituíram os bits de rolete cônico em quase todas as aplicações, exceto algumas para as quais as brocas de rolete cônico são unicamente adequadas. Estas são aplicações de formações duras, abrasivas e entre acamamentos, de perfuração direcional complexa, e, em geral, aplicações nas quais as exigências de torque de uma broca de PDC convencional excedem às capacidades de um dado sistema de perfuração. Nestas aplicações em que a broca híbrida pode melhorar substancialmente a performance de uma broca de rolete cônico com um nível mais baixo de dinâmica prejudicial, se comparada com uma broca de PDC convencional.

[0009] Em uma broca de perfuração de tipo híbrido, o esmagamento intermitente de uma broca de rolete cônico é combinado com um cisalhamento contínuo e raspagem de uma broca de lâmina fixa. A mecânica de perfuração característica de uma broca híbrida pode ser mais bem ilustrada por uma comparação direta com uma broca de rolete cônico e uma de lâmina fixa em ensaios de laboratório sob condições controladas de poço abaixo simuladas [Ledgerwood, L.W. e Kelly, J.L., "High Pressure Facility Re-Creates Downhole Conditions in Testing of Full Size Drill Bits", artigo da SPE N° 91-PET-1, apresentado em ASME Energy-sources Technology Conference and Exhibition, New Orleans, 20 a 24 de janeiro de 1991] . A mecânica de perfuração dos tipos diferentes de broca e sua performance são altamente dependentes do tipo de formação ou rocha, da estrutura e da resistência.

[0010] Os conceitos iniciais de brocas de perfuração híbridas remontam aos anos 1930, mas o desenvolvimento de uma ferramenta de perfuração viável se tornou possível apenas com os recentes avanços na tecnologia de cortador de diamante policristalino compacto (PDC). Uma broca híbrida pode perfurar folhelho e outras formações de comportamento plástico de duas a quatro vezes mais rapidamente do que uma broca de rolete cônico, por ser mais agressiva e eficiente. A taxa de penetração de uma broca híbrida responde linearmente a revoluções por minuto (rpm), diferentemente de brocas de rolete cônico, as quais exibem uma resposta exponencial com um expoente menor do que a unidade. Em outras palavras, a broca híbrida perfurará de forma significativamente mais rápida do que uma broca de rolete cônico comparável em aplicações de motor. Um outro benefício é o efeito dos cortadores com rolamento na dinâmica de broca. Se comparadas com brocas de PDC convencionais, as oscilações de torção são tão baixas quanto 50%$, e a aderência / o deslizamento é reduzido a uma rpm baixa e um turbilhonamento a uma rpm alta. Isto proporciona à broca híbrida uma janela de operação mais ampla e melhora grandemente um controle de face de ferramenta em uma perfuração direcional. A broca de perfuração híbrida é uma broca de perfuração altamente específica de aplicação direcionada para (1) aplicações tradicionais de rolete cônico que são de taxa de penetração (ROP) limitada, (2) aplicações de broca de PDC de diâmetro grande e de broca de rolete cônico que são de torque ou peso sobre broca (WOB) limitado, (3) formações altamente entre acamamentos em que flutuações altas de torque podem causar falhas prematuras e limitar o torque de operação médio, e (4) aplicações de motor e/ou direcionais em que uma ROP mais alta e taxas de acumulação melhores e controle de face de ferramenta são desejadas. [Pessier, R. e Damschen, M., "Hybrids Bits Offer Distinct Advantages in Selected Roller-Cone and PDC-Bit Applications", SPE Drilling & Completion, Vol. 26 (1), pp. 96-103 (março de 2011)].

[0011] Nos estágios iniciais de desenvolvimento de broca de perfuração, algumas brocas de furação de terreno usavam uma combinação de um ou mais cortadores com rolamento e uma ou mais lâminas fixas. Algumas destas brocas de perfuração de tipo de combinação são referidas como brocas híbridas. Os projetos prévios de brocas híbridas, tal como descrito na Patente U.S. N° 4.343.371 de Baker, III, forma providos para os cortadores com rolamento para a feitura da maior parte do corte de formação, especialmente no centro do furo ou da broca. Outros tipos de brocas de combinação são conhecidos como "brocas de testemunho", tal como na Patente U.S. N° 4.006.788 de Garner. As brocas de testemunho tipicamente têm cortadores com rolamento truncados que não se estendem até o centro da broca e são projetados para removerem uma amostra de testemunho de formação pela perfuração para baixo, mas em torno, de um cilindro sólido da formação a ser removido do furo de poço geralmente intacto para fins de análise da formação.

[0012] Um outro tipo de broca híbrida é descrito na Patente U.S. N° 5.695.019, de Shamburger, Janela remota., em que os cortadores com rolamento se estendem quase inteiramente até o centro. Uma broca de perfuração de rolete cônico com uma ação de corte em dois estágios é provida. A broca de perfuração inclui pelo menos dois conjuntos de cortador cônico truncado acoplados de forma rotativa a braços de suporte, em que cada conjunto de cortador é rotativo em torno de um respectivo eixo geométrico dirigido para baixo e para dentro. Os conjuntos de cortador cônico truncado são de formato troncônico ou de tronco de cone, com uma face traseira conectada a uma face truncada plana por lados cônicos. A face truncada pode ou não ser paralela com a face traseira do conjunto de cortador. Uma pluralidade de elementos de corte primários ou de inserções é disposta em um padrão predeterminado na face truncada plana dos conjuntos de cortador cônico truncado. Os dentes dos conjuntos de cortador não são engranzados ou encaixados uns com os outros, e a pluralidade de elementos de corte em cada conjunto de cortador é espaçada dos elementos de corte de outros conjuntos de cortador. Os elementos de corte primários cortam em torno de uma formação de rocha de testemunho cônico no centro do furo de poço, o que atua para estabilizar os conjuntos de cortador e força-os para fora para corte de um furo de poço de calibre completo. Uma pluralidade de elementos de corte secundários ou de inserções é montada nas superfícies para baixo de uma área de domo do corpo de broca. Os elementos de corte secundários de forma reportada cortam a formação de rocha de testemunho independente quando a broca de perfuração avança.

[0013] Mais recentemente, as brocas de perfuração híbridas tendo roletes cônicos e lâminas fixas com perfis de corte e mecânica de broca melhorados foram descritas, bem como métodos para a perfuração com essas brocas. Por exemplo, a Patente U.S. N° 7.845.435 para Zahradnik et al. descreve uma broca de perfuração de tipo híbrido, em que os elementos de corte nas lâminas fixas formam um perfil de corte contínuo a partir do perímetro do corpo de broca até o centro axial. Os elementos de corte de rolete cônico se sobrepõem aos elementos de corte fixos nas seções de ponta e de ombro do perfil de corte entre o centro axial e o perímetro. Os elementos de corte de rolete cônico esmagam e pré-fraturam ou fraturam parcialmente a formação nas seções confinadas e altamente tensionadas de ponta e ombro.

[0014] Embora o sucesso das brocas de perfuração de tipo híbrido mais recentes tenha sido mostrado no campo, a seleção, especificamente o projeto de configurações de broca de perfuração sofre da falta de uma limpeza eficiente de cortadores de PDC em lâminas fixas e elementos de corte nos roletes cônicos, levando a problemas, tal como eficiência de perfuração diminuída e problemas de esferoidização em certas formações mais macias. Esta falta de eficiência de limpeza em brocas de perfuração híbridas selecionadas pode ser o resultado de um volume excessivamente aglomerado de canal de saída, o que, por sua vez, resulta em um espaço disponível limitado para posicionamento de bocal e orientação, o mesmo bocal em alguns casos senso usado para limpeza de cortadores de lâmina fixa e dos elementos de corte de rolete cônico, e um espaço inadequado para evacuação de cortes durante uma operação de broca de perfuração.

[0015] As invenções expostas e ensinadas aqui são dirigidas para brocas de perfuração tendo um corpo de broca, em que o corpo de broca inclui lâminas de cortador fixo primárias e secundárias se estendendo para baixo a partir da broca, os braços de broca se estendendo para baixo a partir do corpo de broca e terminando em roletes cônicos de cortador, em que pelo menos uma das lâminas de cortador fixas está em alinhamento com um cortador com rolamento.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0016] Os objetivos descritos acima e outras vantagens e recursos da invenção são incorporados no pedido, conforme estabelecido aqui, e nos apêndices associados e nos desenhos, relacionados a brocas de perfuração de furação de terreno de tipo híbrido e de escareador de piloto tendo lâminas de cortador fixas primárias e secundárias e roletes cônicos pendentes a partir de braços de broca são descritos, as brocas incluindo lâminas de corte fixas internas as quais se estendem radialmente para fora em um alinhamento angular ou linear substancial com pelo menos um dos roletes cônicos montados nos braços de broca.

[0017] De acordo com um aspecto da presente exposição, uma broca de perfuração de furação de terreno é descrita, a broca tendo um corpo de broca que tem um eixo geométrico longitudinal central que define um centro axial do corpo de broca e configurado em sua extensão superior para conexão a uma coluna de perfuração; pelo menos uma lâmina fixa se estendendo para baixo a partir do corpo de broca; uma pluralidade de elementos de corte fixos presos à lâmina fixa; pelo menos um braço de broca preso ao corpo de broca; e um cortador com rolamento montado para rotação no braço de broca; em que os elementos de corte fixos em pelo menos uma lâmina fixa se estendem a partir do centro da broca para fora em direção ao calibre da broca, mas não incluem uma região de corte de calibre, e em que pelo menos uma porção de cortador de rolete cônico se estende substancialmente a partir da região de calibre de broca de perfuração para dentro em direção ao centro da broca, mas não se estende até o centro da broca.

[0018] De acordo com um aspecto adicional da presente exposição, uma broca de perfuração de furação de terreno é descrita, a broca compreendendo um corpo de broca tendo um eixo geométrico longitudinal central que define um centro axial do corpo de broca e configurado em sua extensão superior para conexão em uma coluna de perfuração; pelo menos uma lâmina fixa externa que se estende para baixo a partir do corpo de broca; uma pluralidade de elementos de corte fixos presos à lâmina fixa externa e se estendendo a partir do calibre externo da broca em direção ao centro axial, mas não se estendendo até o centro axial da broca; pelo menos uma lâmina fixa interna se estendendo para baixo a partir do corpo de broca; uma pluralidade de elementos de corte fixos presos à lâmina fixa interna e se estendendo substancialmente a partir do centro da broca para fora em direção ao calibre da broca, mas não incluindo o calibre externo da broca; pelo menos um braço de broca preso ao corpo de broca; e um cortador com rolamento montado para rotação no braço de broca tendo uma porção de cotovelo perto da região de calibre da broca e um eixo de rolete oposto na extremidade próxima do cortador; em que a lâmina fixa interna se estende substancialmente até a extremidade próxima do cortador. Um arranjo como esse forma um arranjo tipo de sela, conforme ilustrado geralmente nas figuras 10 e 11, em que o rolete cônico pode ter um mancal central se estendendo através do cone apenas, ou, alternativamente, de uma forma removível através do cone e para uma porção em recesso da borda externa do cortador de lâmina fixa secundária interna.

[0019] De acordo com modalidades adicionais da presente exposição, uma broca de perfuração de furação de terreno para a perfuração de um furo de poço e uma formação de terreno é descrita, a broca compreendendo um corpo de broca configurado em sua extensão superior para conexão a uma coluna de perfuração, o corpo de broca tendo um eixo geométrico central e uma face de broca compreendendo uma região de cone, uma região de ponta, uma região de ombro e uma região de calibre radialmente mais externa; pelo menos uma lâmina fixa se estendendo para baixo a partir do corpo de broca na direção axial, pelo menos uma lâmina fixa tendo uma borda de ataque e uma de fuga; uma pluralidade de elementos de corte de lâmina fixa dispostos em pelo menos uma lâmina fixa; pelo menos um cortador com rolamento montado para rotação do corpo de broca; e uma pluralidade de elementos de corte de cortador com rolamento dispostos em pelo menos um cortador com rolamento; em que pelo menos uma lâmina fixa está em alinhamento angular com pelo menos um cortador com rolamento. De acordo adicionalmente com aspectos desta modalidade, pelo menos um cortador com rolamento pode incluir um mancal substancialmente linear ou um fuso de rolete cônico tendo uma extremidade distal se estendendo através de e acima da face de topo do cortador com rolamento e dimensionado e conformado para ser inserível de forma removível em um recesso formado em uma face terminal da lâmina fixa em alinhamento angular com o cortador com rolamento, ou em um recesso formado em um conjunto de sela que pode ou não ser integral com a lâmina fixa alinhada angularmente.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS

[0020] As figuras a seguir fazem parte do presente relatório descritivo e são incluídas para demonstração adicional de certos aspectos da presente invenção. A invenção pode ser mais bem entendida com referência a uma ou mais destas figuras em combinação com a descrição detalhada e as modalidades específicas apresentadas aqui.

[0021] A figura 1 ilustra uma vista isométrica esquemática de uma broca de perfuração de exemplo de acordo com as modalidades da presente exposição.

[0022] A figura 2 ilustra uma vista isométrica de topo da broca de perfuração de exemplo da figura 1.

[0023] A figura 3 ilustra uma vista de topo da broca de perfuração da figura 1.

[0024] A figura 4 ilustra uma vista em seção transversal parcial da broca de perfuração da figura 1, com os elementos de corte da broca mostrados rodados em um único perfil de cortador.

[0025] A figura 5 ilustra uma vista esquemática de topo da broca de perfuração da figura 1.

[0026] A figura 6 ilustra uma vista de topo de uma broca de perfuração de acordo com aspectos adicionais da presente invenção.

[0027] A figura 7 ilustra uma vista de topo de uma broca de perfuração de acordo com aspectos adicionais da presente invenção.

[0028] A figura 8 ilustra uma vista de topo de uma broca de perfuração de acordo com um aspecto adicional da presente invenção.

[0029] A figura 9A ilustra uma vista em perspectiva isométrica de uma broca de perfuração de exemplo de acordo com aspectos adicionais da presente exposição.

[0030] A figura 9B ilustra uma vista de topo da broca de perfuração da figura 9A.

[0031] A figura 10 ilustra uma vista em seção transversal parcial da broca de perfuração da figura 1, mostrando uma modalidade alternativa da presente exposição.

[0032] A figura 11 ilustra uma vista em perspectiva isométrica de uma broca de perfuração de exemplo adicional de acordo com a modalidade da presente exposição.

[0033] A figura 12 ilustra uma vista de topo da broca de perfuração da figura 11.

[0034] A figura 13 ilustra uma vista em seção transversal parcial da broca de perfuração da figura 11, mostrando o conjunto de mancal e o conjunto de suporte de sela em conjunto com um rolete cônico.

[0035] A figura 14 ilustra uma vista em corte parcial da vista em seção transversal da figura 13.

[0036] A figura 15 ilustra uma vista em perspectiva de um fuso estendido de exemplo de acordo com aspectos da presente exposição.

[0037] A figura 16 ilustra uma vista em perspectiva detalhada de um conjunto de suporte de sela de exemplo de acordo com a presente exposição.

[0038] A figura 17 mostra uma vista de topo para cima de uma modalidade adicional da presente exposição, mostrando uma broca de perfuração do tipo de escareador híbrida de exemplo.

[0039] A figura 18 ilustra uma vista em perspectiva lateral da broca de perfuração de escareador híbrido da figura 17.

[0040] A figura 19 ilustra uma vista lateral rotativa compósita parcial das inserções de rolete cônico e dos elementos de corte fixos na broca de perfuração híbrida da figura 17.

[0041] Embora as invenções expostas aqui sejam susceptíveis a várias modificações e formas alternativas, apenas umas poucas modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e são descritas em detalhes abaixo. As figuras e as descrições detalhadas destas modalidades específicas não são pretendidas para limitação do alcance ou do escopo dos conceitos inventivos ou das reivindicações em apenso de maneira alguma. Ao invés disso, as figuras e as descrições detalhadas por escrito são providas para ilustração dos conceitos inventivos para uma pessoa de conhecimento comum na técnica e para se permitir que essa pessoa faça e use os conceitos inventivos.

DEFINIÇÕES

[0042] As definições a seguir são providas, de modo a ajudar àqueles versados na técnica no entendimento da descrição detalhada da presente invenção.

[0043] O termo "conjunto cônico" conforme usado aqui inclui vários tipos e formatos de conjuntos de rolete cônico e conjuntos de cortador cônico montados de forma rotativa em um braço de suporte. Os conjuntos cônicos também podem ser referidos de forma equivalente como "roletes cônicos", "cortadores de rolete cônico", "conjuntos de cortador de rolete cônico" ou "cortadores cônicos". Os conjuntos cônicos podem ter um formato exterior geralmente cônico afunilado (truncado) ou podem transmissão um formato exterior mais arredondado. Os conjuntos cônicos associados às brocas de perfuração de rolete cônico geralmente apontam para dentro em direção a cada outro ou pelo menos na direção do centro axial da broca de perfuração. Para algumas aplicações, tais como brocas de perfuração de rolete cônico tendo apenas um conjunto cônico, o rolete cônico pode ter um formato exterior se aproximando de uma configuração geralmente esférica.

[0044] O termo "elemento de corte" conforme usado aqui inclui vários tipos de compactos, inserções, dentes usinados e compactos soldados adequados para uso com brocas de perfuração de rolete cônico. Os termos "estrutura de corte" e "estruturas de corte" podem ser usados de forma equivalente neste pedido para incluírem várias comunicações e arranjos de elementos de corte formados em ou afixados a um ou mais conjuntos cônicos de uma broca de perfuração de rolete cônico.

[0045] O termo "estrutura de mancal", conforme usado aqui, inclui qualquer mancal adequado, sistema de mancal e/ou estrutura de suporte satisfatório para uma montagem rotativa de um conjunto cônico em um braço de suporte. Por exemplo, uma "estrutura de mancal" pode incluir rolamentos internos e externos e elementos de bucha para a formação de um mancal para cargas radiais, um mancal de rolamento (incluindo, mas não limitando, um mancal de rolete - esfera - rolete - rolete, um mancal de rolete - esfera - rolete e um mancal de rolete - esfera - atrito) ou uma ampla variedade de mancais sólidos. Adicionalmente, a estrutura de mancal pode incluir elementos de interface, tais como buchas, roletes, esferas e áreas de materiais endurecidos usados para a montagem de forma rotativa de um conjunto cônico com um braço de suporte.

[0046] O termo "fuso" conforme usado neste pedido inclui qualquer moente, eixo, pino de mancal, estrutura ou combinação de estruturas adequado para uso na montagem de forma rotativa de um conjunto cônico em um braço de suporte. De acordo com a presente exposição, uma ou mais estruturas de mancal podem ser dispostas entre porções adjacentes de um conjunto cônico e um fuso para se permitir uma rotação do conjunto cônico em relação ao fuso e ao braço de suporte associado.

[0047] O termo "selo de fluido" pode ser usado neste pedido para incluir qualquer tipo de selo, anel de selo, anel de encosto, selo elastomérico, conjunto de selo ou qualquer outro componente satisfatório para a formação de uma barreira de fluido entre porções adjacentes de um conjunto cônico e um fuso associado. Os exemplos de selos de fluido tipicamente associados às brocas de perfuração de tipo híbrido e adequados para uso com os aspectos inventivos descritos aqui incluem, mas não estão limitados a anéis em O, anéis de gaxeta, e selos de metal com metal.

[0048] O termo "broca de perfuração de rolete cônico" pode ser usado neste pedido para a descrição de qualquer tipo de broca de perfuração tendo pelo menos um braço de suporte com um conjunto cônico montado de forma rotativa ali. As brocas de perfuração de rolete cônico às vezes podem ser descritas como "brocas de perfuração cônicas rotativas", "brocas de perfuração de cortador cônico" ou "brocas rotativas para rocha". As brocas de perfuração de rolete cônico frequentemente incluem um corpo de broca com três braços de suporte se estendendo a partir dali e um respectivo conjunto cônico montado em cada braço de suporte. Essas brocas de perfuração também podem ser descritas como "brocas de perfuração tricônicas". Contudo, os ensinamentos da presente exposição podem ser usados de forma satisfatória com brocas de perfuração, incluindo, mas não limitando, brocas de perfuração híbridas, tendo um braço de suporte, dois braços de suporte ou qualquer outro número de braços de suporte ("uma pluralidade de" braços de suporte) e conjuntos cônicos associados.

[0049] Conforme usado aqui, os termos "ataque", "de ataque", "fuga" e "de fuga" são usados para a descrição das posições relativas de duas estruturas (por exemplo, dois elementos de cortador) na mesma lâmina em relação à direção de rotação de broca. Em particular, uma primeira estrutura que é disposta à frente ou na frente de uma segunda estrutura na mesma lâmina em relação à direção de rotação de broca "está no ataque" em relação à segunda estrutura (isto é, a primeira estrutura está em uma posição "de ataque"), ao passo que a segunda estrutura que é disposta atrás da primeira estrutura na mesma lâmina em relação à direção de rotação de broca "está em fuga" em relação à primeira estrutura (isto é, a segunda estrutura está em uma posição "de fuga").

[0050] Conforme usado aqui, os termos "axial" e "axialmente" em geral significam ao longo de ou paralelo ao eixo geométrico de broca (por exemplo, o eixo geométrico de broca 15) , enquanto os termos "radial" e "radialmente" em geral significam perpendicular ao eixo geométrico de broca. Por exemplo, uma distância axial se refere a uma distância medida ao longo de ou em paralelo ao eixo geométrico de broca, e uma distância radial se refere a uma distância medida perpendicularmente ao eixo geométrico de broca.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0051] As figuras descritas acima e a descrição por escrito de estruturas e funções específicas abaixo não são apresentadas para limitação do escopo do que os Requerentes inventaram ou o escopo das reivindicações em apenso. Ao invés disso, as figuras e a descrição por escrito são providas para se ensinar a qualquer pessoa versada na técnica a fazer e usar as invenções para as quais uma proteção de patente é buscada. Aqueles versados na técnica apreciarão que nem todos os aspectos de uma modalidade comercial das invenções são descritos ou mostrados em nome da clareza e do entendimento. As pessoas de conhecimento nesta técnica também apreciarão que o desenvolvimento de uma modalidade comercial real incorporando aspectos das presentes invenções requererão numerosas decisões específicas de implementação para a obtenção da meta final do desenvolvedor para a modalidade comercial. Essas decisões específicas de implementação podem incluir e provavelmente não estão limitadas à conformidade com restrições relacionadas a sistema, relacionadas a negócio, relacionadas a governo e outras, as quais podem variar por implementação específica, localização e de momento para momento. Embora os esforços de um desenvolvedor pudessem ser complexos e consumir tempo em um sentido absoluto, esses esforços seriam, não obstante, uma tarefa de rotina para aqueles de conhecimento nesta técnica tendo o benefício desta exposição. Deve ser entendido que as invenções expostas e ensinadas aqui são susceptíveis a numerosas e variadas modificações e formas alternativas. Por último, o uso de um termo no singular, tal como, mas não limitando, "um(a)", não é pretendido como limitando o número de itens. Também, o uso de termos relacionais, tais como, mas não limitando, "topo", "fundo", "esquerdo", "direito", "superior", "inferior", "baixo", "cima", "lado" e similares é feito na descrição por escrito por clareza em uma referência específica às figuras, e não é pretendido que limite o escopo da invenção ou das reivindicações em apenso.

[0052] Os requerentes criaram uma broca de perfuração de furação de terreno híbrida tendo cortadores de lâmina fixa primária e secundária e pelo menos um cortador com rolamento que está substancialmente em alinhamento linear ou angular com um dos cortadores de lâmina fixa secundária, a broca de perfuração exibindo uma eficiência de perfuração aumentada e recursos de limpeza melhorados, durante uma perfuração. Mais particularmente, quando a broca de perfuração tem pelo menos um cortador de lâmina fixa secundária, ou uma parte do mesmo (tal como uma parte de ou toda a estrutura de corte de PDC do cortador de lâmina fixa secundária) em um alinhamento substancial (de forma linear ou angular) com a linha de centro do cortador de rolete cônico e/ou os elementos de cortador de rolete cônico, várias vantagens em eficiência de broca, operação e performance são observadas. Esses melhoramentos incluem, mas não estão limitados a uma limpeza mais eficiente de estruturas de corte (por exemplo, na dianteira e na traseira do cortador de rolete cônico, ou da face de corte dos elementos de corte de lâmina fixa) pelo arranjo de bocal e pela orientação (inclinação) e pelo número de bocais admitidos por este arranjo; melhor espaçamento de canal de saída e arranjo para os cortes serem eficientemente removidos da face de perfuração durante uma operação de perfuração; mais espaço disponível para a inclusão de cortadores de lâmina fixa adicionais e variados tendo PDC ou outros elementos de corte adequados; a broca tem uma capacidade melhorada de lidar com volumes maiores de cortadores (de lâmina fixa e rolete cônico); e tem mais espaço para bocais de fluido de perfuração adicionais e seu arranj o.

[0053] Na discussão a seguir e nas reivindicações, os termos "incluindo" e "compreendendo" são usados de uma forma de extremidade aberta, e, assim, devem ser interpretados como significando "incluindo, mas não limitando". Também, pretende-se que o termo "acoplamento" ou "acoplar" signifique uma conexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro dispositivo se acoplar a um segundo dispositivo, aquela conexão poderá ser através de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta via outros dispositivos e conexões.

[0054] Voltando-nos, agora, para as figuras, a figura 1 ilustra uma vista em perspectiva isométrica de uma broca de perfuração híbrida de exemplo de acordo com a presente exposição. A figura 2 ilustra uma vista isométrica de topo da broca de perfuração híbrida da figura 1. A figura 3 ilustra uma vista de topo da broca de perfuração híbrida da figura 1. Estas figuras serão discutidas em combinação com cada outra.

[0055] Conforme ilustrado nestas figuras, a broca de perfuração híbrida 11 geralmente compreende um corpo de broca 13 que é roscado ou de outra forma configurado em sua extensão superior 18 para conexão a uma coluna de perfuração. O corpo de broca 13 pode ser construído de aço, ou de um material de matriz de metal duro (por exemplo, carbureto de tungstênio) com inserções de aço. O corpo de broca 13 tem um centro axial o uma linha de centro 15 que coincide com o eixo geométrico de rotação da broca híbrida 11 na maioria dos casos.

[0056] Está intermediário entre uma extremidade superior 18 e uma extremidade de trabalho inferior oposta longitudinalmente espaçada 16 o corpo de broca 13. O corpo da broca também compreende um ou mais braços de broca (três são mostrados) 17, 19, 21 se estendendo na direção axial em direção à extremidade de trabalho inferior 16 da broca. Os cortadores cônicos de rolete truncados 29, 31, 33 (respectivamente) são montados de forma rotativa em cada um dos braços de broca 17, 19, 21 de acordo com os métodos da presente exposição, conforme será detalhado aqui. O corpo de broca 13 também inclui uma pluralidade de (por exemplo, duas ou mais) de lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 se estendendo axialmente para baixo em direção à extremidade de trabalho 16 de broca 11. De acordo com aspectos da presente exposição, o corpo de broca 13 também inclui uma pluralidade de lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65, as quais se estendem para fora a partir de perto ou próximo da linha de centro 15 da broca 11 em direção ao vértice 30 dos roletes cônicos de cortador, e as quais serão discutidas em maiores detalhes aqui .

[0057] Também conforme mostrado na figura 1, a extremidade de trabalho de broca de perfuração 11 é montada em uma haste de broca de perfuração 24, a qual provê uma conexão roscada 22 em sua extremidade superior 18 para conexão a uma coluna de perfuração, um motor de perfuração ou outro conjunto de fundo de poço de uma maneira bem conhecida por aqueles na indústria de perfuração. A haste de broca de perfuração 24 também provê uma passagem longitudinal dentro da broca (não mostrada) para se permitir uma comunicação de fluido do fluido de perfuração através de passagens de jateamento e através de bocais de jateamento padronizados (não mostrados) a ser descarregado ou jateado contra o furo de poço e a face de furo através de janelas de bocal 38 adjacentes ao corpo de cortador de broca de perfuração 13 durante uma operação de broca. Um fluido de perfuração é circulado através destas janelas em uso, para lavagem e resfriamento da extremidade de trabalho 16 da broca e dos dispositivos (por exemplo, as lâminas fixas e os cortadores cônicos), dependendo da orientação das janelas de bocal. Um reservatório de lubrificante (não mostrado) supre um lubrificante para os espaços de mancal de cada um dos roletes cônicos. A haste de broca de perfuração 24 também provê um rasgo de chave de broca 26, uma ranhura formada em lados laterais opostos da haste de broca 24 para a provisão de superfícies de cooperação para um rasgo de chave de broca de uma maneira bem conhecida na indústria para se permitir o encaixe e o desencaixe da broca de perfuração com um conjunto de coluna de perfuração. A haste 24 é projetada para ser acoplada a uma coluna de perfuração de material tubular (não mostrado) com roscas 22 de acordo com os padrões promulgados, por exemplo, pelo American Petroleum Institute (API).

[0058] Com referência continuada à vista isométrica de broca de perfuração híbrida 11 na figura 1 e na figura 2, a linha de centro longitudinal 15 define um centro axial da broca de perfuração híbrida 11, conforme indicado previamente. Conforme referenciado acima, a broca 11 também inclui pelo menos uma lâmina de corte fixa primária 23, preferencialmente uma pluralidade de (duas ou mais) lâminas de corte fixas primárias, que se estendem para baixo a partir da haste 24 em relação a uma orientação geral da broca dentro de um furo de poço, e pelo menos uma lâmina de corte fixa secundária 61, preferencialmente uma pluralidade de (duas ou mais) lâminas de corte secundárias, irradiando para fora a partir do centro axial da broca de perfuração em direção a cortadores cônicos correspondentes 29. Conforme mostrado na figura, as lâminas fixas opcionalmente podem incluir calços de estabilização ou de calibre 42, os quais, por sua vez, opcionalmente, podem incluir uma pluralidade de elementos de corte 44, tipicamente referidos como cortadores de calibre. Uma pluralidade de elementos de corte de lâmina fixa primária 41, 43, 45 é disposta e presa a uma superfície em cada uma das lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27, tais como as bordas e ataque "E" das lâminas em relação à direção de rotação (100) . De modo similar, uma pluralidade de elementos de corte de lâmina fixa secundária 71, 73, 75 é disposta e presa a uma superfície em cada uma das lâminas de corte fixas secundárias, de modo que na borda de ataque "E" das lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 (versus a borda terminal "T" das lâminas de corte fixas primárias ou secundárias). Geralmente, os elementos de corte de lâmina fixa 41, 43, 45 (e 61, 63, 65) compreendem uma camada ou placa de diamante policristalino compacto (PDC) em uma face de um substrato de suporte, tal como carbureto de tungsténio ou similar, a camada ou placa de diamante provendo uma face de corte que tem uma borda de corte em uma periferia da mesma para encaixe na formação. Esta combinação de PDC e de substrato forma os elementos de corte de tipo de PDC, os quais por sua vez são afixados ou ligados aos cortadores, tais como cortadores cilíndricos e de tipo de estojo, então são afixados à superfície externa da broca. Ambos os elementos de corte de lâmina fixa primária e secundária 41, 43, 45 e 61, 63, 65 podem ser brasados ou presos de outra forma através de um meio de afixação adequado em recessos ou "receptáculos" em cada lâmina fixa 23, 25, 27 e 61, 63, 65 (respectivamente), de modo que suas bordas periféricas ou de corte em faces de corte sejam apresentadas à formação. O termo PDC é usado amplamente aqui e tem por significado incluir outros materiais, tais como pastilhas de diamante policristalino (TSP) ou placas montadas em substratos de carbureto de tungsténio ou similares, e outros materiais similares superabrasivos ou superduros, incluindo, mas não limitando, nitreto de boro cúbico e carbono tipo diamante.

[0059] Uma pluralidade de inserções resistentes a desgaste de metal duro com um cortador de diamante policristalino afixado a ele pode ser provido na superfície radialmente mais externa ou de calibre de cada um dos cortadores de lâmina fixa primária 23, 25, 27. Estes 'cortadores de calibre' servem para proteção desta porção da broca de perfuração de um desgaste abrasivo encontrado na parede lateral do furo de poço durante uma operação de broca. Também, uma ou mais fileiras, conforme apropriado, de uma pluralidade de cortadores de reserva 47, 49, 51 pode ser provida em cada cortador de lâmina fixa 23, 25, 27 entre as bordas de ataque e de fuga dos mesmos, e dispostos em uma fileira que geralmente é paralela à borda de ataque "E" do cortador de lâmina fixa. Os cortadores de reserva 47, 49, 51 podem ser alinhados com os elementos de corte principais ou primários 41, 43, 45 em seus respectivos cortadores de lâmina fixa primária 23, 25, 27, de modo que eles cortem no mesmo golpe ou incisão ou ranhura que os elementos de corte principais ou primários em um cortador de lâmina fixa. Os cortadores de reserva 47, 49, 51 são similares na configuração aos elementos de corte primários 41, 43, 45, e podem ter o formato de ou um diâmetro menor e, ainda, podem ser mais em recesso em um cortador de lâmina fixa para a provisão de uma exposição reduzida acima da superfície de lâmina do que a exposição dos elementos de corte de lâmina fixa primária 41, 43, 45 nas bordas de ataque de lâmina. Alternativamente, elas podem ser radialmente espaçadas dos elementos de corte de lâmina fixa principais, de modo que cortem no mesmo golpe ou incisão ou ranhura entre os mesmos golpes ou incisões ou ranhuras formados pelos elementos de corte principais ou primários em seus respectivos cortadores de lâmina fixa. Adicionalmente, os cortadores de reserva 47, 49, 51 proveem pontos de contato adicionais ou de encaixe entre a broca 11 e a formação sendo perfurada, assim se melhorando a estabilidade da broca de perfuração híbrida 11. Em algumas circunstâncias, dependendo do tipo de formação sendo perfurada, os cortadores de lâmina fixa secundária também podem incluir uma ou mais fileiras de elementos de corte de reserva. Alternativamente, os cortadores de reserva adequados para uso aqui podem compreender os elementos de corte BRUTE™ conforme oferecido pela Baker Hugues, Incorporated, o uso e as características sendo descritos na Patente U.S. N° 6.408.958. Como ainda uma outra alternativa, ao invés de serem elementos de corte ativos similares aos cortadores de lâmina fixa descritos aqui, os cortadores de reserva 47, 49, 51 poderiam ser elementos passivos, tais como elementos ovoides de carbureto de tungstênio ou superabrasivos que não teriam borda de corte. O uso desses elementos passivos como cortadores de reserva nas modalidades da presente exposição serviria para proteção da superfície inferior de cada lâmina de corte fixa de um desgaste prematuro.

[0060] Em pelo menos em uma das lâminas fixas secundárias 61, 63, 65, um elemento de corte 77 está localizado em ou perto do eixo geométrico central ou linha de centro 15 e corpo de broca 13 ("em ou perto de" significando que alguma parte do cortador fixo está a ou em torno de 0,040 polegadas (0,1016 cm) da linha de centro 15) . Na modalidade ilustrada, o elemento de corte radialmente mais interno 77 na fileira no cortador de lâmina fixa 61 tem sua circunferência tangente ao centro axial ou à linha de centro 15 do corpo de broca 13 e à broca de perfuração híbrida 11.

[0061] Conforme referenciado acima, a broca de perfuração híbrida 11 ainda inclui preferencialmente pelo menos um e, preferencialmente, elo menos dois (embora mais possa ser usado, de forma equivalente e conforme apropriado) braços de cortador com rolamento 17, 19, 21 e cortadores com rolamento 29, 31, 33 acoplados a esses braços na extremidade distal (a extremidade em direção à extremidade de trabalho 16 da broca) do braço de cortador com rolamento. Os braços de cortador com rolamento 17, 19, 21 se estendem para baixo a partir da haste 24 em relação a uma orientação geral da broca dentro de um furo de poço. Conforme é entendido na técnica, cada um dos braços de cortador com rolamento inclui um fuso ou um conjunto similar ali tendo um eixo geométrico de rotação em torno do qual o cortador com rolamento roda durante uma operação. Este eixo geométrico de rotação geralmente é disposto como um ângulo de pino variando de em torno de 33 graus a em torno de 39 graus a partir de um plano horizontal perpendicular à linha de centro 15 da broca de perfuração 11. Em pelo menos uma modalidade da presente exposição, o eixo geométrico de rotação de um (ou mais, incluindo todos) cortador com rolamento intercepta a linha de centro longitudinal 15 da broca de perfuração. Em outras modalidades, o eixo geométrico de rotação de um ou mais cortadores com rolamento em torno de um fuso ou conjunto similar pode ser enviesado para o lado da linha de centro longitudinal para a criação de um efeito de deslizamento nos elementos de corte, conforme o cortador com rolamento rodar em torno do eixo geométrico de rotação. Contudo, outros ângulos e orientações podem ser usados, incluindo um ângulo de pino apontando para longe da linha de centro axial longitudinal 15.

[0062] Com referência continuada às figuras 1, 2 e 3, os cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 são montados para rotação (tipicamente em um munhão de mancal, mas um elemento de rolamento ou outros mancais podem ser usados da mesma forma) em cada braço de broca 17, 19, 21, respectivamente. Cada cortador com rolamento 29, 31, 33 tem uma pluralidade de elementos de corte 35, 37, 39 dispostos na face exterior do corpo cônico de cortador com rolamento. Na modalidade não limitante ilustrada destas figuras, os elementos de corte 35, 37, 39 são dispostos em fileiras geralmente circunferenciais em torno dos cortadores com rolamento, e são inserções de carbureto de tungstênio (ou equivalentes), cada inserção tendo um ajuste com interferência em furos ou aberturas formados mecanismo cada cortador de cortador com rolamento 29, 31, 33, tal como por brasagem ou abordagens similares. Alternativamente, e de forma igualmente aceitável, as fileiras de elementos de corte 35, 37, 39 em um ou mais dos cortadores com rolamento podem ser dispostos em uma fileira não circunferencial ou um arranjo de corte em espiral em torno da face exterior do cortador de rolete cônico 29, 31, 33, ao invés de em fileiras lineares espaçadas, conforme mostrado nas figuras. Alternativamente, os elementos de corte 35, 37, 39 podem ser integralmente formados com o cortador e com endurecimento superficial, como no caso de cortadores de aço ou de dente usinado. Outros materiais além de carbureto de tungstênio, tal como diamante policristalino ou outros materiais superduros ou superabrasivos, também podem ser usados para elementos de corte de cortador de rolete cônico 35, 37, 39 em cortadores de rolete cônico 29, 31, 33.

[0063] Os cortadores de rolete cônico 29, 30, 31, além de uma pluralidade de elementos de corte 35, 37, 39 afixados a ou encaixados na superfície externa 32 do corpo de cortador de rolete cônico, e, opcionalmente, podem incluir uma ou mais ranhuras 36 formadas ali para ajudarem na eficiência de cone durante uma operação. De acordo com aspectos da presente exposição, embora os elementos de corte cônicos 35, 37, 39 possam ser randomicamente posicionados, de forma específica, ou ambos (por exemplo, variando-se entre fileiras e/ou entre cortadores de rolete cônico) espaçados em torno da superfície externa 32 dos cortadores 29, 30, 31. De acordo com pelo menos um aspecto da presente exposição, pelo menos alguns dos elementos de corte 35, 37, 39 são geralmente dispostos na superfície externa 32 de um cortador de rolete cônico em uma fileira circunferencial em torno deles, enquanto outros, tais como os elementos de corte 34 na região de cotovelo do cortador de rolete cônico, podem ser randomicamente posicionados. Uma distância mínima entre os elementos de corte variará de acordo com a aplicação de perfuração específica e o tipo de formação, o tamanho de elemento de corte e o tamanho de broca, e pode variar de cortador de rolete cônico para cortador de rolete cônico, e/ou de elemento de corte para elemento de corte. Os elementos de corte 35, 37, 39 podem incluir, mas não estão limitados a inserções de carbureto de tungstênio, presos por um ajuste com interferência em furos na superfície do cortador com rolamento, elementos de corte usinados ou de dente de aço integralmente formados com e se projetando para fora da superfície externa 32 do cortador com rolamento e os quais podem ser com endurecimento superficial ou não, e outros tipos de elementos de corte. Os elementos de corte 35, 37, 39 podem ser formados também ou revestidos com materiais superabrasivos ou superduros, tais como diamante policristalino, nitreto de boro cúbico e similares. Os elementos de corte podem ser geralmente em formato de cinzel, conforme mostrado, cônicos, redondos/hemisféricos, ovoides e outros formatos e combinações de formatos, dependendo da aplicação de perfuração em particular. Os elementos de corte 35, 37, 39 dos cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 trituram e pré-fraturam ou fraturam parcialmente os materiais subterrâneos em uma formação nas porções de ataque altamente tensionadas durante operações de perfuração, desse modo se facilitando o encargo nos elementos de corte de ambas as lâminas de corte fixas primárias e secundárias.

[0064] Nas modalidades das invenções ilustradas nas figuras 1, 2 e 3, os cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 são ilustrados em um arranjo não limitante para serem espaçados de forma angular aproximadamente a 120 graus de cada outro (medido entre seus eixos geométricos de rotação). O eixo geométrico de rotação de cada cortador com rolamento 29, 31, 33 interceptando o centro axial 15 de corpo de broca 13 de broca híbrida 11, embora cada um ou todos os cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 possam ser enviesados de forma angular por uma quantidade desejada e (ou) lateralmente deslocado, de modo que seus eixos geométricos individuais não interceptem o centro axial de corpo de broca 13 ou a broca híbrida 11. A título de ilustração apenas, um primeiro cortador de rolete cônico 29 pode ser espaçado por aproximadamente 58 graus de uma primeira lâmina fixa primária 23 (medido entre o eixo geométrico de rotação de cortador com rolamento 29 e a linha de centro de lâmina fixa 23 de uma maneira horária na figura 3) formando um par de cortadores. Um segundo cortador de rolete cônico 31 pode ser espaçado por aproximadamente 63 graus a partir de uma segunda lâmina fixa primária 25 (medido de forma similar) formando um par de cortadores; e um terceiro cortador de rolete cônico 33 pode ser espaçado por aproximadamente 53 graus de uma terceira lâmina fixa primária 27 (de novo, medido da mesma forma) formando um par de cortadores.

[0065] Os cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 tipicamente são acoplados a um fuso central geralmente ou um conjunto de mancal similar no corpo de cortador cônico, e estão em um alinhamento angular linear geral com as lâminas de corte fixas secundárias correspondentes, conforme será descrito em maiores detalhes abaixo. Isto é, cada uma das respectivas lâminas de corte fixas secundárias se estende radialmente para fora a partir da linha de centro axial substancialmente proximal 15 da broca de perfuração em direção à periferia, e terminam próximas (mas não tocando, um espaço ou vazio 90 existindo entre a extremidade terminal da lâmina de corte fixa secundária e o vértice do cortador cônico) do vértice, ou extremidade de topo 30, dos respectivos cortadores de rolete cônico, de modo que uma linha desenhada a partir de e perpendicular à linha de centro 15 passe substancialmente através do centro de cada lâmina de corte fixa secundária e substancialmente no centro de cada cortador de rolete cônico alinhado com uma respectiva lâmina de corte fixa secundária. Os cortadores de rolete cônico truncados ou em tronco de cone 29, 30, 31 mostrados nas figuras e conforme visto mais claramente na figura 3, geralmente, têm uma extremidade de topo 30 que se estende geralmente em direção à linha de centro axial 15 e que, em algumas modalidades, podem ser truncados, se comparado com uma broca de rolete cônico típica. O cortador com rolamento independentemente do formato é adaptado para rodar em torno de um fuso interno ou conjunto de mancal, quando a broca de perfuração híbrida 11 estiver sendo rodada pela coluna de perfuração através da haste 24. Adicionalmente, e em relação ao uso de um projeto de pino de sela, tal como descrito e mostrado nas figuras 12 e 14 a 16, quando um pino de mancal central ou fuso 670 for usado para conexão de uma lâmina de corte fixa secundária a um cortador de rolete cônico ao qual é alinhado pode ser opcionalmente alargado pata ter um diâmetro (medido entre as bordas de ataque "L" e terminal "T") que seja substancialmente o mesmo que o diâmetro da extremidade de topo 30 do cortador de rolete cônico truncado. Um arranjo como esse permite a adição opcional de fileiras adicionais de elementos de corte no cortador de rolete cônico, e o ponto de conexão alargado atua para redução de esferoidização durante uma operação de broca.

[0066] Conforme mais bem visto na vista em seção transversal da figura 4, o corpo de broca 13 tipicamente inclui um furo longitudinal central 80 que permite que um fluido de perfuração flua a partir da composição para a broca 11. O consulta de parte de origem 13 também é provido com passagens de fluxo que se estendem para baixo 81 tendo janelas ou bocais 38 dispostos em suas extremidades mais inferiores. As passagens de fluxo 81 preferencialmente estão em comunicação de fluido com o furo central 80. Em conjunto, as passagens 81 e os bocais 38 servem para a distribuição de fluidos de perfuração em torno de uma estrutura de corte através de canais de saída, tal como em direção a um dos roletes cônicos ou à borda de ataque de uma lâmina fixa e/ou um cortador associado, atuando para lavagem de cortes de formação durante uma perfuração e para a remoção de calor da broca 11.

[0067] Com referência, novamente, às figuras 1, 2 e 3, a extremidade de trabalho 16 de broca de perfuração de exemplo 11 inclui uma pluralidade de lâminas de corte fixas as quais se estendem para fora a partir da face de broca 11. Na modalidade ilustrada nas figuras 1, 2 e 3, a broca de perfuração 11 inclui três lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 circunferencialmente espaçadas em torno do eixo geométrico de broca 15, e três lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 circunferencialmente espaçadas em torno de e irradiando para fora a partir do eixo geométrico de broca 15 em direção aos respectivos cortadores de rolete cônico 29, 31, 33, pelo menos uma das lâminas de corte fixas estando em alinhamento angular com pelo menos um dos cortadores de rolete cônico. Nesta modalidade ilustrada, a pluralidade de lâminas de corte fixas (por exemplo, as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 e as lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65) geralmente são espaçadas de modo uniforme de forma angular na face de broca da broca de perfuração, em torno do eixo geométrico de broca longitudinal central 15. Em particular, cada lâmina de corte fixa primária 23, 25, 27 geralmente está sendo espaçada por uma quantidade que varia de em torno de 50 graus a em torno de 180 graus, inclusive a partir de sua lâmina de corte fixa primária adjacente. Por exemplo, na modalidade ilustrada geralmente nas figuras 11 a 12, as duas lâminas de corte primárias 623, 625 são espaçadas substancialmente opostas a cada outra (por exemplo, separadas a em torno de 180 graus). Em outras modalidades (não ilustradas especificamente), as lâminas fixas podem ser espaçadas não uniformemente em torno da face de broca. Mais ainda, embora uma broca de perfuração híbrida 11 de exemplo seja mostrada como tendo três lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 e três lâminas fixas secundárias 61, 63, 65, em geral, a broca 11 pode compreender qualquer número adequado de lâminas fixas primárias e secundárias.

[0068] Como um exemplo não limitativo, e conforme ilustrado geralmente na figura 6, a broca de perfuração 211 pode compreender duas lâminas fixas primárias 225, 227, duas lâminas fixas secundárias 261, 263 se estendendo a partir da linha de centro axial 215 da broca 211 em direção ao vértice 230 de dois cortadores de rolete cônico, os quais são espaçados substancialmente opostos a cada outro (por exemplo, espaçados a aproximadamente 180 graus). Conforme é mostrado adicionalmente nesta figura, a broca de perfuração 211 inclui duas lâminas terciárias 291, 293, as quais podem ou não ser formadas como parte dos cortadores fixos secundários 261, 263, e as quais se estendem radialmente para fora a partir de substancialmente proximal à linha de centro axial 215 da broca de perfuração 211 em direção à periferia da broca.

[0069] Um outro arranjo de exemplo não limitante de elementos de corte em uma broca de perfuração de acordo com a presente exposição é ilustrado geralmente na figura 7. Conforme mostrado ali, a broca de perfuração 311 inclui três cortadores de rolete cônico 331, 333, 335 na periferia externa da broca e dirigidos para dentro em direção à linha de centro axial 315 da broca 311. A broca de perfuração 311 ainda inclui três lâminas fixas secundárias 361, 363, 365 se estendendo a partir da linha de centro axial 315 da broca em direção ao vértice 230 dos três cortadores de rolete cônico 331, 333, 335. Também são mostrados quatro cortadores de lâmina fixa primária 321, 323, 325, 327 se estendendo a partir da periferia da broca de perfuração 311 em direção à, mas não na região de cone ou perto do eixo geométrico central 315 da broca. Conforme é adicionalmente mostrado no arranjo alternativo da figura 7, os três cortadores de rolete cônico são orientados de modo que os cortadores cônicos 331 e 333 e os cortadores cônicos 333 e 335 sejam espaçados por uma distância aproximadamente iguais de cada outro, por exemplo, a em torno de 85 e 110 graus (inclusive) . Os cortadores cônicos 335 e 331 são espaçados a aproximadamente 100 a 175 graus, permitindo a inclusão de uma lâmina de corte fixa primária adicional 325 a ser incluída no espaço entre os cortadores cônicos 335 e 331 e adjacentes à lâmina de corte fixa primária 232. Em um exemplo adicional não limitante, conforme mostrado na figura 8, uma broca de perfuração 411 de acordo com a presente exposição pode incluir quatro cortadores de rolete cônico 431, 433, 435, 437, quatro lâminas de corte fixas primárias 421, 423, 425, 427, e quatro lâminas de corte fixas secundárias 461, 463, 465, 467. Como com outras modalidades da presente exposição, as lâminas de corte fixas secundárias 461, 463, 465, 467 se estendem radialmente para fora a partir de substancialmente proximal à linha de centro axial 415 da broca de perfuração 411, em um alinhamento linear substancial com cada respectivo cortador de rolete cônico 431, 433, 435, 437.

[0070] Com referência continuada às figuras 1, 2 e 3, as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 e as lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 são integralmente formadas como parte de e se estendem a partir do corpo de broca 13 e da face de broca 10. As lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27, diferentemente das lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65, estendem-se radialmente através da face de broca 10 a partir da região na face de broca para fora em direção à periferia externa da broca, e (opcionalmente), de forma longitudinal ao longo de uma porção da periferia da broca de perfuração 11. Conforme será discutido em maiores detalhes aqui, as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 podem se estender radialmente a partir de uma variedade de localizações na face de broca 10 em direção à periferia da broca de perfuração 11, variando de substancialmente proximal ao eixo geométrico central 15 até a região de ponta para fora, até a região de ombro para fora, e para a região de calibre para fora, e combinações dos mesmos. Contudo, as lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65, embora se estendendo substancialmente proximais ao eixo geométrico central 15, não se estendem para a periferia da broca de perfuração 11. Ao invés disso, e conforme mais bem visto na vista de topo na figura 3 mostrando uma relação espacial não limitante de exemplo dos cortadores com rolamento para as lâminas de corte fixas primárias e secundárias e os cortadores de rolete cônico (e seus respectivos elementos de corte montados neles), as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 se estendem radialmente a partir de uma localização que está a uma distância "D" para longe do eixo geométrico central 15 em direção à periferia da broca 11. As distâncias "D" podem ser substancialmente as mesmas entre as respectivas lâminas de corte fixas primárias, ou podem ser não equivalentes, de modo que a distância "D" entre uma lâmina de corte fixa primária seja mais longa ou mais curta do que a distância "D" entre uma segunda (e/ou terceira) lâmina de corte fixa primária. Assim, conforme usado aqui, o termo "lâmina fixa primária" se refere a uma lâmina que começa a alguma distância do eixo geométrico de broca e se estende em geral radialmente ao longo da face de broca até a periferia da broca. Com referência às lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65, se comparadas com as lâminas fixas primárias, estendem-se substancialmente próximas do eixo geométrico central 15 do que as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27, e se estendem para fora de uma maneira que está em um alinhamento angular substancial com a extremidade de topo 30 dos respectivos cortadores de rolete cônico 29, 31, 33. Assim, conforme usado aqui, o termo "lâmina fixa secundária" se refere a uma lâmina que começa proximal ao eixo geométrico central de broca ou na face central da broca de perfuração e se estende em geral radialmente para fora ao longo da face de broca em direção à periferia da broca 11 em alinhamento angular geral com um cortador de rolete cônico proximal correspondente. Dito de uma outra forma, as lâminas fixas secundárias 61, 63, 65 são dispostas de modo que a extensão a partir de sua extremidade proximal (perto da linha de centro axial da broca de perfuração) para fora em direção à face de extremidade ou de topo 30 dos respectivos cortadores com rolamento em um alinhamento axial ou angular geral, de modo que a extremidade distal (a extremidade mais externa da lâmina fixa secundária, estendendo-se em direção à superfície externa ou de calibre do corpo de broca) das lâminas fixas secundárias 61, 63, 65 esteja próxima e, em alguns casos, unida à face de extremidade 30 dos respectivos cortadores com rolamento dos quais se aproxima. Conforme adicionalmente mostrado na figura 3, as lâminas fixas primárias 23, 25, 27 e as lâminas fixas secundárias 61, 63, 65, bem como os cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 podem ser separadas por um ou mais cursos de fluxo de fluido de perfuração 20. A linha de alinhamento angular "A" entre uma lâmina fixa secundária e um rolete cônico pode ser substancialmente alinhado com a linha de centro rotativa axial do rolete cônico ou, alternativamente e de forma igualmente aceitável, pode ser orientada conforme mostrado na figura 3, em que o rolete cônico e os cortadores de lâmina fixa secundária são ligeiramente deslocados (por exemplo, a em torno de 10) a partir da linha de centro axial do rolete cônico.

[0071] Conforme descrito acima, a modalidade da broca de perfuração 11 ilustrada nas figuras 1, 2 e 3 inclui apenas três lâminas fixas primárias relativamente mais longas (se comparado com o comprimento das lâminas fixas secundárias) (por exemplo, as lâminas primárias 23, 25, 27). Se comparado com algumas brocas de cortador fixo convencionais que empregam três, quatro ou misturas lâminas de cortador fixas primárias relativamente mais longas, a broca 11 tem menos lâminas primárias. Contudo, pela variação (por exemplo, redução ou aumento) do número de lâminas de corte fixas primárias relativamente longas, certas das modalidades da presente invenção podem melhorar a taxa de penetração (ROP) de broca 11 pela redução da área superficial de contato, e um atrito associado, das lâminas de cortador fixas primárias.

[0072] Com referência novamente à figura 4, um perfil de seção transversal de exemplo de broca de perfuração 11 é mostrado, conforme seria evidente se fatiado ao longo da linha 4-4 para mostrar um perfil rodado único. Para fins de clareza, reveja todas as lâminas de corte fixas e seus elementos de corte associados que não são mostrados na vista em seção transversal da figura 4.

[0073] No perfil de seção transversal, a pluralidade de lâminas de broca 11 (por exemplo, as lâminas fixas primárias 23, 25, 27 e as lâminas fixas secundárias 61, 63, 65) inclui os perfis de lâmina 91. Os perfis de lâmina 91 e a face de broca 10 podem ser divididos em três regiões diferentes rotuladas a região de cone 94, a região de ombro 95 e a região de calibre 96. A região de cone 94 é côncava nesta modalidade e compreende a região mais interna de broca 11 (por exemplo, a região de cone 94 é a região mais central da broca 11). Adjacente à região de cone 94 está a região de ombro 95 (ou a curva virada para cima) . Nesta modalidade, a região de ombro 95 é geralmente convexa. A transição entre a região de cone 94 e a região de ombro 95, tipicamente referida como a ponta ou a região de ponta 97, ocorre na porção axialmente mais externa de perfil de lâmina compósito 91, em que uma linha tangente ao perfil de lâmina 91 tem uma inclinação nula. Movendo-se radialmente para fora, adjacente à região de ombro 95 está a região de calibre 96, a qual se estende substancialmente paralela ao eixo geométrico de broca 15 na periferia radialmente externa de perfil de lâmina compósito 91. Conforme mostrado no perfil de lâmina compósito 91. Conforme mostrado no perfil de lâmina compósito 91, os calços de calibre 42 definem o raio externo 93 de broca de perfuração 11. Nesta modalidade, o raio externo 93 se estende para e, portanto, define o diâmetro de calibre completo de broca de perfuração 11. Conforme usado aqui, o termo "diâmetro de calibre completo" se refere ao diâmetro externo da broca definido pelos alcances radialmente mais externos dos elementos de cortador e superfícies da broca.

[0074] Ainda com referência à figura 4, a região de cone 94 é definida por uma distância radial ao longo do "eixo geométrico x" (X) medido a partir do eixo geométrico central 11. É para ser entendido que o eixo geométrico x é perpendicular ao eixo geométrico central 15 e se estende radialmente para fora a partir do eixo geométrico central 15. A região de cone 94 pode ser definida por uma percentagem do raio externo 93 de broca de perfuração 11. Em algumas modalidades, a região de cone 94 se estende a partir do eixo geométrico central 15 para não mais do que 50% de raio externo 93. Em modalidades selecionadas, a região de cone 94 se estende a partir do eixo geométrico central 15 para não mais do que 30% de raio externo 93. A região de cone 94 pode ser definida, da mesma forma, pela localização de uma ou mais lâminas de corte fixas primárias (por exemplo, as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27) . Por exemplo, a região de cone 94 se estende a partir do eixo geométrico central 15 até uma distância na qual uma ou mais das lâminas de corte fixas primárias (por exemplo, as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27). Por exemplo, a região de cone 94 se estende a partir do eixo geométrico central 15 até uma distância na qual uma lâmina de corte fixa primária começa (por exemplo, a distância "D" ilustrada na figura 3) . Em outras palavras, a fronteira externa de região de cone 94 pode coincidir com a distância "D" na qual um ou mais lâminas de corte fixas primárias começam. O raio real de região de cone 94, medido a partir do eixo geométrico central 15, pode variar de broca para broca, dependendo de uma variedade de fatores, incluindo, sem limitação, geometria de broca, tipo de broca, localização de uma ou mais lâminas secundárias (por exemplo, as lâminas secundárias 61, 63, 65), a localização de elementos de cortador de reserva 51, ou combinações dos mesmos. Por exemplo, em alguns casos, a broca de perfuração 11 pode ter um perfil parabólico relativamente plano resultando em uma região de cone 94 que é relativamente grande (por exemplo, 50% de raio externo 93) . Contudo, em outros casos, a broca 11 pode ter um perfil parabólico relativamente longo resultando e uma região de cone 94 relativamente menor (por exemplo, 30% de raio externo 93).

[0075] Com referência, agora, à figura 5, uma vista esquemática de topo de broca de perfuração 11 é ilustrada. Para fins de clareza, os bocais 38 e outros recursos na face de broca 10 não são mostrados nesta vista. Movendo-se radialmente para fora a partir do eixo geométrico de broca 15, a face de broca 10 inclui a região de cone 94, a região de ombro 95 e a região de calibre 96, conforme descrito previamente. A região de ponta 97 geralmente representa a transição entre a região de cone 94 e a região de ombro 95. Especificamente, a região de cone 94 se estende radialmente a partir do eixo geométrico central 15 até um raio de cone Rc, a região de ombro 95 se estende radialmente a partir do raio de cone Rc até o raio de ombro Rs, e a região de calibre 96 se estende radialmente a partir do raio de ombro Rs até o raio externo de broca 93.

[0076] As lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 se estendem radialmente ao longo da face de broca 10 a partir da região de cone 94 proximal ao eixo geométrico de broca 15 em direção à região de calibre 96 e ao raio externo 93, estendendo-se aproximadamente à região de ponta 97, próximo da face de topo 30 dos cortadores de rolete cônico 29, 31, 33. As lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 se estendem radialmente ao longo da face de broca 10 a partir de proximal à região de ponta 97, ou a partir de uma outra localização (por exemplo, a partir de dentro da região de cone 94) que não é proximal ao eixo geométrico de broca 15, em direção à região de calibre 96 e ao raio externo 93. Nesta modalidade, duas das lâminas de corte fixas primárias 23 e 25 começam a uma distância "D" que coincide substancialmente com o raio externo de região de cone 94 (por exemplo, a interseção de região de cone 94 e região de ombro 95). A lâmina de corte fixa primária remanescente 27, embora sendo aceitável que seja disposta substancialmente equivalente às lâminas 23 e 25, não precisa ser, conforme mostrado. Em particular, a lâmina de corte fixa primária 27 se estende a partir de uma localização na região de cone 94, mas a uma distância a partir da linha de centro axial 15 da broca de perfuração, em direção à região de calibre 96 e ao raio externo. Assim, as lâminas de corte fixas primárias podem se estender para dentro em direção ao centro de broca 15 até ou para a região de cone 94. Em outras modalidades, as lâminas de corte fixas primárias (por exemplo, as lâminas primárias 23, 25, 27) podem se estender para e/ou ligeiramente para a região de cone (por exemplo, a região de cone 94) . Nesta modalidade, conforme ilustrado, cada uma das lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 e cada um dos cortadores de rolete cônico 29, 31, 33 se estendem substancialmente para a região de calibre 96 e o raio externo 93. Contudo, em outras modalidades, uma ou mais lâminas de corte fixas primárias e um ou mais cortadores de rolete cônico podem não se estender completamente até a região de calibre ou o raio externo da broca de perfuração.

[0077] Com referência continuada à figura 5, cada lâmina de corte fixa primária 23, 25, 27 e cada lâmina de corte fixa secundária 61, 63, 65 geralmente se afunila (por exemplo, se torna mais fina) em uma vista de topo, conforme se estende radialmente para dentro em direção ao eixo geométrico central 15. Consequentemente, ambas as lâminas de cortador fixas primárias e secundárias são relativamente finas proximal ao eixo geométrico 15, onde um espaço geralmente é limitado circunferencialmente, e se alargam conforme se estendem para fora do centro axial 15 em direção à região de calibre 96. Embora as lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 e as lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 se estendam da forma linear na direção radial em uma vista de topo, em outras modalidades, uma ou mais das lâminas fixas primárias, uma ou mais das lâminas fixas secundárias ou combinações das mesmas podem ser arqueadas (côncavas ou convexas) ou se curvam ao longo de seu comprimento em vista de topo.

[0078] Com referência continuada à figura 5, os elementos de cortador de lâmina fixa primária 41, 43, 45 são providos em cada lâmina de corte fixa primária 23, 25, 27 em regiões 94, 95, 96 e elementos de cortador fixo secundário 40 são providos em cada lâmina de cortador fixa secundária nas regiões 94, 95 e 97. Contudo, nesta modalidade, os elementos de cortador de reserva 47, 49 são apenas providos em lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 (isto é, nenhum elemento de cortador de reserva é provido em lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65) . Assim, as lâminas de corte fixas secundárias 61, 63, 65 e as regiões 94 e 97 de lâminas de corte fixas primárias 23, 25, 27 de broca 11 são substancialmente livres de elementos de cortador de reserva.

[0079] Um arranjo alternativo adicional entre as lâminas de cortador fixas e os roletes cônicos de acordo com a presente exposição é ilustrado nas figuras 9A e 9B. Ali, uma broca de perfuração 511 é mostrada, o que inclui, em sua extremidade de trabalho, e se estendendo para cima a partir da face de broca 510 na direção do eixo geométrico central 515 da broca, quatro lâminas de corte fixas secundárias 521, 523, 525, 527 tendo uma pluralidade de elementos de corte de cortador de lâmina fixa 540 afixados pelo menos à borda de ataque dos mesmos (com respeito à direção de rotação da broca durante uma operação), e quatro cortadores de rolete cônico 531, 533, 535, 537 tendo uma pluralidade de elementos de corte de cortador de lâmina fixa 540 afixados a ele. Cada uma das quatro lâminas de corte fixas secundárias (521, 523, 525, 527) é disposta aproximadamente 90 graus espaçadas de cada outra, e, em alinhamento com o eixo geométrico central de cada uma das respectivas lâminas de cortador secundárias. Cada uma das lâminas de corte fixas secundárias 521, 523, 525, 527 se estende radialmente para fora a partir de próximo do eixo geométrico de broca 515 em direção à região de ponta 97 de face de broca 510, estendendo-se substancialmente pela extensão de região de cone 94. De uma maneira similar, cada um dos quatro cortadores de rolete cônico 531, 533, 535, 537 se estende radialmente para fora a partir aproximadamente da região de ponta 97 através da região de ombro 95 e da região de calibre 96 em direção ao raio externo 93 de broca de perfuração 511. Como nas modalidades prévias, a face de topo ou de vértice 530 de cada um dos cortadores de rolete cônico está próxima, mas não em contato direto com (um espaço ou vazio 90 estando presente) a extremidade terminal que se estende mais distante do cortador de lâmina fixa secundária com o que é substancialmente alinhado de forma angular ou linear.

[0080] As brocas de perfuração de acordo com as figuras prévias ilustraram que os cortadores de rolete cônico não estão em contato direto com a extremidade distal de qualquer uma das lâminas de cortador fixas secundárias com as quais estão em alinhamento, um espaço, uma folga ou um vazio 90 estando presente para se permitir que os cortadores de rolete cônico girem livremente durante uma operação de broca. Este espaço 90, que se estende entre a face de topo de cada cortador de rolete cônico truncado e a extremidade distal (a extremidade oposta e radialmente mais distante do eixo geométrico central da broca) preferencialmente é dimensionado grande o bastante, de modo que o diâmetro de espaço permita que os cortadores de rolete cônico girem, mas, ao mesmo tempo, pequeno o bastante para evitar que resíduo da operação de perfuração (por exemplo, cortes a partir dos elementos de corte de lâmina de corte fixa, e/ou os elementos de corte de broca) se tornem alojados ali e impeçam uma rotação livre do cortador de rolete cônico. Alternativamente e de forma igualmente aceitável, um ou mais cortadores de rolete cônico poderiam ser montados em um fuso ou um conjunto de mancal linear que se estende através do centro do cortador de rolete cônico truncado e se afixam em um conjunto de montagem de sela ou similar separado de ou associado a um cortador de lâmina fixa secundária. Maiores detalhes deste arranjo alternativo entre os cortadores com rolamento e as lâminas fixas secundárias são mostrados nas modalidades das figuras a seguir.

[0081] Com referência, agora, à figura 10, uma vista em seção transversal de um arranjo alternativo entre o cortador de rolete cônico 29 e o cortador de lâmina fixa secundária 63, tal como ilustrado nas figuras 1, 2 e 3, é mostrada. Na vista em seção transversal, a face de extremidade de vértice 30 do cortador com rolamento 29 está próxima e substancialmente paralela à face de borda distal externa 67 de cortador de lâmina fixa secundária 63. De acordo com um aspecto desta modalidade, o cortador de rolete cônico 29 e a lâmina fixa secundária 63 são próximos de cada outro, mas não se confinam diretamente, havendo um espaço ou uma folga 90 entre eles, permitindo que o cortador de rolete cônico 29 continue a girar em torno de seu eixo geométrico longitudinal central 140 durante uma operação. Conforme adicionalmente ilustrado na vista em seção transversal desta modalidade, um conjunto de tipo de sela entre o cortador de lâmina fixa secundária 63 e o cortador de rolete cônico 29 é mostrado em uma vista em corte parcial. Conforme mostrado ali, o cortador de rolete cônico 29 inclui um eixo de mancal linear 93 tendo uma extremidade proximal 95 e uma extremidade distal oposta longitudinalmente 97, e o qual se estende ao longo do eixo geométrico axial central 140 do cortador de rolete cônico, a partir da borda externa do braço de broca 17 para dentro através da região central de cortador com rolamento 29, e para um recesso 69 formado na face distal 67 de lâmina de cortador fixa secundária 63. Isto é, o eixo de mancal 93 se estende através do cortador de rolete cônico e se projeta para e é retido dentro (através de meios de retenção apropriados, tal como um conjunto de recebimento roscável no recesso 69 conformado para combinar de forma roscada com uma extremidade distal roscada macho 97 de eixo de mancal 93) da face distal 67 do cortador de lâmina fixa secundária. O eixo de mancal 93 também pode ser preso de forma removível no lugar através de um meio de retenção apropriado 91. Assim sendo, durante uma operação, o cortador com rolamento gira em torno do eixo de mancal 93. Esta modalidade em particular é útil quando, por exemplo, o cortador com rolamento 29 precisa ser substituído durante uma operação de broca, devido a uma taxa mais rápida de desgaste nos cortadores com rolamento versus nas lâminas fixas. Em uma situação como essa, o usuário pode remover o eixo de mancal 93, desse modo liberando o cortador com rolamento 29, e inserir um novo cortador com rolamento no lugar, desse modo poupando o tempo tipicamente necessário para a remoção e a substituição de cortadores com rolamento desgastados em uma face de broca. Embora o eixo de mancal 93 seja ilustrado como sendo substancialmente cilíndrico e de diâmetro uniforme por todo seu comprimento, o eixo de mancal 93 também pode ser afunilado em alguns aspectos da invenção. Uma outra modalidade permite que um fuso 53 de um cortador de rolete cônico se estenda através da extremidade interna de rolete cônico e a extensão do fuso é segura, direta ou indiretamente, na ou dentro da lâmina de corte fixa secundária, a um conjunto de suporte de mancal de sela em separado ou a ou dentro do corpo de broca 13. Isto é ilustrado nas figuras 11 a 16.

[0082] A figura 11 ilustra uma vista em perspectiva isométrica de uma broca de perfuração de exemplo adicional 611 de acordo com as modalidades da presente invenção. A figura 12 ilustra uma vista de topo a broca de perfuração da figura 11. A figura 13 ilustra uma vista em seção transversal parcial de um conjunto de cortador de rolete cônico, uma lâmina fixa secundária e um conjunto de mancal de sela de acordo com as figuras 11 e 12. A figura 14 ilustra uma vista em corte parcial do conjunto da figura 13. A figura 14 ilustra um mancal de fuso de passagem estendido de exemplo 670. A figura 15 ilustra uma vista em perspectiva de topo parcial de um conjunto de mancal de sela. Estas figuras serão discutidas em combinação com cada outra.

[0083] A figura 11 é uma vista isométrica de broca de perfuração 611. A figura 12 é uma vista de topo da mesma broca de perfuração híbrida. Conforme mostrado nas figuras, a broca de perfuração 611 inclui um corpo de broca 613. O corpo de broca 613 é substancialmente similar aos corpos de broca previamente descritos aqui, exceto pelo fato de a extremidade de trabalho (inferior) da broca de perfuração incluir apenas dois cortadores de rolete cônico 629, 631 afixados aos braços de broca 617, 619 montados no corpo de broca 610, e dois cortadores de lâmina fixa 623, 625, embora o número não tenha por significado limitar a exposição, e combinações incluindo três e quatro lâminas de cortador fixas e cortadores de rolete cônico são divisadas. Ambos os cortadores de rolete cônico 629, 631 e os cortadores de lâmina fixa são dispostos substancialmente opostos (espaçados a aproximadamente 180 graus) de cada outro em torno do eixo geométrico de broca central 615, e cada um inclui uma pluralidade de elementos de corte de cortador com rolamento 635 e elementos de corte de lâmina fixa 641, 643. A broca de perfuração ainda inclui um conjunto de suporte de sela conformado 660 próximo do eixo geométrico central 615 da broca de perfuração e provendo um meio pelo qual o fuso 616 se estende através dos cortadores de rolete cônico e é retido em sua extremidade distal. Embora o conjunto de suporte de sela 660 seja mostrado como sendo geralmente retangular ou afunilado para baixo em direção à face de broca 610 (figura 12) ou de formato cilíndrico (figura 16), o conjunto de suporte de sela pode ser de qualquer formato apropriado, conforme ditado pelo projeto geral da broca de perfuração, incluindo o tipo de formação em que a broca será usada, o número de cortadores com rolamento empregados e o número de cortadores de lâmina fixa primária e secundária que são incluídos no projeto geral de broca.

[0084] A figura 13 é um desenho esquemático em seções com porções interrompidas mostrando a broca de perfuração híbrida 611 com os braços de suporte 617, 619 e os conjuntos de cortador de rolete cônico 619, 631 tendo sistemas de mancal de passagem incorporando vários ensinamentos da presente invenção. Vários componentes dos sistemas de mancal associados, os quais serão discutidos mais tarde em maiores detalhes, permitem que cada conjunto de cortador de rolete cônico 619, 631 seja montado de forma rotativa em seu respectivo munhão ou fuso 670, o qual passa através da região interior dos cortadores de rolete cônico 629, 631 e para um recesso de retenção conformado 669.

[0085] Os conjuntos cônicos de cortador 629, 631 de broca de perfuração 611 podem ser montados em um munhão ou fuso 670 que se projeta a partir de respectivos braços de suporte 617, 619, através do interior do cortador de rolete cônico e para um recesso no conjunto de suporte de sela 660 e sua extremidade distal 671 usando substancialmente as mesmas técnicas associadas à montagem de cortadores de rolete cônico em um fuso ou munhão padrão 53 se projetando a partir de respectivos braços de suporte 19, conforme discutido previamente aqui com referência à figura 4. Também, um sistema de conjunto de suporte de sela incorporando os ensinamentos da presente invenção pode ser usado de forma satisfatória para o suporte de forma rotativa dos conjuntos cônicos de rolete cônico 629, 631 em respectivos braços de suporte 617, 619 substancialmente da mesma maneira conforme usado para a montagem de forma rotativa dos conjuntos cônicos de cortador em respectivos braços de suporte, conforme entendido por aqueles de conhecimento na técnica.

[0086] Com referência continuada à figura 13, cada conjunto de cortador de rolete cônico 629 preferencialmente inclui uma cavidade geralmente cilíndrica 614, a qual foi dimensionada para receber um fuso ou munhão 67 0 ali. Cada conjunto de cortador de rolete cônico 629 e seu respectivo fuso 670 tem um eixo geométrico longitudinal comum 650 o qual também representa o eixo geométrico de rotação para o conjunto de cortador de rolete cônico 629 em relação a seu fuso associado 670. Vários componentes do respectivo sistema de mancal incluem superfícies usinadas associadas ao interior de cavidade 614 e ao exterior de fuso 670. Estas superfícies usinadas geralmente serão descritas com respeito ao eixo geométrico 650.

[0087] Para as modalidades mostradas nas figuras 13, 14, 15 e 16, cada conjunto de cortador de rolete cônico é retido em seu respectivo munhão por uma pluralidade de mancais de esferas 632. Contudo, uma ampla variedade de mecanismos de retenção de conjuntos cônicos de cortador, os quais são bem conhecidos na técnica, também pode ser usada com um sistema de retenção de fuso de suporte de sela incorporando os ensinamentos da presente invenção. Para o exemplo mostrado na figura 13, os mancais de esferas 632 são inseridos através de uma abertura na superfície exterior do corpo de broca ou do braço de broca, e através de uma passagem de retentor de esfera do braço de broca associado 617, 619. Os rolamentos de esferas 634 e 636 são formados respectivamente no interior de cavidade 614 do conjunto cônico de cortador de rolete cônico associado 619 e no exterior do fuso 670.

[0088] Cada fuso ou munhão 670 é formado na superfície interna 605 de cada braço de broca 617, 619. Cada fuso 670 tem uma configuração geralmente cilíndrica (figura 15) se estendendo ao longo do eixo geométrico 650 a partir do braço de broca. O fuso 67 0 ainda inclui uma extremidade proximal 673 a qual, quando o fuso 670 é inserido na broca 611 e através do cortador de rolete cônico 629, será proximal ao interior do braço de broca apropriado. Está oposta à extremidade proximal 673 a extremidade distal 671, a qual pode ser afunilada ou de outra forma conformada ou roscada, de modo a ser capaz de combinar com e ser retida em um recesso no conjunto de suporte de sela 660. O eixo geométrico 650 também corresponde ao eixo geométrico de rotação do cortador de rolete cônico associado 619, 631. Para a modalidade da presente invenção, conforme mostrado na figura 13, o fuso 670 inclui a primeira porção de diâmetro externo 638, a segunda porção de diâmetro externo 640 e a terceira porção de diâmetro externo 642.

[0089] A primeira porção de diâmetro externo 638 se estende a partir da junção entre o fuso 670 e a superfície interna 605 de braço de broca 617 até o rolamento de esfera 636. A segunda porção de diâmetro externo 640 se estende a partir do rolamento de esfera 636 até o rebordo 644 formado pela mudança de diâmetro a partir da segunda porção de diâmetro 640 e da segunda porção de diâmetro 642. A primeira porção de diâmetro externo 638 e a segunda porção de diâmetro externo 640 têm aproximadamente o mesmo diâmetro medido em relação ao eixo geométrico 650. A terceira porção de diâmetro externo 642 tem um diâmetro externo substancialmente reduzido em comparação com a primeira porção de diâmetro externo 638 e a segunda porção de diâmetro externo 640. A cavidade 614 de conjunto de cortador de rolete cônico 629 preferencialmente inclui uma superfície usinada correspondente geralmente à primeira porção de diâmetro externo 638, à segunda porção de diâmetro externo 640, à terceira porção de diâmetro externo 642, ao rebordo 644 e à porção de extremidade distal 673 de fuso 670.

[0090] Com referência continuada às figuras 13, 14 e 15, a primeira porção de diâmetro externo 638, a segunda porção de diâmetro externo 640, a terceira porção de diâmetro externo 642 e as superfícies usinadas correspondentes formadas na cavidade 614 proveem um ou mais componentes de mancal radial usados para suporte de forma rotativa do conjunto de cortador de rolete cônico 629 no fuso 670. O rebordo 644 e a extremidade 673 (se estendendo acima da face de topo 630 de cortador de rolete cônico 629 e para um recesso 661 formado na sela de mancal 660) de fuso 670 e superfícies usinadas correspondentes formadas na cavidade 614 proveem um ou mais componentes de mancal de escora usados para suporte de forma rotativa do conjunto de cortador de rolete cônico 629 no fuso 670. Conforme será entendido por aqueles de conhecimento na técnica, vários tipos de buchas, mancais de rolamento, arruelas de encosto e/ou botões de encosto podem ser dispostos entre o exterior de fuso 670 e superfícies correspondentes associadas à cavidade 614. Componentes de mancal radial também podem ser referidos como componentes de mancal radial (com munhão), conforme apropriado.

[0091] Com referência às figuras 13 e 14, o conjunto geral do fuso de passagem 670 no conjunto de sela 660 pode ser vista. Em particular, um recesso 661 preferencialmente é formado no corpo do conjunto de sela 660, o recesso estando em alinhamento axial com o eixo geométrico de rotação longitudinal 650 do cortador de rolete cônico 629. O recesso 661 é conformado para receber a extremidade distal 673 de fuso 670. O fuso 670 pode ser retido no recesso 661 por um meio de retenção adequado (roscas de parafuso, retenção com pressão ou similares), conforme apropriado, para se evitar que um fuso 670 rode conforme o cortador de rolete cônico 629 rodar durante uma operação de broca. Em um arranjo alternativo, contudo, a extremidade distal 672 de fuso 670 é conformada para se adaptar prontamente nas paredes usinadas de recesso 661 de conjunto de sela 660, o que pode incluir opcionalmente, ainda, um ou mais mancais radiais, de modo a se permitir que o fuso 670 rode livremente em torno de seu eixo geométrico longitudinal durante uma operação de broca, conforme apropriado.

[0092] Outros recursos das brocas de perfuração híbridas como cortadores de reserva, superfícies resistentes a desgaste, bocais que são usados para direcionamento de fluidos de perfuração, canais de saída que proveem um espaço livre para cortes e fluido de perfuração, e outros recursos geralmente aceitos de uma broca de perfuração são julgados no conhecimento daqueles de conhecimento comum na técnica e não precisam de uma descrição adicional, e, porção de corpo, ainda podem ser incluídos nas brocas de perfuração da presente invenção.

[0093] Voltando-nos, agora, para as figuras 17 a 19, outas modalidades alternativas da presente exposição são ilustradas. Conforme mostrado ali, a broca de perfuração pode ser uma broca de perfuração com escareador de tipo híbrido incorporando numerosos dos recursos descritos acima, tais como cortadores de lâmina fixa primária e secundária, em que um dos cortadores fixos se estende substancialmente a partir do centro de broca de perfuração em direção à superfície de calibre, e em que o outro cortador fixo se estende a partir da superfície de calibre para dentro em direção ao centro de broca, mas não se estende até o centro de broca, e em que pelo menos um dos primeiros cortadores fixos se confina ou se aproxima do vértice de pelo menos um rolete cônico. A figura 17 ilustra uma vista de face de fundo de trabalho de uma broca de perfuração com escareador híbrida, de acordo com as modalidades da presente exposição. A figura 18 ilustra uma vista em corte lateral de uma broca de perfuração escareador híbrida, de acordo com a presente exposição. A figura 19 ilustra uma vista isométrica parcial da broca de perfuração da figura 17. Estas figuras serão discutidas em combinação com cada outra.

[0094] Conforme mostrado nestas figuras, a broca de perfuração com escareador híbrida 711 compreende uma pluralidade de cortadores de rolete cônico 729, 730, 731, 732 de formato troncônico ou de outra forma, espaçados em torno da face de trabalho 710 da broca de perfuração. Cada um destes cortadores de rolete cônico compreende uma pluralidade de elementos de corte 735 dispostos na superfície externa do cortador, conforme descrito acima. A broca 711 ainda compreende uma série de cortadores de lâmina fixa primária 723, 725, os quais se estendem aproximadamente a partir da superfície externa de calibre externa da broca 711 para dentro em direção ao, mas parando imediatamente antes do centro axial 715 da broca. Cada um destes cortadores de lâmina fixa primária pode ser adaptado com uma pluralidade de elementos de corte 741, e, opcionalmente, com cortadores de reserva 743, conforme descrito em correspondência com as modalidades descritas aqui. A broca de perfuração 711 ainda pode incluir um ou mais cortadores de lâmina fixa secundária (dois são mostrados) 761, 763, os quais podem se estender a partir do centro axial 715 da broca de perfuração 711 radialmente para fora em direção aos cortadores de rolete cônico 730, 732 dos cortadores de rolete cônico. Os cortadores de lâmina fixa secundária 761, 763 preferencialmente são posicionados de modo a continuarem o perfil de corte do cortador de rolete cônico com o qual eles se confinam de forma próxima em sua extremidade distal, estendendo o perfil de corte em direção à região central da broca de perfuração. Uma pluralidade de estabilizadores opcionais 751 é mostrada na periferia externa, ou na região de calibre, da broca 711; contudo, será entendido que um ou mais deles podem ser substituídos por cortadores de rolete cônico adicionais ou cortadores de lâmina fixa primária, conforme apropriado para a aplicação específica na qual a broca 711 estiver sendo usada. Ainda, de acordo com os aspectos da presente exposição, os cortadores de rolete cônico são posicionados para cortarem o diâmetro externo do furo de poço durante uma operação, e não se estendem para o centro axial, ou a região de cone, da broca de perfuração. Desta maneira, os cortadores de rolete cônico atuam para formarem a porção externa do perfil de fundo de poço. O arranjo dos cortadores com rolamento com os cortadores fixos secundários pode ser, também ou opcionalmente, em um conjunto de afixação do tipo de sela, similar àquele descrito em associação com as figuras 10 e 11 acima.

[0095] A figura 19 ilustra uma representação esquemática da sobreposição/superposição de elementos de corte fixos 801 de lâmina de cortador fixa 7 61 e dos elementos de corte 803 do cortador com rolamento 732 , e como eles se combinam para a definição de um perfil de corte de fundo de poço 800, o perfil de corte de fundo de poço incluindo o perfil de corte de fundo de poço 807 do cortador fixo e o perfil de fundo de poço 805 do cortador com rolamento. O perfil de corte de fundo de poço se estende a partir do centro axial aproximado 715 até um perímetro radialmente mais externo com respeito ao eixo geométrico central. A região circulada 809 é a localização em que a cobertura de corte de fundo de poço a partir dos elementos de corte de rolete cônico 803 para, mas o perfil de corte de fundo de poço continua. Em uma modalidade, os elementos de corte 801 da lâmina de cortador fixa secundária formam o perfil de corte 807 no centro axial 715, até a região de ponta ou ombro, enquanto os elementos de corte de rolete cônico 803 se estendem a partir da região de calibre externa da broca de perfuração 711 para dentro em direção à região de ombro, sem superposição dos elementos de corte do cortador fixo, e definindo o segundo perfil de corte 805, para se completar o perfil de corte de fundo de poço geral 800 que se estende a partir do centro axial 715 para fora através de uma "região de cone", uma "região de ponta" e uma "região de ombro" (veja a figura 5) até um perímetro radialmente mais externo ou superfície de calibre com respeito ao eixo geométrico 715. De acordo com outros aspectos desta modalidade, pelo menos parte dos elementos de corte de rolete cônico e dos elementos de corte de cortador de lâmina fixa se sobrepõem na região de ponta ou de ombro no perfil de broca.

[0096] Outras modalidades e adicionais utilizando um ou mais aspectos das invenções descritos acima podem ser divisados sem que se desvie do espírito da invenção do requerente. Por exemplo, as combinações de arranjos de conjunto de mancal e combinações de cortadores de lâmina fixa primária e secundária se estendendo para regiões diferentes da face de broca podem ser construídas com características de perfuração e performance benéficas e melhoradas. Ainda, vários métodos e modalidades dos métodos de fabricação e montagem do sistema, bem como especificações de localização, podem ser incluídos em combinação com cada outro para a produção de variações dos métodos e das modalidades expostos. Uma discussão de elementos singulares pode incluir elementos plurais e vice-versa .

[0097] A ordem de etapas pode ocorrer em uma variedade de sequências, a menos que especificamente limitado de outra forma. As várias etapas descritas aqui podem ser combinadas com outras etapas, entrelinhadas com as etapas declaradas e/ou dividida em múltiplas etapas. De modo similar, os elementos foram descritos funcionalmente e podem ser concretizados como componentes em separado ou podem ser combinados em componentes tendo múltiplas funções.

[0098] As invenções foram descritas no contexto de modalidades preferidas e outras e nem toda modalidade da invenção foi descrita. Modificações óbvias e alterações nas modalidades descritas estão disponíveis para aqueles versados na técnica. As modalidades expostas e não expostas não são pretendidas para limitação ou restrição do escopo ou da aplicabilidade da invenção concebida pelos Requerentes, mas, ao invés disso, em conformidade com as leis de patente, os Requerentes pretendem proteger plenamente todas essas modificações e esses melhoramentos que vierem no escopo ou na faixa de equivalentes das reivindicações a seguir.

Claims

Broca de perfuração de furação de terreno para perfuração de um furo de poço em uma formação de terreno, a broca caracterizada pelo fato de compreender:
um corpo de broca configurado em sua extensão superior para conexão a uma coluna de perfuração, o corpo de broca tendo um eixo geométrico central e uma face de broca compreendendo uma região de cone, uma região de ponta, uma região de ombro e uma região de calibre radialmente mais externa;
pelo menos uma lâmina fixa se estendendo para baixo a partir do corpo de broca na direção axial, a pelo menos uma lâmina fixa tendo uma borda de ataque e uma borda de fuga;
uma pluralidade de elementos de corte de lâmina fixa dispostos na pelo menos uma lâmina fixa;
pelo menos um cortador com rolamento montado para rotação no corpo de broca; e
uma pluralidade de elementos de corte de cortador com rolamento dispostos no pelo menos um cortador com
rolamento;
em que a pelo menos uma lâmina fixa está em alinhamento angular com pelo menos um cortador com
rolamento entre a região de calibre mais externa e o eixo geométrica da linha de centro.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa ter uma face de corte convexa ou borda de ataque.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente ao longo da face de broca a partir da região de calibre até a região de ponta.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente ao longo da face de broca a partir da região de calibre até a região de ombro.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente ao longo da face de broca a partir da região de calibre até a região de cone.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente para fora ao longo da face de broca a partir de próximo ao eixo geométrico central em direção à região de ponta, intermediária entre a região de cone e a região de ombro.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente ao longo da face e a extremidade terminal da lâmina ser disposta na região de ponta.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente para fora ao longo da face de broca a partir de próximo do eixo geométrico central em direção à região de calibre, e ter uma extremidade terminal da lâmina disposta na região de ombro.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da pelo menos uma lâmina fixa se estender radialmente para fora ao longo da face de broca a partir de próximo do eixo geométrico central da broca até a região de ponta, e em que pelo menos um dos cortadores com rolamento se estender para dentro em direção à lâmina fixa de uma maneira alinhada.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da broca de perfuração ser uma broca do tipo de escareador de piloto híbrido.
Método de perfuração de um furo de poço em uma formação subterrânea, o método caracterizado pelo fato de compreender:
a perfuração de um furo de poço em uma formação subterrânea usando a broca de perfuração de furação de terreno conforme definido na reivindicação 1.
Broca de perfuração para a perfuração de um furo de poço em formações de terreno, a broca de perfuração caracterizada pelo fato de compreender:
um corpo de broca configurado em sua extensão superior para conexão a uma coluna de perfuração, o corpo de broca tendo um eixo geométrico central e uma face de broca incluindo uma região de cone, uma região de ponta, uma região de ombro e uma região de calibre radialmente mais externa;
pelo menos uma lâmina fixa se estendendo para baixo a partir do corpo de broca na direção axial, o pelo menos um cortador de lâmina fixa primária tendo uma borda de ataque e uma borda de fuga e se estendendo radialmente ao longo da face de broca a partir da região de ombro até a região de calibre;
uma pluralidade de elementos de corte de lâmina fixa dispostos na borda de ataque de pelo menos uma lâmina fixa primária;
pelo menos um cortador de lâmina fixa secundária se estendendo para baixo a partir do corpo de broca na direção axial e tendo uma borda de ataque e uma de fuga, o cortador de lâmina fixa secundária se estendendo radialmente para fora ao longo da face de broca a partir de próximo do eixo geométrico de broca através da região de cone;
pelo menos um cortador com rolamento montado em um braço de broca para rotação no corpo de broca; e
uma pluralidade de elementos de corte de cortador com rolamento dispostos no exterior de pelo menos um cortador com rolamento;
em que o pelo menos um cortador de lâmina fixa secundária está em alinhamento angular com o pelo menos um cortador com rolamento entre a região de calibre mais externa e o eixo geométrico da linha de centro.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de ainda compreender um eixo de mancal no cortador com rolamento, o eixo de mancal se estendendo a partir do braço de broca através do cortador com rolamento, em que o eixo de mancal se estende através da face de topo do cortador com rolamento.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de pelo menos uma extremidade do eixo de mancal ser afixada ao corpo de broca.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de pelo menos uma extremidade do eixo de mancal ser afixada ao cortador de lâmina fixa secundária.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de pelo menos uma extremidade do eixo de mancal ser afixada a um braço de broca.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de pelo menos uma extremidade do eixo de mancal se estender para um recesso formado em um conjunto de suporte de sela.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato do conjunto de suporte de sela ser integral com uma região de extremidade terminal do pelo menos um cortador de lâmina fixa secundária.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de uma extremidade do eixo de mancal se estender através do cortador com rolamento e ser presa de forma removível, e a extremidade proximal do eixo de mancal ser preso de forma removível ao braço de broca.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato do eixo de mancal ser um fuso para o cortador com rolamento.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato do eixo de mancal ser afunilado.
Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de pelo menos um dos cortadores de lâmina fixa primária ter uma borda de corte de ataque arqueada.